自身不带动力且发射后在水中产生自然超空泡并利用本身动能或自带炸药摧毁目标的武器为超空泡射弹,作为20世纪末出现的一种新型水下防御型武器,其技术基础源于超空泡减阻原理。超空泡射弹从发射到侵彻水中目标,需要经历撞水、侵水、流场流动等阶段以及会出现空泡形成扩展溃散等诸多短暂、变化激烈而又复杂的物理现象,而这些现象又会对弹体在水下运动时的弹道稳定及侵彻靶体能力等有着重要的影响,研究各个过程中的这些物理问题对于研制开发水中兵器有至关重要的军事意义;同时随着现代海上威胁活动的日趋频繁,各国对海洋平台、水上舰船及水下潜艇等结构的抗侵彻能力的研究需求日益迫切,但相对为数众多的空气中的穿甲研究,弹体侵彻水介质环境下的金属靶的研究资料无论在数量上和深度上都相当少见。本文通过实验、理论分析以及数值模拟相结合的技术方法对高速射弹入水并侵彻水中靶行为进行了研究,并开展了以下具体研究工作:　　对几种典型弹体高速入水进行了实验和数值仿真研究,以增进对高速射弹入水行为的理解,分析了弹头形状对弹体的水弹道稳定性以及速度衰减规律的影响,确立了弹体阻力系数、弹体头型以及撞击速度之间的关系,提出了一种简化的弹体头型阻力系数估算公式。　　建立了高速射弹水平入水时空泡扩展的力学模型,通过理论分析并结合实验结果发现了弹体入水过程中超空泡扩展的机理以及相关参数随弹体侵彻位移的两个变化规律,揭示了射弹入水时的弹体稳定性机理,建立了描述弹体水平入水过程空泡扩展的理论公式,能有效的描述空泡内部先于撞水表面发生闭合的入水的情形。　　开展了不同弹体对空气中不同结构靶板的斜穿甲实验,获得了靶板的抗侵彻性能及损伤形式随弹体撞击角度的变化规律,同时研究获取了不同弹体斜撞击靶板时的弹道角度偏转规律,提出弹体角度偏转的半经验理论公式。　　通过万能材料试验机对靶板材料A3钢进行了常温至900 ℃高温的准静态拉伸力学性能实验,并利用SHPB及 SHTB装置对其在常温下的动态压缩性能和动态拉伸性能进行了研究,提出了修正形式的Johnson-cook本构关系以及失效准则,并利用Taylor撞击实验及相应的数值仿真对材料本构和失效参数进行了验证。利用获得的靶板材料的本构关系和失效准则对斜穿甲进行了数值仿真研究,并利用数值仿真结果确立了弹体在斜撞击时角度偏转与弹体撞击角度之间的关系。仿真结果证实,采用的靶板材料的本构和失效模型能有效描述靶板在弹体斜撞击下的靶板弹道极限变化规律及大变形损伤特征。　　通过弹体对涉水靶的侵彻实验和数值仿真并与空气靶的穿甲结果进行对比,分析了水介质与靶板的相对位置对靶板防护性能以及损伤特性的影响,同时通过进行水下单层和双层靶的斜侵彻实验得到了水效应对靶板防护性能的影响随撞击角度的变化趋势。　　本文获得的研究成果可以为超空泡射弹的设计以及其对水中靶板的侵彻行为特性的理解提供必要的实验和理论基础,具有重要的理论意义与实用价值。