潜艇隐蔽性好、机动灵活、突袭力强,能够完成相对隐蔽的战略任务,潜艇的隐身性能不仅是保障完成其作战使命的基本性能,更有助于潜艇在海战中更好地发挥其强大的突袭能力。然而由于潜艇的几何特点,其绕流场中不可避免地会有分离涡泻出,发展至尾流会引起螺旋桨明显的激振,而产生更大的噪声。随着如今作战任务多样性的提升,潜艇不可避免地会涉及到近自由面航行,这对潜艇的隐身性能来说是一项更大的挑战。潜艇与水环境的相互作用宏观表现为潜艇的水动力性能,在微观上表现为潜艇周围水质点的绕流状态。潜艇绕流场特别是潜艇尾流场直接关系到潜艇的阻力、推进、振动、噪声性能。本文基于PIV技术和数值模拟对SUBOFF潜艇无限潜深与近自由面航行的绕流场进行研究,通过试验与模拟结果相互验证,得到潜艇绕流场速度、旋涡特性等流动特征以及随航速与潜深变化的规律。本文的主要工作如下:(1)本文从潜艇绕流场PIV试验及数值模拟的研究进展出发,在此基础上,对潜艇绕流场PIV测试技术与数值模拟技术进行评述,对目前的研究现状进行分析总结,找到现有研究的不足之处和待解决问题。(2)对潜艇PIV流场测试的试验设备与方法进行介绍,包括试验设备、试验模型的选取等。重点介绍拖曳水池环境下的水下2D-3C Stereo-PIV与循环水槽环境下的水下2D-2C TR-PIV组成结构、原理以及模型固定装置的选取,并根据试验能力选择合适的试验工况。试验设备、组成结构、原理作为全文PIV试验测量的基础,为试验提供指导性作用。(3)在拖曳水池中搭建Stereo-PIV系统并对试验流程进行详细介绍,包括标定、示踪粒子的播撒、试验测量方法与后处理分析。应用意大利水池提出的方法计算出试验不确定度并进行收敛性分析,与SUBOFF标模试验值对比验证。最终,完成1.5倍潜艇最大直径D潜深与4倍潜艇最大直径D潜深,Fr=0.3、0.4、0.5、0.6、0.7不同航速下的潜艇桨盘面处流场测试,并分析航速变化以及自由面的存在对潜艇尾部流场的影响。(4)在循环水槽中搭建TR-PIV系统并对试验流程进行详细介绍,对试验进行误差分析,与国外试验值对比验证。最终,完成4倍潜艇最大直径D潜深,Fr=0.3、0.4、0.5的潜艇中纵切面流场测试,分析航速变化对潜艇中纵向切面流场的影响。(5)基于数值模拟的方法对PIV方法进行相互验证与补充,对不同潜深以及不同航速下的潜艇周围流场进行数值模拟。首先进行数值方法的验证;其次基于验证过的CFD计算策略进行潜艇周围流场进行数值模拟,详细说明航速变化以及自由面的存在与潜艇绕流场、分离涡流的作用关系,对相互作用机理进行初步探索。