航行体在水下高速航行时，周围液体汽化，从而产生覆盖航行体大部分表面的超空泡，有效控制超空泡的形态，能够使航行体的阻力减小1-2个数量级。水下射弹是利用超空泡减阻技术来提高其航行速度、增加航行距离的一种新概念武器。如何促使和保证水下射弹航行中形成稳定、较优形态的超空泡是水下射弹研究的关键技术，对超空泡射弹武器系统的研制有重要意义。　　 本文基于均值平衡流理论，建立了水下射弹自然空化流动的多相流模型，对水下高速射弹的超空泡形态以及阻力特性进行了数值模拟，分析了空化数、空化器参数(空化器头型、直径、锥角)、射弹后体结构(长度、形状)等对射弹超空泡几何形态以及阻力特性的影响。数值模拟结果表明：水下射弹自然超空泡的长度与直径随空化数的减小而增加；在小空化数下，空化数对超空泡的阻力特性影响很小。带圆盘空化器射弹更有利于超空泡的形成与减阻，圆盘空化器的直径越大，超空泡的轮廓也越大，其阻力系数也越大；增加射弹的长细比，可获得较好的超空泡形态，显著减小射弹的阻力系数。射弹后体直径越大，射弹的阻力系数也就越大。　　 射弹水下航行速度是研究超空泡形成与减阻特性的重要参量。针对超空泡射弹水下运动存在干扰因素多、水下压力高、射弹散布大以及测速靶密封等问题，采用定距测时法，基于低成本的锡箔靶装置，确定了水下射弹的测速技术方案，设计了水下锡箔靶信号的滤波电路和基于DSP的信息处理存储装置，开发了数据处理软件，研制了适合射弹水下航行速度、坐标和姿态测量的测试系统，为水下射弹航行试验提供了可行的测试手段。　　 利用露天水池开展了高速射弹的水下航行试验，针对带圆盘空化器的水下射弹，设计加工了多种结构参数的射弹模型，在水下航行试验过程中，观察记录了射弹结构参数对其超空泡形成的影响，并通过试验数据处理得到了射弹的阻力系数，分析了空化数、空化器直径、弹体长细比等对射弹阻力特性的影响，计算了超空泡射弹的减阻特性，理论计算与试验结果较为吻合。试验结果表明：通过设计合理的射弹结构参数，多锥体结构射弹在水下高速航行时能形成稳定的超空泡，一定航行距离后仍具有杀伤力，且在超空泡状态下，高速射弹的超空泡减阻率可达95％以上。研究结果为进一步研究水下高速射弹的水动力特性和弹道特性提供了理论参考和试验数据。