潜射航行体出水载荷、弹道及姿态是水下发射技术的关键参数,由于穿越水层过程中存在复杂因素的干扰,如何确保航行体出水参数满足要求,已成为亟待解决的水下发射技术难点之一。作为一种特殊的通气空泡技术,等压排气通过形成的覆盖航行体局部表面的气体边界层,可以有效改善航行体出水载荷、弹道及姿态,甚至是各参数的稳健性,该技术近些年来被提出并受到广泛关注。本文以航行体出水问题为研究对象,系统开展等压排气改善航行体出水特性及稳健性的机理研究。首先,本文数值研究等压排气气膜发展演化机制,分析排气气膜发展过程中内部组成、压力分布、旋涡结构等参数的特点及关系,建立气膜周向融合前后的流场结构简图。结果表明,等压排气是环境降压与来流剪切共同作用下的气腔被动泄气过程,其形成气膜的发展源于气体的不断注入、水流的恒定推动以及环境的持续降压作用。根据膜内组成成分及旋涡结构,气膜主体可划分为反向旋转涡对作用的气相区,回射流动主导的混合相区,以及膜尾的泄漏流动区。在条带状气束周向融合成层状气膜的过程中,膜尾闭合模式由鞍点-双螺旋结点模式向再附结点-双螺旋结点模式转化。等压排气改善航行体出水特性的机理在于气相区和混合相区气膜构成的近似等压区改善了航行体的载荷特性。其次,本文系统探讨排气结构参数影响等压排气特性的机制。研究表明,气孔结构参数变化可以显著影响排气过程及气膜发展过程。单排孔方案下,孔间距增加通过提升单孔流量,使得气膜轴向推进速度加快,周向融合速度减缓。而排气角度的降低则利用轴向通流面积的增加和气体射流的预偏,促进气腔的快速排气及气膜的快速轴向生长。双排孔方案借助两倍于单排孔方案的排气面积以及孔1气膜覆盖孔2的组合排气方式,可以获得更快的气膜发展速度。当增加双排孔方案下孔排间距时可以提升组合排气效率,而组合排气方案下较高的排气效率降低了排气孔孔间距及排气角度对排气过程的影响。在此基础上,本文基于一自由度单向耦合、三自由度双向耦合仿真方法,研究考虑平台速度作用的航行体出水载荷特性及多自由运动特性。研究结果表明,平台速度导致的横向运动将促使航行体迎水面排气流量降低,排气气膜向背水面倾斜。平台速度作用下航行体出水经历横向偏移运动、纵向减速运动以及运动平面内的俯仰运动,并在较大水载荷作用下以较大角速度及姿态角出水。实施等压排气控制可以通过其形成的边界层气膜有效降低航行体迎、背水面压差,实现降低水动力载荷、抑制纵向偏转的效果。不同排气方案下结果对比发现,相比于单排孔方案,双排孔组合排气可以更快、更高效地发挥改善航行体出水特性的效果。最后,本文引入不确定性量化理论,研究随机发射条件下等压排气的统计特性及部分气膜参数对随机发射条件的敏感性。在此基础上,开展随机平台速度下航行体三自由度出水运动、载荷及流场的统计特性研究,探讨等压排气改善航行体出水稳健性的机理。研究结果表明,随机发射条件下,排气气膜可以维持较好“压力均等性”及“压力稳健性”。随机平台速度下,有、无排气方案航行体水平速度不确定带沿运动轨迹表现为“沙漏状”的“收缩-扩张”变化过程,而水平位移不确定带呈晚半个周期的“纺锤形”的“扩张-收缩-扩张”变化过程,航行体姿态角维持均值增加不确定带扩张的趋势发展。等压排气通过排气气膜较好的压力“均等性”及“稳健性”,降低了航行体迎、被水面的压力均值差异及不确定带大小,从而削弱了航行体横向载荷及俯仰力矩对随机平台速度的敏感性,达到改善航行体出水特性及稳健性的效果。