潜射武器的水下发射过程是一个复杂的流体、气体、固体的耦合作用问题,潜射武器的水下发射过程分为出筒阶段、水下运动及穿越水面三个阶段;伴随着弹体周围环境的不断改变及弹体周围空泡的形成、发展及溃灭过程,弹体与发射筒、空泡及自由液面之间产生复杂的相互作用,整个过程弹体所受的载荷亦在不断的变化。由于潜射武器出水过程中水动力学难题的复杂性,至今仍未对这一复杂的-固-气耦合过程中的基础力学问题的机理未获得完全认知。空泡伴随着航行体的出水过程不断地发展,在航行体出水过程中,空泡溃灭产生的冲击载荷会对航行体的运动产生影响,甚至造成航行体结构的局部破坏。本文即针对航行体出水过程的空泡问题进行了数值及试验研究,以期对水下航行体的水动力设计提供了参考。首先,从理论方法、实验技术和数值应用三个方面回顾了国内外在航行体出水过程、空化问题和结构落水问题的各种研究方法。介绍了航行体出水问题过程中不同阶段涉及到的不同载荷形式。重点介绍了国内外航行体出水空化研究方面数值计算方法的研究进展。分析总结了研究过程中存在的问题与不足,在上述基础上提出尚需进一步解决的问题,为本文中的后续工作的开展奠定基础。基于势流方法建立了可考虑空泡的三维航行体绕流计算方法,在与实验结果进行了对比验证了势流方法的有效性的基础上,探索了不同头部形状、不同空化数对航行体空化绕流特性的影响。针对航行体尾部空泡问题,基于势流方法,经推导建立了考虑重力作用的尾空泡计算模型。在与已有文献中计算结果对比验证程序有效性的基础上,对锥体及航行体尾部空泡形态进行计算。在此基础上,研究了不同空化数及弗洛德数下的航行体尾空泡形态及水动力系数的变化规律。基于CFD方法对水下航行体考虑空化效应的出水过程进行了数值模拟,通过定常及非定常状态下航行体周围的空化特性的仿真值与相应实验值对比分析,验证了计算方法的有效性。通过建立的航行体单自由度出水模型,对航行体垂直空化出水过程进行了模拟,分析了整个出水过程中航行体周围的空泡的产生、发展及溃灭过程,航行体表面典型测点的水动力变化规律。通过建立的航行体多自由度出水模型,分析了空泡的存在对航行体非定常出水过程的影响程度,并研究了潜艇速度对航行体出水运动轨迹的影响特征。在航行体模型试验过程中,每次模型试验均有航行体模型落水的过程,此时模型结构会承受很大的瞬态冲击载荷,在上述冲击载荷的作用下可能会导致结构的损坏甚至导致模型的水密性无法保证,影响到后续实验数据的采集和其余试验的开展。航行体模型飞行阶段完毕后,其尾部存在半空腔结构,航行体模型为薄壁圆壳结构在落水过程中需要考虑弹性振动的影响,同时航行体模型落水速度较高,流体的可压缩性的影响也不能忽略。基于非线性双渐近法,对航行体模型空腔结构高速落水冲击过程进行分析,建模过程中考虑了流体的可压缩性,对航行体模型在落水过程载荷进行计算并与试验值进行了对比验证了方法的有效性,在此基础上对航行体模型落水过程中的力学薄弱位置进行预报;最后对航行体模型结构在不同初始角度下的落水过程的表面冲击载荷进行研究,得到了航行体模型结构落水过程中最危险的工况。航行体水下发射过程中,其周围会一直伴随着空泡与其一起运动,由于空泡处在不断的产生、发展、脱落及溃灭,故无论实弹试验还是数值模拟均无法很好地解释其运动机理。本文中自主设计制作了小尺度重力式航行体出水发射实验装置,利用高速摄影技术对考虑发射筒外泄气体影响的航行体出水过程进行了研究,以期获得航行体出水过程的空泡生成、发展、溃灭等运动规律。同时通过对比试验分析了水深及航行体初始速度对航行体出水空泡运动过程的影响;最终得到空泡长度及厚度随水深及速度单变量变化的规律,通过实验对比分析了初始倾角及航行体头型对航行体倾斜出水动态特性及空泡运动过程的影响。针对国内外海洋工程试验水池及水下发射技术研究现状进行了调研,详细介绍了目前国内外有代表性的海洋工程试验水池的建造情况及其主要配套试验设备等,在此基础上分析总结了试验水池技术领域的发展现状,为后续的中尺度减压水池总体建设方案选取提供参考。介绍了量纲分析的基本理论,推导了在水动力试验过程中需要考虑的各个相似准数,并介绍了现今情况下已满足及未满足的相似准数。对试验设施中配置掺气核装置模拟试验水体气核数与真实海洋环境相似的必要性及可行性进行了探究,提出了可满足试验水体气核密度与真实海洋环境相似功能的掺气核系统方案,可实现不同海域、波浪、流、不同发射工况下的水体气核数相似的模拟功能。