本文对三维水下超声速气体射流进行了实验研究，分析了气体射流流场及射流不稳定性。通过设计了一套三维水下超声速气体射流实验装置，实验研究两个不同设计马赫数的Laval喷嘴在不同工况下的水下超声速气体射流，说明回击现象的演化过程及比较不同工况条件下的流动情况，并统计了回击频率。重点分析了水下气体射流初期气泡的生长、长大及其运动演化过程。气泡的形态变化说明了气水边界运动复杂性，并且建立了可定量分析气泡形态变化的模型，通过参量的确定与数据处理，分析了气泡运动的某些规律，解释了非圆整度的含义，同时在分析中指出气体射流的动量射流段在理论分析与实际应用的重要性。在实验结果分析中得出相比大设计马赫数的喷嘴，在同条件下的水下气体射流，小设计马赫数的喷嘴更容易得到稳定的长度较长的动量射流的结论。研究了水下气体射流过渡段的演化及其内部包含能量变化的运动过程对水下气体射流的重要影响。针对潜射导弹破水发射技术的概念，在二维水下超声速气体垂直射流的实验基础上，利用量纲分析方法得到了气体动量射流段无量纲数与弗鲁德数、斯特鲁哈数之间的无因次关系式，为潜射导弹破水发射技术提供基础理论数据。