进入21世纪以来，海洋国防与海洋经济已成为我国发展战略的重要组成部分，有效的减阻技术可提高航行体的快速性和续航能力，这在军事、经济和环保方面都有着重要意义。在众多减阻技术中，气层减阻技术具有良好的发展前景，通入气体形成分隔固体表面和液体的连续气层，减少航行体的湿表面积，起到降低摩擦阻力的效果。虽然气层减阻技术在平底船舶和小型回转体武器模型的应用上取得了进展，但将这一技术应用在低速运动的回转体上时，面临着三维形状导致的减阻效果差异、气层形态控制以及工作场景变化等挑战。为解决这些问题，本文针对回转型水下航行器气层减阻的重要影响因素开展研究，主要创新性成果如下：

        (1)得到了航速和通气速率对回转型水下航行器气层形态和减阻效果的影响规律。基于光体SUBOFF模型设计了搭载环状通气减阻装置的回转型水下航行器，并对其开展了一系列数值仿真模拟。对回转型水下航行器的气层形态、气层减阻效果以及流场的速度分布和压强分布进行了详细的研究。得到了航速和通气速率对回转型水下航行器气层减阻效果的影响规律：相同通气速率下，减阻效果一般而言会随来流速度增大而提高；固定航速下，随着通气速率的提高，压差阻力减阻率先升后降，甚至出现明显的增阻现象，这与回转型水下航行器的几何形状相关；摩擦阻力减阻率则始终提高，但存在最大值；总阻力减阻率表现为先增后降。随后对减阻率变化机理进行了研究，发现气层包裹模型尾部时会破坏模型尾部的高压区，使压差阻力提高。这说明了气层形态控制的重要性。

        (2)提出了改变通气装置几何形状(喷气口的形状、位置，外壳的形状)以控制气层形态的方案。对回转型水下航行器的气层形态与其对应的减阻效果进行分析，发现气层形态调控应做到以下两点：抑制气层的上浮，获得更大的气层覆盖面积；控制气层的长度，防止气层破坏模型尾部的高压区。对喷气口形状、分布位置和外壳的几何形状进行调整，得到了不同形状的航行体。对气层形态和减阻效果变化进行分析，结果表明：气层会优先沿着喷气装置外壳后方的低压区扩散，喷气口的形状和分布位置的改变未能改变气层形态；将喷气装置的整环外壳修改为部分环状外壳，有效调整了模型表面的压强分布，抑制了喷口附近气层的上浮，增加了气层的长度和厚度。此外，改变通气装置外壳可以在较低通气速率下实现更好的减阻效果，增加了通气装置的续航能力。

        (3)得到了静水压强变化对气层减阻效果的影响规律，并对其影响机理进行解释。高压环境为气层减阻的实际应用带来了挑战。研究了0.1MPa-3MPa静水压强范围内气层演化特性、流场特性及减阻效果，结果发现：在来流速度与通气速率相同的条件下，连续气层的减阻效果随静水压强的增大而减弱，且减弱的程度随逐渐减小。此外，静水压强提高会增加喷出的气体的密度，影响气层与外部流动的动量交换，使气层内部反向流的速度的衰减程度降低，导致气层截断位置前移。

        以上研究可以有效拓展气层减阻技术的工程应用场景，为回转型水下航行器的通气装置的设计提供参考。此外，本文还验证了基于RANS模型并使用SST - 湍流模型与VOF多相流模型的数值方法，与试验结果的对比证明了此数值方法可准确模拟航行体所受的阻力并获得较为清晰的气-液界面，且气层覆盖面积的误差也在8%以下。