自然界生物优异的减阻功能表面和结构等减阻特征,在节约能源、船舶增速增程等方面中扮演着越来越重要的角色。受洄游河鲀体刺特征启发,围绕仿河鲀体刺的非光滑表面在中低速情况下的减阻特性及其流场特征,展开了以下工作。采集河鲀体型、体刺等相关原型数据,结合水文特征分析河鲀洄游流场,将河鲀背部体刺分布与流场关系分解为排布位置与来流速度两个研究因素,根据边界层厚度确定减阻元形状参数取值,确定非光滑表面面积,设计减阻元分布方式。设计了仿生非光滑表面减阻性能影响因素的正交试验方案与主要影响因素的单因素研究总体方案。确定仿生非光滑表面湍流流场求解方法、仿真方案,并对仿真方案进行验证。仿真阻力系数同理论估算阻力系数的相对误差均在工程误差5%以内,表明仿真方案可行,其结果可保证在一定误差范围内。通过仿真得到正交试验结果,分析得到影响减阻性能的主要因素,并对其进行仿真研究,获得非光滑表面减阻特性。研究表明:影响减阻性能的主要因素为排布方式、排布数量、排布位置、轴长以及底面半径;非光滑表面的总减阻效果最大可达30%以上,粘性减阻率超过40%;随着研究因素取值增大,减阻元轴长与底面半径的粘性减阻率和总减阻率呈阶段变化,减阻元排布位置与排布列数的粘性减阻率和总减阻率呈线性变化,减阻元排数的粘性减阻率和总减阻率呈抛物线式上升。分析流场速度、压力以及涡量可知,非光滑表面的边界层厚度增加,减阻元间隔有涡旋与低速回流;非光滑区域压力产生振荡并沿流向衰减,所分析表面其前三排压力差占比超过88%;非光滑区域上方为大涡量的流体强烈作用区,其近壁面及其后区涡量小于光滑表面;仿生非光滑表面的减阻机理可表述为:非光滑表面可降低近壁流体速度梯度,产生回流流体,减小近壁区域流体微团旋转运动,从而减小或抵消表面粘性阻力,降低能量耗散。最后在自制水洞试验平台,通过PIV(Particle Image Velocimetry)测速系统对用树脂材料打印的非光滑表面样件进行试验,获得非光滑表面流场信息。流场对比验证表明:非光滑表面能使流场边界层增厚,减阻元周围产生涡旋、间隔内存在低速回流;此外,仿真流场的涡旋结构与试验流场有所差别,目前仿真尚不能用于预报实际流场涡旋结构。