由于速度快、飞行时间长、机动性强、可远距离打击目标等优点,高速临近空间飞行器是近年来航空航天领域的研究热点。该类飞行器的主要飞行环境特性为高马赫数、低雷诺数,在这一飞行条件下,气流和壁面会产生剧烈的摩擦。气流和飞行器表面的剧烈摩擦,一方面会使摩擦阻力增大,导致摩擦阻力在总阻力中所占比例较大,对飞行器的飞行性能产生较大的影响;另一方面会产生严重的气动加热,使得飞行器表面温度显著升高,造成恶劣的烧蚀现象。因此,对这类高速高空飞行器的摩擦阻力特性进行研究具有非常重要的意义。边界层的流动状态,特别是从层流到湍流的转捩过程对摩擦阻力的影响很大,只有正确预测转捩过程才能准确计算出摩擦阻力值。为了更好地模拟高速飞行器的边界层流动状态,本文给出了修正的γ转捩模型,并对几种典型外形在超声速/高超声速条件下的摩擦阻力特性进行了研究。论文首先介绍了所涉及的基本数值方法及三种常用的转捩模型。然后,根据高速飞行器的绕流特点,考虑到常用转捩模型及相关数值计算方法的局限性,对能较好预测高速边界层转捩过程的γ转捩模型进行了考虑横流诱导转捩、可压缩性效应、自由来流湍流度衰减效应等的修正,通过典型算例验证了修正的γ转捩模型预测高速边界层转捩过程的能力。然后,基于修正的γ转捩模型,采用数值方法在不同的飞行高度、马赫数等条件下对二维高速翼型的绕流场进行了模拟,得到翼型摩擦阻力系数、摩擦系数等的变化规律,通过流场对其变化规律的流动机理进行分析。结果表明,一定高度范围内,随高度增加,翼型表面转捩位置不断后移直至变为全层流流动,摩擦阻力系数先增大后减小;高超声速条件下,翼型表面的湍流边界层的摩擦系数随马赫数的增大而减小,且马赫数对转捩位置和层流摩擦系数影响很小,从而使得翼型摩擦阻力系数随马赫数的增大而减小;翼型厚度对转捩位置和摩擦阻力大小的影响基本可以忽略。其次,基于修正的γ转捩模型,采用数值方法对不同截面形状的单锥体在不同的飞行高度、马赫数等条件下的绕流场进行模拟,得到了单锥体摩擦阻力系数、摩擦系数等的变化规律,通过流场对其变化规律的流动机理进行分析。给出了不同截面形状锥体的流场结构,分析了截面形状对锥体摩擦阻力影响的流动机理。椭圆锥的研究结果表明:随高度的增加,其表面边界层的转捩位置不断后移直至变为全层流;同一高度条件下,随马赫数的增大摩擦阻力系数增大,但与高超声速相比,在超声速条件下由于转捩位置显著前移导致其摩擦阻力系数增大得更快;同一飞行条件下,随着头部钝度增大,摩擦阻力系数减小,这是由于边界层转捩位置后移,湍流边界层区减小导致的。最后,对不同偏转角度和尾部锥度的弯体双锥,基于修正的γ转捩模型,采用数值方法在不同的飞行高度、马赫数条件下对其绕流场进行数值模拟,得到弯体双锥摩擦阻力系数、摩擦系数等的变化规律,通过流场对其变化规律的流动机理进行分析。结果表明,随着偏转角度的增大,弯体双锥迎风面上的转捩位置逐渐前移、转捩区域长度减小,且摩擦系数增大,背风面上的摩擦阻力系数则随偏转角度的增大而减小;尾部锥度越大,弯体双锥后半段锥上的摩擦系数越大,这就是摩擦阻力系数增大的原因;随着高度的增加,弯体双锥前半段锥上的摩擦系数增大,后半段锥上的摩擦系数受高度影响较小,导致弯体双锥的摩擦阻力增大;同一高度条件下,马赫数越大,弯体双锥的摩擦阻力系数越小,这是由于弯体双锥迎风面上,马赫数不影响边界层转捩位置和层流摩擦系数大小,但湍流摩擦系数随马赫数增大而增大,背风面上的摩擦系数随马赫数增大而减小。