超空泡现象能使水下运动物体被大的蒸汽泡包裹,从而达到极大减阻的目的,由于这种优势,超空泡技术被广泛应用于各类军事武器上,如超空泡水下鱼雷、超空泡水下枪弹等,这些超空泡武器的诞生克服了传统水下射弹阻力大、射程短等缺点。另一方面,超空泡技术还存在许多的难点未解决,如合适的超空泡尺寸在水下长时间的维持、超空泡水下武器的弹道稳定性控制、水下射弹超空泡跨介质(高速入水和出水)运动等。基于以上背景,本文主要通过数值模拟方法,同时结合理论分析与实验对比,对水下高速射弹超空泡一系列问题进行了研究,主要的内容分为以下几个部分:(1)为研究射弹尾翼对水下超空泡的影响,采用VOF多相流/Schnerr-Sauer空化模型对带有不同尾翼数的复杂结构体射弹进行了三维超空泡的数值模拟,分析了空化数、射弹不同尾翼数对三维超空泡形态特性、超空泡的扰动和流体动力学特性等的影响。将数值模拟结果与Logvinovich理论公式比较,数值模拟结果与Logvinovich理论公式结果一致。(2)高速射弹跨介质运动一直是超空泡研究中的难点。本文利用动网格技术,对水下高速射弹入水和出水超空泡进行了二维轴对称数值模拟研究。分析了射弹初速度对入水超空泡形态发展、射弹的阻力特性和入水过程流场结构的影响;同时分析了速度和射弹头部锥角对出水超空泡运动特性、超空泡形态、射弹水动力学特性等的影响。将数值模拟结果与半经验公式结果对比,二者相吻合。(3)为研究水下射弹头部空化器形状对射弹跨介质出水的影响,基于RNG k-?湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型,采用动网格技术和6-DOF(六自由度)方法,对头部分别带有圆盘型、圆锥型和半球型的射弹进行了三维出水超空泡的数值模拟,分析了射弹头部空化器形状对出水超空泡的三维形态特性、射弹出水过程的运动学特性(速度、位移)和射弹出水超空泡的流体动力学特性的影响。在数值模拟中我们捕获到的现象与实验中的相同,尤其是射弹出水过程自由面以下的空泡逐渐收缩和射弹完全出水瞬间尾部拖出的水柱等,将三维数值模拟结果与实验结果和Logvinovich理论公式对比,发现数值模拟结果与实验结果、理论公式相一致。