随着高超声速飞行器技术的发展,针对高超声速飞行器周围激波层中光传输问题的研究具有重要意义。激波层中复杂湍流结构会引起光信号的衰减、抖动和模糊等气动光学效应,研究过程中首先需要了解流场中湍流分布状况,在此基础上研究湍流对光传输的影响。本文采用ICEM软件建立了不同半锥角钝头锥模型。结合研究问题对整个计算域进行分模块剖分,并且对研究区域网格进行局部加密处理,在保证计算精度的基础上提高了计算效率。分析了高超声速流场仿真时重要参数的设置与取值,如湍流模型选取、来流条件、壁面条件等。在残差震荡收敛状况下,观测流场Mass flow rate收敛状况来证明流场结果可靠性。与文献中类弹体模型密度场仿真结果进行对比,结果吻合良好。基于Fluent软件仿真了不同模型在20-50km高度以5-8Ma飞行时周围流场,分析了流场中温度、压强和密度的分布差异并给出分布产生差异的原因。在仿真结果基础上分析了密度和折射率的变化规律。对比了不同状况下沿垂直于壁面方向密度最大值位置变化状况,结果表明模型半锥角对该位置影响最大,其次为飞行速度、飞行高度。分析了波长、不同位置、不同飞行状态及模型半锥角对折射率分布的影响,结果表明飞行高度是影响折射率数量级的主要因素,波长对折射率数量级的影响不大,其余因素则主要会影响折射率沿垂直于壁面方向变化速度。结合结构函数的“2/3定律”与G-D公式得到基于密度的折射率结构常数模型,计算了二维流场中各位置处折射率结构常数。分析了光波波长、步进长度等模型参数对计算结果的影响,对比了折射率结构常数在激波层、剪切层及湍流边界层等不同分层结构中变化规律,以及折射率结构常数随飞行状态和模型半锥角的变化规律。结果表明,其分布状况与折射率分布规律类似,不同的是激波层分层结构会引起折射率结构常数在数量级上的变化。采用分步傅里叶方法求解波动方程并采用谱反演法构造相位屏,采用Von Karmann谱进行计算,过程中折射率结构常数随流场位置、飞行状态和模型半锥角等因素变化,并对湍流内、外尺度进行了修正。对光束穿过固定流场后的光强分布进行1000次模拟,由数值方法得到出射光强起伏的统计特性。分析了光强起伏随飞行状态和模型半锥角的变化规律。结果表明飞行高度是影响光强起伏方差的主要因素,流场位置、飞行速度和模型半锥角是次要因素。