空泡现象从发现至今,已经历了几代人的认识和研究。直到1994年俄罗斯成功地研制出第一枚航速可达200节的超空泡鱼雷,打破了传统上认为的水下物体最高航速只有140节的神话,引发了世界各军事强国研究超空泡的热潮。在这样的背景下,本文开展了对水下航行体绕流空泡的研究,对定常超空泡从实验和理论两个方面进行了分析和探索。选题来源于国防重点基础项目研究,论文的主要工作和创新如下: 1.庄水洞中对空化器的超空泡生成与发展进行了系列模型实验。对实验空泡图像获取、空泡数与佛汝德数等相似参数的影响等超空泡实验技术与数据处理技术进行了深入的研究,获得了空泡实验图像的处理修正方法和重力场对空泡几何形态影响的定量关系;基丁超空泡生成与发展过程和空泡几何形态的水洞实验结果,分析与描述了空泡的绕流现象、空泡的几何特征,提出了把空泡的发生、发展划分为四个阶段的设想,以及有利于空泡研究及表达的稳定超空泡概念; 2.从势流基本方程出发,基于细长体理论推导与建立了以空泡数和空化器尺寸为自变量的空泡几何特征参数的近似函数解析表达式,给出了算例,并与水洞实验结果进行了比较,两者吻合良好。 3.基于面元方法,建立了数值求解轴对称细长空泡流的数学模型,采用迭代法求解获得空泡轮廓与空泡数的定量关系,并与本文近似求解结果和其它经验公式计算结果作了比较,表明此法对于空泡外形的整体求解是有效的。 由于种种原因,所能查到的公开文献中,关于空泡研究方面的资料非常有限,特别在国内,对空泡的研究刚刚起步,还处于对国外文献的理解与总结、对高速超空泡航行体总体概念的建立和对关键技术的探索性研究阶段。因此,本文的研究对于空泡研究的进一步开展,及空泡的控制具有非常重要的意义。