在液体流动中，如果局部区域的压强降低到液体的饱和蒸气压时，就会产生空化现象。当空泡发展到完全包络住物体，形成超空泡时，液体与物体表面之间的摩擦阻力将大大减小，物体表面的压力分布也会发生改变，从而可以大大降低物体运动时所受到的阻力。如果物体的运动速度较低，不足以产生自然超空泡，可以人为地通入不可凝结的气体来实现，称为通气超空泡。　　超空泡技术作为一种革命性的高效减阻方法，可以显著提升水下航行体的航速，因此对超空泡技术的研究具有重要的战略意义。但通气超空泡是一种非常复杂的物理现象，人们对其产生机理和流动特性，特别是通气超空泡的流动结构和稳定性的了解还十分有限，亟需深化。　　本文通过试验观测和数值模拟相结合的方法，研究了自然空化与通气超空泡流动的特性与机理，研究内容和主要成果如下：　　采用PIV粒子测速技术，对二维平板翼和三维轴对称细长体的带空泡绕流流场结构尝试进行了测量，确定了PIV技术在自然空化和通气空泡流场测量中的适用情况，分析了自然空化和通气空泡对流场结构的影响。　　利用商用软件Fluent，对水洞中通气超空泡航行体定攻角的绕流问题进行了数值模拟，对通气超空泡的流场结构进行了细致的分析，揭示了空泡形态、速度场、压力场以及航行体受力情况之间的相互关系。将计算结果与试验结果进行了比对，结果吻合得很好。数值模拟了不同攻角与通气率下的通气超空泡流场，分析了攻角和通气率的改变对空泡形态、压力分布和模型受力的影响。　　结合动网格技术，对水洞中通气超空泡航行体做摆动运动的问题进行了数值模拟，分析了航行体的摆动过程中的通气超空泡形态、航行体表面压力分布以及航行体的受力情况，计算结果与试验结果吻合得很好。对改变摆动幅角和摆动频率下的通气超空泡航行体摆动进行了数值模拟，分析了摆动幅角和摆动频率对空泡稳定性的影响。针对不存在支撑结构和水洞壁面时通气超空泡航行体的摆动运动进行了数值模拟，分析了水洞壁面和支撑结构对空泡形态、压力分布和模型受力情况的影响。　　将多相流Reynolds平均N-S方程组与刚体六自由度运动方程耦合求解，结合动网格技术，对超空泡航行体的自由航行进行了两相流和三相流的数值模拟。分析了超空泡的组成和形成过程，对不同形式的超空泡的减阻效果进行了探讨，研究了自由航行过程的超空泡形态稳定性和航行稳定性问题，发现了超空泡航行体的自激励摆动现象。