目前水下中小口径武器的发射方式有直接浸没在水中发射和采用挡水板隔水密封发射两种,分别对应膛内压力陡升和发射装置复杂的特点。本文提出一种燃气协同排水的新型发射方式,即:在弹体前端开设若干小孔,将弹后空间的部分燃气以射流的方式在发射管内形成气幕来排水。通过将发射环境由液体变为低压气体环境,可避免现有发射方式的不足。为了解这种发射方式的机理,需要研究发射过程中燃气射流与液体工质在柱形空间内相互作用的特性。　　以此为背景,本文开展了锥形分布的多股圆形燃气射流与液体工质在柱形充液室内相互作用特性的实验和数值研究。主要研究内容及成果如下:　　(1)锥形分布的多股燃气射流在柱形充液室内扩展特性的实验研究　　设计并搭建锥形分布的多股燃气射流与液体相互作用的可视化实验平台,采用高速录像系统记录多股燃气射流在柱形充液室内形成的多个Taylor空腔的演化过程,研究了破膜喷射压力和多孔喷嘴结构参数(喷孔直径、侧面喷孔喷射角度和侧面喷孔数目)变化下多股燃气射流的演化和气液掺混特征。结果表明:燃气射流在柱形充液室内的扩展可分为燃气射流初期发展阶段和燃气射流贴壁扩展两个阶段。燃气射流形成的多个Taylor空腔在初期发展阶段相互独立,沿各自喷孔方向扩展;侧面燃气射流在贴壁扩展阶段演化为贴壁射流并出现汇聚。增大喷射压力或减小侧面喷孔与中心喷孔间的夹角,射流头部位移速度的衰减加快;而增加侧面喷孔数目,中心和侧面Taylor空腔头部位移速度的衰减均减慢。　　(2)多股燃气射流在柱形充液室内扩展的数理模型及典型工况的数值研究　　结合实验研究结果,针对两相流动过程建立三维非稳态数理模型。基于数值模拟分析了典型工况下多个Taylor空腔和流场内回流区的演化特征,获得了燃气在柱形空间内的分布特征以及两相流场中压力、速度和温度等特征参数的时空分布规律。结果表明:在燃气从喷孔喷入液体环境后形成多个Taylor空腔中,中心Taylor空腔易出现收缩/断裂现象。燃气射流在柱形充液室内扩展可划分四个区域:喷嘴过渡区、稳定扩展区、快速扩展区和纯液相区。稳定扩展区内燃气体积分数沿截面位置的变化较小;喷嘴过渡区和快速扩展区内燃气体积分数随截面位置变化显著。在Taylor空腔内部,欠膨胀的燃气射流在喷孔附近的气流核心区内经历两到三次的膨胀-压缩过程,并随射流的扩展逐渐降低到一次。中心Taylor空腔轴线上的压力、速度和温度曲线易受喷孔附近复杂气液界面的影响而发生不规则变化,侧面Taylor空腔轴线上的参数分布相对稳定。　　(3)喷孔结构变化对多股燃气射流在柱形充液室内扩展影响的数值研究　　考虑喷孔直径、侧面喷孔喷射角度和侧面喷孔数目变化对多股燃气射流演化产生的影响,针对不同结构的多孔喷嘴进行数值研冗。结果表明:中心喷孔直径的增大促进中心Taylor空腔的径向和轴向扩展,对侧面Taylor空腔形成挤压。中心Taylor空腔气流核心区内波系结构的规模随着中心喷孔直径的增大而增大,而无量纲后的压力、马赫数和温度曲线具有相似性。同时增大中心喷孔和侧面喷孔直径,中心Taylor空腔的收缩程度有所缓解,气流核心区内无量纲压力下降和回升速率不变,但压力回升的位置前移,回升的幅值增大。增大中心喷孔与侧面喷孔之间的夹角,侧面Taylor空腔与中心Taylor空腔汇聚的难度增大。增加侧面喷孔数目,中心Taylor空腔的收缩/断裂出现的时间提前,中心喷孔轴线上的压力、马赫数和温度曲线未能体现出明显的规律性。　　(4)喷射压力变化对多股燃气射流在柱形充液室内扩展影响的数值研究　　数值研究了破膜喷射压力对多股燃气射流演化的影响,同时分析了破膜喷射压力和喷嘴结构耦合作用下多股燃气射流的演化特征。结果表明:破膜喷射压力越高,Taylor空腔的扩展更迅速,内部回流区的演化更快,截面平均压力与喷射压力线性相关。对喷射压力和侧面喷孔喷射角度耦合作用的研究表明:中心喷孔与侧面喷孔之间的夹角对回流区的演化过程影响较大,破膜喷射压力主要影响Taylor空腔内回流区的演化速度。在不同喷射压力下,中心与侧面喷孔之间夹角的增大改善了燃气在快速扩展区内的分布。对破膜喷射压力和侧面喷孔数目耦合作用的研究表明:喷射压力较低和侧面喷孔数目较多的喷嘴形成的中心Taylor空腔易形成脱离的气泡,增大破膜喷射压力或减少侧面喷孔数目可抑制这种现象。　　多股燃气射流协同排水是水下枪炮发射的一种新方式,但其中涉及的燃气射流和液体相互作用的特性尚未明晰,阻碍其在工程上的应用。本文针对多股燃气射流与液体相互作用的问题开展了相关的实验和数值研究,取得了一定进展,为深入研究燃气协同排水的水下发射奠定了基础。