空化是指水中运动体在高速运动时其附近的流体压力低于此状态下的饱和蒸汽压而产生的汽化现象,或者人为利用通气装置使运动体表面覆盖一层不可凝结的气体而形成含汽或气的低密度空穴的现象,当空泡能够完全包裹航行体时就形成了超空泡。由于超空泡能够使航行体基本被气体完全包裹,只有头部以及尾部的小块表面直接接触流体,极大减小了航行体的粘性阻力,使其阻力较全沾湿状态时减少90%以上,因此航行体的速度会显著提高。目前,超空泡减阻技术是水下减阻最有效的方法之一,本文通过实验与数值研究手段,对小尺度水下航行体的超空化现象进行研究。首先,设计了射弹实验装置并进行了并进行了超空化现象实验。分析总结了已有射弹实验装置的优缺点,确定了超空化射弹实验装置设计方案,搭建射弹实验装置;通过射弹实验,采用高速摄像机捕捉了自然超空泡的生成过程及其发展规律;将实验结果与数值仿真结果进行了对比,验证了数值模型及仿真方法的正确性。其次,借助于数值仿真方法对固定形状的空化发生器的空化现象进行了研究,包括圆盘、半球和圆锥型。基于Schnerr-Sauer自然空化模型,对不同头型航行体的超空泡形态和阻力特性进行了仿真研究,分析得到了超空泡尺寸参数和阻力特性与圆盘、半球头型航行体直径或圆锥头型航行体锥角之间的关系,对比分析了各类头型空化特性和阻力特性的优劣,并对各类头型航行体的自由闭合和非自由闭合超空泡形态的发展规律进行了比较研究,发现自由闭合的超空泡总体尺寸基本一致。然后,利用动网格技术对形状可调节空化器进行了数值研究,从空化特性及阻力特性上分析了传统可调节空化器的优缺点,在圆盘与圆锥头型超空泡流研究的基础上设计了新型可调节空化器并进行了数值分析,发现新型可调节空化器空化特性相似,但有更好的阻力特性。