S形翼型被广泛应用于可逆式流体机械的设计中,由对称S翼型设计出的双向泵具备正反向运行性能相同的特点。在考虑经济成本和操作难度的情况下,双向轴流泵是实现泵站灌排一体最为便捷的方式,但是,正反向运行所面对的来流条件及工况变化,会导致双向泵运行在相对极限的工况下,造成运行不稳定和空化的提前产生。在双向泵的空化性能测试中发现,双向轴流泵的空化性能与单向轴流泵存在明显差异,而S形水翼在设计中的高攻角使用会容易提前诱导云空化的产生。因此,开展S形水翼的云空化流动现象研究,能够为未来进一步研究双向轴流泵叶轮内空化和降低云空化对双向泵站影响的奠定基础。本文通过空化水洞实验平台结合数值计算方法对S形水翼的空化流动进行研究,通过使用高速摄影测试发现了 S形水翼的不同动力学形态的云空化瞬时流动特性,结合升阻力的瞬态测试结果,分析了云空化运动与升阻力主频变化的关联性;采用与实验结果吻合较好的混合密度分域湍流模型（FBDCM）获得了 S形水翼空化下的流场,揭示了引起不同形态空化脱落的内在运动机理,探讨了 S形水翼特殊压力分布与空化引起的表面压力变化所导致的主频变化;基于不同的涡识别准则和涡量输运方程,掌握了不同工况下的云空化所引起的漩涡演变机理,结合修正后的一维流动理论,阐明了云空化所诱导的S形水翼表面的不稳定压力脉动来源,获得的主要结论如下:（1）对不同空化数及不同攻角下的S形水翼空化流场及升阻力特性进行了测试。通过高速摄影测试发现了 S形水翼区别于其他翼型的云空化演变特性,随着进口空化数的降低,当攻角α＞0时,S形水翼的空化阶段发展与常规水翼类似,均经历了从初生到片空化再到云空化阶段的发展过程;当攻角α＜0时,随着空化数的降低,云空化现象会再度转变为片空化状态,片空化阶段和云空化阶段会多次交替出现,这表明S形水翼的特殊形状会诱导空化发展过程中出现区别于常规翼型的现象。（2）通过六维力扭矩传感器对S形水翼的升阻力测试发现:在无空化工况下,雷诺数的变化与失速发生攻角呈现线性相关;不同程度的云空化会引起升阻力具有明显的频率变化,在过渡振荡空化产生前,升阻力主频约是云空化主频的两倍,在过渡振荡空化产生后,升阻力的主频与云空化主频一致,均不受攻角和空化数的影响,但是S形水翼独特的云空化动力学现象会导致不同工况下的升阻力存在不同的谐频成分。（3）基于FBDCM模型和Zwart-Gerber-Belamri（ZGB）空化模型对不同动力学形态的云空化现象进行了数值模拟,并通过实验测试结果验证了数值计算的可靠性。结合云空化过程中的回射流运动及强度分布,发现部分云空化现象是来自于S形水翼后半部分空穴厚度大幅增加,但是前半部分的厚度不足以提供回向射流运动的条件所引起。S形水翼的特殊形状造成回射流在0.5C位置处强度最大,导致第一次空化长度发展到0.5C处产生脱落,同时也扰乱了空穴尾部的速度场并降低第二次发展到0.5C时的回向射流强度,保证第二次的空化长度能顺利发展到1.0C,从而造成了不同程度交替脱落的多次云空化现象。最后,通过S形水翼的时均表面压力系数解释了升力系数不断上升的主要原因,并结合不同时刻下的云空化运动诱导的压力系数变化解释了不同程度云空化下的升阻力主频变化的主要原因。（4）通过Q准则和Ω准则识别了 S形水翼云空化引起的流场内漩涡,探寻了云空化演变与漩涡运动之间的关联性。发现S形水翼在设计攻角阶段和高攻角的小尺度脱落阶段（0.25C＜l＜0.5C）的流场内均存在U形漩涡结构,U形漩涡来自于云空化的溃灭运动阶段,均是由壁面射流和回向射流在展向方向的不均匀分布导致,在脱落的空泡云完全消散时,流场内的漩涡会发展到最大体积,空化与漩涡的交替发生,容易造成水力机械通道堵塞和性能下降。结合涡量输运方程发现云空化引起的涡量分布主要是来自于涡拉伸项,涡膨胀项和斜压矩项分别提供了空泡内部的涡量演变和气液交界面的涡量传递。（5）云空化引起的压力脉动主要与空泡体积的二阶导数相关。本文考虑气液交替覆盖影响所提出的一维理论修正函数,能够提升一维理论在吸力面侧对压力脉动的预测精度。云空化的溃散过程是引起S形水翼吸力面受到强烈压力冲击的主要因素,小尺度的云空化脱落产生的高压力强度系数集中于云空泡的断裂位置和溃散位置,而大尺度的云空化脱落引起的高压力强度系数主要来自于云空泡在尾缘处的溃散作用。