高速飞行器热防护系统的网状填充物烧蚀后的外壁面,及飞行器接缝处均不可避免的存在凹腔。凹腔的存在将影响飞行器的流动稳定性。本文以来流马赫数为6的高超声速钝板边界层为研究对象,结合线性稳定性理论(LST)、直接数值模拟(DNS)和全局稳定性分析(Bi-Global),通过定义N值的修正量△N(ω,h,w)来定量刻画矩形凹腔对边界层流动稳定性及转捩的影响,分析了二维工况下矩形凹腔深度、宽度、位置、组合间距,及三维工况下矩形凹腔长度、宽度和深度对边界层流动稳定性和转捩的影响。通过对不同工况数值模拟结果的分析,得到了如下结论:1.矩形凹腔对基本流的影响范围是局部的,在凹腔内部出现了稳定的、封闭的环形涡结构,其形式与凹腔的宽深比密切相关。2.定义N值修正量△N(ω,h,w)来定量刻画深度为h、宽度为w的矩形凹腔对频率为ω的扰动波稳定性和转捩位置的影响。△N(ω,h,w)可有助于工程师快速、有效地预测带有矩形凹腔工况的转捩位置。3.二维矩形凹腔对各种频率的扰动波均有抑制作用,而且对同频率扰动波的抑制作用随着矩形凹腔宽度和深度增大而增强。矩形凹腔的深度和宽度均较大时,凹腔下游的流动呈现明显的周期性。随着矩形凹腔位置的后移,它对扰动波的抑制作用呈现线性减弱的趋势。组合形式的矩形凹腔对扰动波的抑制作用与两个矩形凹腔分别单独作用时的叠加效果相当。4.三维横向凹腔引起的流场的三维特性不强,其对边界层流动稳定性的影响与二维凹腔相同;三维纵向凹腔,长深比是能否诱发转捩的关键参数,当长深比适中时才能诱发转捩,而宽深比对诱发转捩的影响不大。