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高速航行体水下发射水动力载荷研究，与工程应用紧密相关，同时又涵盖空泡稳定性、溃灭、主动流动控制等高速水动力学前沿问题，具有重要的研究意义。出水空泡溃灭产生的高压脉冲，能够形成决定航行体结构强度的关键载荷，而经典的针对单空泡和有限数量空泡溃灭的理论和研究方法都难以给出准确预测。出水前高速航行体表面通常所覆盖的云状空泡，具有准周期性演化及大范围脱落的特点，诱发的压力振荡对于航行体的操纵稳定性和结构完整性都有重要影响，特别是出水前空泡形态是决定出水溃灭压力特征及航行体载荷涨落范围的主要控制因素。通气方式作为经典的流动控制方法，已经广泛用于超空化等问题研究当中，而采用通气方式控制云状空泡稳定性和出水溃灭压力载荷，可能会取得良好的效果，具有重要的工程应用前景。
因而，面向载荷量值和稳定性机理这两个最亟待解决的焦点，本文从关键水动力学入手，针对空泡演化、稳定性和溃灭等典型现象，形成基于RANS和LES的多相流场数值模拟方法，结合结构动力学程序建立水下发射流固耦合仿真方法，并关于稳定性、出水发射及空泡溃灭、通气空泡稳定性等问题通过机理性实验等结果进行验证。在此基础上深入分析机理，获得主要控制因素及其影响规律，建立相应的动力学模型，构建合理的模型相似条件，进一步探索通气方式对空泡稳定性和溃灭的控制效果与机制。具体包括以下内容:
(1)利用量纲分析方法，确定了通常条件下起控制作用的无量纲参数，并通过对典型工况的分析研究了其中难以保证相似的无量纲参数的影响规律。针对空泡稳定性、空泡溃灭和通气空泡等关键问题，进一步对控制参数进行了分类和扩充，并给出了每个问题中最关心的控制参量表达式形式或控制因素，为制定试验方案、获取规律性认识打下了基础。
(2)关于空泡稳定性，针对水平发射云状空泡，研究了航行过程空泡不稳定性的形成机制，形成了回射流动力学模型;针对垂直发射工况，建立了空泡脱落准则并将表达式具体化，讨论了垂直发射脱落条件相似的条件保证要求;基于大涡模拟方法深入探究了空泡流场的细节，获得了回射流动的形成条件以及脱落空泡云的演化规律。
(3)关于空泡溃灭，阐明了溃灭高压主要来自于空泡界面水层对航行体壁面的冲击，获得了溃灭演化过程的特征和机制，从而归纳得出溃灭压力的物理模型，并澄清了空化数、弗劳德数双参数相似方式的问题。通过对有攻角发射的模拟和分析，指出了侧向水流导致弯矩载荷的主要形成机理，分析了背水面空泡脱落与前文讨论的整体脱落不稳定性的差异;进一步量纲分析了航行体运动和变形对水动压力的扰动作用的控制因素，通过流固耦合方法获得了两者的耦合效应与机制。
(4)关于主动通气调节控制方式，研究了通气对稳定性的影响机理和规律，得到了通气空泡脱落这一新现象的特征和机制;获得了通气空泡垂直发射条件下空泡溃灭的规律，表明了通气的良好降载效果;研究了通气气体换热的特征和机制，对量纲分析中相应的拓展参数影响进行了进一步的细化，整体评估了通气方式的有效性和应用前景。