空化现象是水下发射、航空航天及多个工业领域面临的核心关键技术问题。

在水下发射领域，潜射导弹具有隐蔽性好、射程远、打击精度高等优点，其发展趋势备受关注。潜射导弹在出水过程中，导弹的运动速度和所处水深不断变化，决定空化区域产生的物理量不断变化，并且受到水下复杂海流环境的影响（图1-24）。弹体表面形成的空穴表现出很强的非定常特性，会经历空穴的发展、断裂和空泡脱落等复杂的物理过程，使得导弹所受载荷变得更为复杂。水下巡航阶段及出水过程中的空化水动力载荷问题一直是几个核大国在潜射战略导弹研制过程中造成发射失败的主要原因。

图1-24　潜射战略导弹出水瞬间

（a）巨浪Ⅰ型导弹出水瞬间；（b）“三叉戟”潜射导弹出水瞬间

在航天领域，大功率火箭发动机需要采用涡轮泵将液体燃料输送到具有非常高的工作压力的燃烧室。需要尽可能提高涡轮泵的功率密度，其转速一般要达到40 000 r/min 以上，这对涡轮泵的空化性能提出了极高的要求，而空化现象一直是涡轮泵设计的主要限制条件之一（图1-25）。

图1-25　涡轮泵及其空化导致结构振动失效

（a）涡轮泵；（b）空化导致的结构失效(www.daowen.com)

在水中兵器领域，空泡噪声是新型潜艇和鱼雷研制需要解决的关键技术。舰船辐射噪声主要由螺旋桨噪声、机械噪声及水动力噪声组成。在这三大噪声中，螺旋桨噪声占据主要位置。舰船低速航行中，螺旋桨未发生空泡前，舰船机械噪声最高，螺旋桨噪声次之，但相差不是很大。一旦发生空泡，则在几千赫兹以上的中高频段主要是螺旋桨空泡噪声，随着空泡的发展，螺旋桨空泡噪声成为舰船总噪声中最主要成分（图1-26）。

图1-26　某推进器噪声谱

（a）螺旋桨梢涡空化；（b）某推进器噪声谱

在水力机械领域，空蚀以及空化引起的振动是影响水电机组和大型排灌泵站安全运行的主要问题，翼/叶片绕流的水动力学特性的研究对提高水力机械的效率、空化性能，以及稳定性具有重要意义（图1-27）。

图1-27　叶片空蚀实例

（a）叶片空化现象；（b）空蚀现象