小型高速水面航行器的核心問題為通氣空泡流態(tài)的穩(wěn)定性。在高速條件下，空泡的非穩(wěn)態(tài)演化甚至潰滅會產(chǎn)生強烈的壓力脈動，嚴重影響航行器的操縱穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)安全，已成為水面航行器速度提升的首要障礙。因此，揭示通氣空泡流態(tài)規(guī)律及流態(tài)轉(zhuǎn)變機制，尋找穩(wěn)定流態(tài)對應(yīng)的航行器設(shè)計和運行區(qū)間，對于高速水面航行器研制和未來創(chuàng)新概念發(fā)展，均具有重要意義。

　　基于已有的約束發(fā)射實驗臺，中國科學(xué)院力學(xué)研究所研究團隊發(fā)展了一種切割自由面水翼實驗觀測技術(shù)，拓寬了弗勞德數(shù)研究范圍。

　　通過開展不同主控參數(shù)（速度、攻角、浸沒深度）下的切割自由面水翼系列實驗，該研究復(fù)現(xiàn)了前人所觀測到的全濕流態(tài)（圖1）、全通氣空泡（圖2），發(fā)現(xiàn)了水翼高速切割自由面時會出現(xiàn)一種非定常演化的相變空泡現(xiàn)象（圖3），獲得了全濕、全通氣空泡和相變空泡三類流態(tài)的相圖（圖4），揭示了從全濕到全通氣空泡流態(tài)轉(zhuǎn)變的兩種機制，即梢渦誘導(dǎo)通氣機制、相變空泡誘導(dǎo)通氣機制，并提出了相變空泡誘導(dǎo)通氣形成的條件。此外，考慮自由面和小展弦比的影響，研究人員建立了基于升力線理論的空泡長度預(yù)測模型[3]，獲得了不同流態(tài)的分區(qū)準則，并得到了實驗結(jié)果的驗證。研究結(jié)果表明，通過合理的參數(shù)選取，能夠使切割自由面水翼形成穩(wěn)定的全通氣空泡流態(tài)，達到增升減阻的有益效果。相關(guān)研究支撐建立了切割自由面水翼的二維超空泡翼型、三維變截面水翼的設(shè)計方法，并應(yīng)用于高速水面航行器原理樣機研制。 

　　相關(guān)成果發(fā)表在Physics of Fluids上。相關(guān)工作得到了國家自然科學(xué)基金青年科學(xué)基金和優(yōu)秀青年科學(xué)基金等項目的支持。