水动力特性与空化发生、发展状态密切相关，附着在结构表面的空穴，改变压力分布规律，对结构的水动力特性将有较大的影响。图3-17给出了不同攻角下，水翼升力系数和阻力系数随空化数的变化。从图3-17（a）可以看出，随着空化数的减小，阻力系数刚开始时基本保持不变，随后逐渐增大达到峰值，然后再逐步减小。图3-17（b）显示随着空化数的减小，升力系数刚开始基本保持不变，随后开始逐渐减小。不同攻角下，水翼升、阻力系数的变化趋势基本相同。在各个攻角下，阻力系数与升力系数曲线的拐点均位于云状空化阶段，这也间接说明了由于其显著的非定常流动特性，云状空化的产生对水翼的水动力特性有重要的影响，其对流场结构及动力特性的研究具有重要的意义。

图3-17　不同攻角下，水翼升、阻力系数随空化数的变化趋势（Re=7×105）

（a）阻力系数；（b）升力系数

在水翼空化实验中，空化数σ和攻角α是影响水动力特性的重要参数。图3-18分别给出了翼型所受升/阻力系数的均值和升力方向的加速度平均值随/2σα的变化趋势。从图中可以看出，翼型所受升力和加速度随/2σα的变化趋势基本一致。在片状空化阶段，翼型升力方向的加速度缓慢减小；在云状空化阶段，大尺度空泡团的脱落主导翼型周围流场变化，使翼型所受升力和加速度的平均值迅速减小。当σ/2α＞4时，翼型所受阻力系数随着σ/2α的减小先增大后减小再增大；当σ/2α＜4时，翼型所受阻力系数随着σ/2α的减小而快速减小。

图3-18　加速度平均值随/2σα的变化(www.daowen.com)

图3-19所示为不同σ/2α对应的升力系数频谱图。从图中可以看出，在σ/2α=6左右，频谱曲线存在明显的低频成分，此时绕水翼的空化处于初生空化向片状空化的过渡阶段。随着空化数的减小，峰值强度进一步增加，绕水翼空化的非定常动力特性更加显著。在σ/2α=4处，频谱曲线分成了两个部分：在σ/2α＜4时，频谱曲线在斯特劳哈数介于0.15～0.2存在很高的峰值，并且峰值对应的斯特劳哈数不随空化数改变；在4＜σ/2α＜6时，峰值对应的St＞0.3，并且斯特劳哈数随空化数的增加而增大。值得注意的是，通过实验可以发现，在相同的空化数下，基于空穴形态和升力得到的频谱图中峰值对应的斯特劳哈数基本相同，说明空穴形态和翼型所受升力均作相同频率的周期性变化。

图3-19　升力系数的频谱图

为了进一步阐明空化形态与水动力特性的关系，图3-20分别给出了无量纲空穴长度（为空穴平均长度）、斯特劳哈数　Stc与σ/2α的关系。从图中可以看出，空化非定常流动分成两种模式：在σ/2α＜4时，绕水翼的空化为云状空化，存在大空泡团的脱落，对应的空穴长度l在0.7c～1.0（cc为弦长），此时斯特劳哈数基本为常数，不随空化数改变；当4＜σ/2α＜6时，空穴较稳定地附着在翼型表面，绕水翼的空化为片状空化，空穴长度小于0.7c，此时对应的斯特劳哈数随空穴长度的减小而增大。

图3-20　空穴长度和斯特劳哈数随σ/2α的变化