新型潜射导弹、超空泡鱼雷等武器装备,已成为我国乃至世界海军武器发展的热点和难点。开展带动力超空泡试验,考察武器装备动力系统及其在高速空泡流中的性能,对超空泡武器研究至关重要。现有试验手段对模拟高速水流环境存在局限性,超空泡试验开展受到很大约束。本文提出一种新型高速水面航行器,它可作为超空泡试验平台搭载超空泡试验模型进行水面航行试验,并利用搭载的试验设备进行数据观测与采集。本文以高速水面航行器为研究对象,提出两种水翼布局的外形设计方案,针对水翼与浸没航行体,分别开展全浸湿与跨水空介质流场数值模拟,分析了部件周围多相空化流场特点,得到其水动力特性变化规律。建立了耦合VOF模型、Schnerr Sauer空化模型、k-ωSST湍流模型的多相空化流计算模型,基于OpenFOAM开源软件平台,开发了可求解多相空化流动的求解器,并通过二维翼型和自由界面浸没高速射弹流场仿真,验证了本文数值方法与求解器的有效性和准确性。提出了双水翼布局高速水面航行器外形设计方案;分别对二维TAP-1超空化水翼、挂载航行体以及双水翼布局翼-弹构件,开展两相空化流场分析研究,揭示了外流场流动参数分布规律,获得水翼水动力特性变化规律及水翼与航行体间水动力干扰特性。针对单水翼布局高速水面航行器外形设计方案,分别对二维复合水翼、垂直插入的跨介质水翼以及航行器翼-弹构件,开展带自由界面外流场研究,对水翼附近空泡生成、液面起伏等现象进行计算分析,揭示了跨介质水翼水动力特性变化规律,获得单水翼布局翼-弹构件的带自由界面流场结构与水动力特性。本文针对高速水面航行器进行了外形创新设计,基于数值模拟方法,对两种水翼布局方式的航行器水动力特性进行了较为系统的研究分析,可为超空泡试验平台及其它高速水面航行器设计与研制提供技术支撑。