边界层抽吸是一种传统而有效的流动控制方式,在超声速进气道中已经得到了广泛的应用,随着近年来高超声速飞行器技术的快速发展,对抽吸系统设计水平、工艺要求不断提高。本文针对边界层抽吸在高超声速进气道应用中涉及到的关键问题开展理论与数值模拟研究。高超声速进气道中存在复杂的激波/边界层、激波/激波干扰以及非稳态流动造成的喘振,这些现象极易诱导高超声速进气道不起动。通过在进气道不同位置,设计多孔组合抽吸布局溢流边界层低能量气体,是提升进气道性能的有效方法。本文围绕高超声速进气道抽吸系统的设计,开展抽吸模型、边界层抽吸尺度效应、多孔组合布局以及曲壁边界层抽吸理论与数值模拟研究。抽吸系统由多孔组合构成,为了获得清晰的抽吸流动物理机制,首先从多孔组合抽吸提取单孔问题,圆孔具有三维效应,因此从单孔提取出二维无粘抽吸问题,根据抽吸孔局域流动特征以及压差是抽吸的驱动力这一假设获得无粘二维抽吸流量模型。超声速条件下,扰动只能限定在马赫锥内,无法向流场上游传播,因此超声速前缘抽吸流量与后掠角度无关。据此,在二维抽吸模型的基础上,根据多边形与圆孔几何的关系,采用多边形逼近圆孔,建立无粘三维圆孔抽吸流量模型。进一步,考虑粘性效应,边界层对抽吸流量的影响等效为位移厚度对抽吸孔尺度的影响,建立三维薄边界层抽吸流量模型。抽吸孔尺度是抽吸系统设计的关键参数。对于无深度抽吸孔,通过调整抽吸孔前缘边界层位移厚度δ*,数值模拟表明,当位移厚度近似等于孔径δ*≈D时,边界层厚度的微小改变引起抽吸流量的显著改变,说明满足此条件的抽吸孔径D具有一定的流场自适应调节能力。进一步获得了不同边界层厚度与孔径比值δ/D以及深度与孔径比值L/D边条件下抽吸流量系数的演化、发展特征,明晰了边界层与抽吸孔尺度参数影响抽吸流率的基本规律。数值模拟验证了横向流动发生于抽吸孔亚声速前缘位置这一理论分析结果,揭示了实验与数值模拟中所观察到的横向流动现象产生的原因。多孔组合展向、流向孔间相互作用以及多孔组合布局是影响高超声速进气道抽吸系统性能的重要因素。高超声速进气道的有限空间,这些因素对进气道流量捕获系数以及结构强度设计都产生一定影响。首先进行流向孔间相互作用抽吸流量研究,获得了流量系数的演化发展规律。然后针对激波/边界层干扰分离区抽吸,明晰了抽吸孔与激波入射点相对位置与抽吸流量的关系。在超声速抽吸占主导的薄边界层条件下,数值模拟表明菱形、长方形与三角形抽吸流量系数差别不明显,抽吸流量主要取决于抽吸面积,为有限空间边界约束的进气道抽吸系统的工程应用提供参考。最后开展了曲壁边界层抽吸性能研究。针对曲面压缩高超声速进气道以及前体-进气道一体化设计的发展,进行二维流向曲壁边界层抽吸研究。揭示了曲壁效应对抽吸压比的影响规律。阐明了凹/凸曲壁转过相同的拐角,凹曲壁抽吸流量的增加量大于凸曲壁减小量这一曲壁抽吸工作过程。