超空泡流动之所以在水中高速鱼雷、反潜火箭、潜射导弹/射弹等兵器设计中有着重要的应用,是因为物体在水下高速运动时,其减阻效果可以达到90%。然而,空泡的溃灭又会给机器带来损伤,例如水泵和水轮机的气蚀问题。因此,详细研究超空泡的流动机理具有重要的实际意义。现代超空泡兵器的开发,已考虑在潜艇以及航母的吃水线下部安装机关炮,旨在离自身足够远的距离处,所发射的超空泡射弹能拦截住来犯的鱼雷或其他水下武器,这就必须考虑在浅水区超空泡流动的水动力学特性。为了研究物体在近自由面的运动规律,本文通过使用Fluent软件对不同水深和不同速度下的物体快速运动过程展开数值模拟研究,监测物体表面超空泡的形成过程以及自由面的变化过程,并计算出自由面在不同工况下的波浪高度、起波位置等参数。研究发现在一定的范围内,数值模拟算出了超空泡在水面上拉出了一个倾斜的先导波浪,波浪的前沿位置超过了物体或超空泡的头部位置,这是因为快速运动的物体表面形成的超空泡对浅水层挤压造成的。在深水位时,自由面的波动不是太明显,而在浅水区时,自由面的波动很大。随着水深的增加,自由面波动引起的波浪高度也随之减小,而自由面的起波位置距离物体前沿却越远,另外,随着物体速度的增加,自由面波动所诱导的波浪高度也在增加。此外,还测量出不同水深和不同速度下的超空泡形态轮廓以及尺寸变化的规律,与前人提出的半经验公式进行了对比。由于计算条件的限制,着重研究了物体在不同水深和速度下的二维数值模拟研究,而对于三维数值模拟,只是对二维数值模拟结果的补充,并将仿真结果与前人的半经验公式进行了比较分析。