超空泡减阻技术是近年来备受关注的一种水下武器减阻技术,采用该技术设计的高速超空泡射弹主要应用于反鱼雷和反水雷作战系统。高速射弹在水下并联运动过程中,不仅会出现穿越气水界面、空化、湍动等复杂的流动现象,形成由气、汽、液介质共同组成的复杂多相流场,而且还存在多弹体相互扰动及流场与运动的耦合作用,是一类典型的动态流固耦合相互作用问题,开展相关研究具有重要的理论意义和应用价值。本文采用数值模拟和实验研究相结合的方法,对高速射弹在水下并联运动过程中的多相流场和弹道特性开展了深入研究。主要研究内容和成果如下:基于RANS方程,引入VOF多相流模型描述气水界面,引入空化质量输运方程描述空化现象,采用重叠网格方法和六自由度运动模型描述流场与运动的耦合作用,建立了可适用于水下并联运动过程多相流及射弹流体动力、运动轨迹计算的数值模拟方法,并利用实验数据验证了数值模拟方法的有效性。采用基于气体动力的高速射弹水下并联运动发射装置,开展了高速射弹水下并联运动的自由飞行实验。通过高速摄像测量获得了高速射弹水下并联运动过程的图像数据,并对图像数据进行处理获得了射弹运动速度、轨迹和姿态的时变历程。给出了高速射弹同步及异步水下并联运动过程中空泡生成、发展、闭合和脱落等多相流场演化特性以及射弹的水中弹道特性和尾拍运动特性,分析了径向间距对多相流场特性和弹道特性的影响、典型头型射弹水下并联运动的失稳状态。参照实验条件开展了高速射弹水下并联运动的数值模拟,研究了高速射弹水下同步并联运动的多相流场特性以及流体动力特性,揭示了射弹同步并联入水过程中姿态改变的机理。在此基础上,进一步分析了异步并联射弹空泡演化机理,以及发射时差对高速射弹水下并联运动过程弹道特性的影响。