随着潜艇声学隐身能力的发展和对水域常态监视的需求不断增加,潜航器的非声探测技术成为了研究热点,红外探测由于具有全时段监测及监测范围广的特点,成为备受关注的技术,“热表皮”作为一种自然条件下海洋表面存在的特殊热边界层,该结构会受到流场扰动的影响,进而暴露出底层水体温度产生可以被高精度红外传感器捕捉到的热信号。本文在分析国内外关于流动调制“热表皮”相关研究的基础上,通过实验和数值模拟结合的方法,探索水下目标产生的热信号形态和空间分布及其与流动参数的关系。通过拖曳实验的方式,测量均匀水体下直径D=4cm小球在水下运动引发的水面流场和水面温度场数据,流场测量采用的自制粒子图像测速系统（PIV）,温度场测量采用的红外观测系统,两个测量系统实现同步测量,结果表明:（1）潜深＜2D时,小球引发的水面流场将在远场出现波角特征,波角随Re数增加而减小,潜深≥2D时,波角特征将消失,紧邻小球后方的区域将出现形似“点源”的流场特征;（2）潜深≥2D,热信号间距开始出现与Re数负相关的关系,间距最终将趋近于4.5D;（3）热信号响应时间内,Re＜5650时,流体质点的平均流速随时间变化的曲线斜率与Re数呈正相关关系,这个规律不受潜深参数的影响;（4）热信号的产生总是滞后于流场出现变化的时刻,需要水面流体质点平均流速达到阈值Vt=0.003m/s才会产生热信号,该阈值与潜深和Re数都没有明显关系。采用大涡模拟的湍流模型进行实验室尺度的数值模拟,计算工况与实验工况一致并与实验结果对比验证其正确性,分析实验无法测量的水面以下流场数据,研究小球尾流阶段演变和尾流的辐聚辐散在浮升过程的衰减,结果表明:（1）小球尾流将经过涡结构对称成长阶段和涡结构非对称脱离阶段,在竖直方向上涡结构对称成长阶段所需时间比水平方向所需时间更少;（2）潜深≤3D时,辐聚辐散强度整体上与Re呈正相关关系,在Re∈[5650,6900]之间存在上升趋势增加的转折点,潜深＞3D时,辐聚辐散强度随Re数增加而上升的趋势没有明显转折点;（3）浮升过程中,辐散强度的衰减相较辐聚强度不明显,水面流场辐散现象与热信号密切相关,意味着通过探测水面热信号可以捕捉到潜深较大的水下目标。