水下垂直发射空泡流具有明显的非稳定、非定常、非线性特点，且同时受到发射条件及发射环境的影响，流动机理复杂，是航行体工程设计中重点关注的问题，水下航行体边界层通气技术通过控制航行体表面的流体动力特征，以改善航行体水下弹道，是实现航行体水下成功发射的有效途径之一。本文采用机理实验、数值计算和理论研究等手段，重点针对水下航行体边界层通气空泡的流动特性开展研究，揭示边界层通气空泡融合、发展演化的流场结构特征及流体动力形成机理，并探索了边界层通气空泡多相流动与刚体运动耦合的多自由度航行体动力学特性。　　通过将水下航行体通气简化为平板模型，基于空化水洞平台建立的边界层通气空泡流体动力特征研究实验，开展了边界层通气空泡发展演化过程及壁面压力分布特征研究。同时，选取合适的多相流模型和湍流模型，建立了绕平板多相高弯曲流动的数学模型，并结合实验结果，对通气边界层空泡流旋涡运动特性进行了深入分析，形成对边界层空泡融合的机理认识，结果表明，通气射流内部形成的反旋转涡对沿来流方向不断发展，阻隔来流与底面直接接触，促使离散空泡横向扩散、相互融合并逐渐形成单一空泡覆盖平板表面。同时，基于实验对欧拉数、弗劳德数、通气率、排气孔布局方式及孔间距等因素对空泡融合性的影响分析可知，通气率增大、弗劳德数减小、顺排排列及孔间距减小均有利于提高通气空泡的横向融合特性及空泡稳定性，为后续开展水下发射过程中的边界层通气空泡流研究奠定理论基础。　　结合航行体边界层通气状态水下发射过程，发展了基于 RANS 方程和均质平衡流方程的数学模型，同时利用局部网格重构技术和流场信息插值技术，对航行体水下运动过程边界层通气多相流场的数值模拟方法进行研究，实现了从出筒到出水三维运动的模拟及通气空泡多相流场与航行体运动的耦合计算，并应用已有实验数据对数值模拟方法的有效性进行了验证。　　基于该数学模型，开展了不同通气方案下边界层通气空泡非定常发展过程及其流场特性研究，基于仿真结果探讨边界层通气空泡形态的发展、演化过程，分析了通气流量、通气速度、通气膜状空泡长度等参数的时变特征，讨论了通气流量对航行体表面压力分布的影响。结果表明，通气空泡内流场可分为气相区、混合相区及尾部泄漏区。气相区的空间尺度小但流场结构复杂，混合相区空间尺度大且以回射流动为特征，通气空泡尾部水流的撞击、闭合及其导致的滞止高压、逆压梯度是回射流动的驱动力，它将部分水介质从通气空泡尾部逆流带入膜内，使得空泡内出现混合相区，增大了空泡的周向尺寸，并引起尺度较大的三维旋涡运动。随着通气空泡融合后沿轴向不断推进，空泡尾部回射高压及空泡覆盖区域的等压特性，显著改变了航行体绕流多相流流场属性及流体动力特征。　　最后，基于上述研究结果开展考虑发射动基座运动牵连速度影响下，流体动力与多自由度航行体运动的耦合计算，探讨边界层通气空泡流与航行体运动的相互作用机理。根据边界层通气空泡形成的覆盖区域等压分布特性，建立非定常空泡流体动力分析模型，由模型计算结果可知，在发射平台运动引起的牵连速度影响下，通气空泡的非对称发展造成航行体迎、背流面的合力及俯仰力矩由于通气空泡的推进而发生有利变化，改善航行体多自由度运动过程中的俯仰姿态，增强弹道稳定性，实现了采用通气技术对航行体流体动力及运动特性进行控制的目标，对工程设计起到了较好的支撑作用。