大型客机的减阻研究关乎其经济性和环保性,是当前研制和未来可持续发展的重要主题,因而得到了国家重点基础研究发展计划(973计划)“大型客机减阻机理和方法研究”的支持。大型客机的涡系结构复杂,与其在巡航及高升力布局下的阻力有着密切的关系。但是,其后机身涡系的结构特征、阻力产生机理、测算方法及减阻手段目前仍不清楚、不完善。因此,本文欲通过对后体涡系的深入研究,揭示出涡系结构生长、演化及相互作用产生的拓扑结构与阻力变化之间的耦合机理,从而为大型客机减阻设计方法提供有效的理论依据。围绕上述要求,本文相应开展了后体涡系的相互作用机理研究,在此基础上探索涡致阻力的产生机理,并对后体涡流发生器的减阻机理及设计方法进行了探究。具体工作如下:第一,本文利用IDDES数值模拟方法,对构造的后体单涡对和多涡对流进行了精细化流动显示和定性的涡现象学研究。在此基础上,利用风洞2D-PIV试验和涡量-流函数二维数值模拟相结合的方法,建立了同转向涡对的相互作用运动学模型。通过改变雷诺数、环量比和径向分离距比,本文探究了涡运动学参量的变化规律。该相互作用主要由两个关键的无量纲参数控制,即环量比和分离距比,分别从0.65变化至3.25以及0.12到0.35。基于相干涡对总环量的雷诺数范围为1.42×10~4至9.47×10~4。第二,为揭示上述相干涡对的致力机理,本文建立了表征相互作用的涡量环模型,进而基于涡量矩定理建立了后体涡对相互作用与涡致阻力的定量化关系。结果发现,涡致力即升力和涡致阻力与涡强及涡量环的包围面积的时间变化率成正比,其中包围面积受到自诱导和互诱导产生的垂向和横向涡洗速度的影响。具体而言,线性的系统总升力不受瞬时涡相互作用影响并保持时不变,而非线性的系统(多个同向涡对)总涡致阻力是天然依赖于时间的。此外,每个反向涡对产生的升力和涡致阻力也是非定常的。Betz和Maskell尾迹积分模型被用来与其进行比较分析,传统的诱导阻力这里可以看作是无涡相互作用的涡致阻力的定常情况。第三,基于上述机理研究,本文利用RANS数值模拟方法,在大型客机翼-身-尾组合体模型上探索安装涡流发生器(组)的减阻机理与设计方法。本研究通过改变涡流发生器的安装位置、安装攻角,调节了涡强比和涡分离距比,探究了不同后体涡系与后体所受涡致阻力之间的耦合关系,利用涡对相互作用机理实现了后体涡流发生器减阻。上述研究为合理设计涡流发生器进行流控、实现减阻提供了涡动力学上的理论依据。基于上述研究,本文在以下两点取得了一定的创新性进展:第一,初步揭示了大型客机后体涡系的相互作用机理,建立了描述涡相互作用的涡量环模型,并基于涡量矩定理揭示了涡致阻力的产生机理。第二,将上述研究理论,初步应用于大型客机后体涡流发生器设计中,取得了一定的涡致阻力减阻效果。