飞行器复杂外形绕流边界层转捩预测方法是流体力学的热点研究方向,在航空航天领域具有重要的工程应用价值。针对复杂外形（如翼身组合体）绕流边界层的自动、精确且鲁棒的转捩预测方法,能够为自然层流翼型、机翼和全机的减阻优化设计提供可靠的分析工具,为新一代高性能飞行器的减阻设计提供必要手段。本文开展了飞行器复杂外形绕流转捩预测方法及其应用研究。首先基于线性稳定性理论,改进了双eN转捩预测方法。然后基于所发展方法,开展了用于层流控制的后掠机翼边界层转捩预测方法研究和新概念自然层流超临界前掠机翼边界层转捩预测研究。针对翼身组合体复杂外形,开展了转捩预测应用研究,并研究了机身对机翼边界层流动不稳定性及转捩的影响。本文的主要研究内容及研究结论如下:（1）改进了基于线性稳定性理论的双eN转捩预测方法,并开发了相应的转捩分析程序模块,并将其集成到课题组具有自主知识产权的“耦合边界层转捩自动预测的RANS方法计算软件PMNS3D”中。通过对基于不同扰动放大因子积分策略的eN转捩预测方法的对比研究,发现了原有双eN方法存在的不足并进行了改进,具体为:原双eN方法采用包络线方法计算TS波不稳定扰动累积放大因子NTS,当存在较强的横流不稳定性扰动时,会把横流扰动也积分到NTS中。改进后的双eN方法使用固定波角方法替换包络线方法,使计算得到的NTS中不会包含横流不稳定性,从而避免了在横流主导的转捩中发生NTS首先达到阀值的情况。通过与实验转捩位置的对比,验证了改进方法较高的可靠性。（2）针对大型民机后掠机翼难以实现稳定自然层流设计的问题,开展了用于层流控制的后掠机翼边界层转捩预测方法研究。本文提出了一种压力分布前缘鼓包的层流控制方法,通过对横流不稳定特性进行分析,对传统自然层流超临界翼型压力分布进行改进设计,在上表面前缘区域设计一个鼓包,从而造成一小段逆压梯度,抑制三维横流不稳定性扰动在前缘加速区的快速发展,避免后掠机翼边界层流动在前缘发生横流转捩。而鼓包逆压之后保持传统自然层流超临界翼型的顺压梯度,抑制TS波不稳定性。通过无限翼展和有限翼展后掠机翼算例,验证了所提出的改进方法可同时抑制二维TS波扰动和三维横流波扰动的发展,可以实现后掠机翼表面较大范围的自然层流。（3）开展了用于层流控制的后掠机翼边界层转捩预测方法研究。针对40°后掠的无限翼展后掠机翼,开展了混合层流控制对后掠机翼边界层转捩影响研究,验证了在机翼前缘吸气实现层流控制的可行性。通过不同的抽吸强度和抽吸范围分布对横流不稳定性的影响规律的研究,发现抽吸区域位置越靠前,起到的减弱横流不稳定性扰动的效果越明显。而在抽吸总流量相同时,在前缘区域更加集中地进行较强的抽吸,可以更有效抑制前缘加速区快速增长的横流不稳定性扰动,推迟后掠机翼边界层转捩。（4）针对中短程民机外形,开展了新概念自然层流超临界前掠机翼边界层转捩预测研究。对前/后掠机翼自由转捩气动特性进行了对比,研究发现前掠机翼布局相对于传统的后掠机翼布局,在实现跨声速自然层流超临界机翼设计这个方面,具有更大的优势。然后,分别对前掠机翼展向稳定性变化规律、前缘掠角对前掠机翼转捩影响的规律进行了研究。（5）将所发展的双eN转捩预测方法推广到了三维复杂外形,将课题组自主知识产权软件PMNS3D的转捩预测功能从机翼绕流计算发展到复杂外形绕流计算,开展了翼身组合体复杂构型流动转捩预测应用研究。利用DLR-F4翼身组合体模型对所发展的方法进行了检验,验证了所发展方法对飞行器复杂外形绕流的转捩位置预测及其诱发机制判断的可靠性。分析了机身的存在对后掠/前掠机翼边界层流动不稳定性及转捩的影响。对包含机翼、机身、水平尾翼、垂直尾翼和螺旋桨的全机外形进行了考虑螺旋桨滑流的流动转捩预测研究,验证了本文发展方法对飞行器复杂外形绕流进行边界层转捩预测的能力。