潜射航行体作为一种隐蔽性好、机动性强和攻击能力出色的水下武器,越来越多地被全世界各国关注。深水发射的潜射航行体表面设置有均压排气孔,在水下垂直发射及上浮过程中,周围环境压力逐渐减小,航行体内部空腔与外部环境之间的压力差使空腔内气体不断通过排气孔排出,称为空腔排气现象。空腔排气是一种包含非定常、湍动、气液两相作用等复杂因素的空泡流动,排气孔设计不当可能会造成排气不及时或海水倒灌,影响航行体结构安全,干扰水中弹道特性或损坏内部仪器。随着大水深发射需求的日益增大,针对空腔排气过程的气液流动特性研究,有助于优化水下航行体水动力以及弹道稳定性,为实际工程应用提供参考。主要研究内容及成果如下:开展了空腔排气过程气液流动特性水洞试验及数值计算方法研究。设计了空腔排气简化水洞试验模型、抗空化模型支撑和气液特性测试系统等;同时基于均质平衡流模型理论的基本方程、湍流模型以及壁面函数的基本理论,建立了航行体空腔排气过程气液流动特性的数值模拟方法,并将数值模拟结果将试验得到的结果进行了对比,验证了数值模拟方法的有效性。开展了不同流场参数下空腔排气过程气液流动特性研究,分析了进水时的质量流量、排气时的空泡形态、模型表面压力以及模型阻力变化情况,以及腔内外压比和流速对空泡形态及流体动力特性的影响。得到了当排气孔排气时,初始压比越大空泡前半部分的宽度越小且轮廓边缘波动越明显;排气使模型表面压力产生两个峰值,初始压比越大压力峰值均越大等主要规律。开展了不同结构参数下空腔排气过程气液流动特性研究,分析了模型攻角、排气孔孔径和双孔不同孔间距对进水时质量流量、排气时空泡形态及流体动力特性的影响规律。得到了当排气孔进水时,攻角的变化对质量流量影响较小;孔径越大进水质量流量越大,且质量流量随孔径的增大呈二次曲线上升;当排气孔排气时,攻角越大空泡宽度越小,且空泡前端出现颈缩现象;孔径越大空泡宽度及模型表面压力峰值越大等主要结论。