入水是一个具有非定常、强瞬时性和非线性特征的跨介质过程，涉及介质突变、自由面大变形、相变等复杂流动现象，在海战装备研发、航天器舱体回收、跨介质航行器研制和海上飞机起降等国防工程领域具有重要的应用价值。在应用场景中，入水体速度往往涉及不同的量级，因此开展宽速域入水空泡流动研究有助于对入水问题的认知形成更完整的体系，为入水问题在多场景的应用提供理论参考。本文在实验上搭建了多种平台，综合实现了速度为1 m/s ~ 1000 m/s的宽速域入水；数值上建立了考虑流体可压缩和空化相变的数值模型，采用实验观测和数值计算结合的方法，对低、中、高速入水过程中的关键问题开展了深入研究。主要研究内容和成果如下：

1. 对于低速入水，开展了入水体几何形状对空泡形态和流场演化影响的研究。基于实验观测，分析了结构表面有无几何分离点对空泡形态的影响，无分离点的模型入水空泡发生浅闭合；有分离点的三种模型空泡发生深闭合，且空泡夹断深度几乎相同。基于数值模拟，比较了两种典型模型产生的浅闭合空泡和深闭合空泡的流场演化过程。无几何分离点模型接触线在结构后缘形成，接触线锥角接近180°，因此空泡径向速度较小，空泡从自由面分离后泡尾由于泄气形成交替脱落的涡结构。相反，钝头体模型接触线在几何分离点处形成，锥角相对较小，空泡径向速度较大，远离自由面的深闭合空泡在静水压作用下发生变形。此外，基于粒子图像测速技术发展了入水过程气相和液相测量分析方法，实现了对侵入空泡气流和空泡夹断后产生的Worthington射流的速度场测量。结果表明，入水前产生的气体尾涡在入水过程由于空泡界面的作用逐渐耗散；对于Worthington射流，发现重力作用下射流速度场呈现自相似性。

2. 对于中速入水，获得了喷溅与空泡形态的演化规律；分析了表面闭合时间随入水速度的变化规律，阐明了喷溅演化与空泡扩张和物体运动的关联特性，解释了闭合时间在极小值附近浮动并近似为常数的原因；分析了表面闭合过程流场的演化规律。基于高速摄影实验分析了球体直径和入水速度对喷溅和空泡形态的影响，随着入水速度的提高，喷溅形态逐渐从液膜状转变为雾状，屈曲不稳定性逐渐消失。表面闭合时间随入水速度增大先减小，达到某个极小值后开始浮动，近似为常数。结合数值模拟得到了浮动段闭合时间近似为常数的原因：在穹顶形成阶段，自由液面处空泡的发展会阻碍两侧喷溅的靠近。不同速度下，空泡直径会在相近的时间接近最大值时，直径变化缓慢，阻碍作用大大减弱，液膜迅速形成穹顶。在下拉阶段，喷溅的最大高度与球体速度正相关，导致不同入水速度下拉阶段的持续时间接近。基于数值模拟，分析了表面闭合过程流场发展，获得了泡内压强的演化特点。在闭合之前，泡内压强分布可以划分为泡口低压区、均匀区、大梯度区和附体高压区，均匀区和大梯度区在闭合的进程中不断融合，最终趋于均匀。在闭合之后，独立空泡类似体积变化的压力容器，泡内压强平均值与体积变化近似满足等熵关系。

3. 对于高速入水，发现了与中速入水不同的空泡溃灭方式，并建立了两种溃灭方式的无量纲分布图谱；厘清了表面闭合时间随入水速度变化的规律，揭示了空化相变产生的水蒸汽对表面闭合的影响机理；分析了球体高速入水过程流体动力特性和流场可压缩特性。基于实验观测得到了收缩膨胀式和射流泄气式两种空泡溃灭方式，采用空化数 和韦伯数We分别表征表面闭合时间和空泡体积，建立了空泡溃灭方式随s - We变化的图谱。获得了无量纲表面闭合时间随空化数的变化规律。结合数值模拟分析了空化对表面闭合的影响：一方面，空化产生的蒸汽相会占据空泡内部空间，导致空泡体积变化率减小，进入泡内的气体流量减小、速度降低。另一方面，泡内蒸汽的分布为气流形成了一个类似喷管的结构，气流总是在喉口处达到声速，喉口以上部分均是亚声速，因此压降不会太大。两方面因素共同作用下，导致驱动表面闭合的压强差随着入水速度的增加而降低，表面闭合时间增加。此外，基于实验试过发现了球体高速入水过程速度呈指数型衰减；对于跨声速入水，通过数值模拟获得了流场弓形激波的发展过程，建立了预测流场最大密度和压强随马赫数变化的关系式。