结合实验观测图像和相应结构振动位移可以发现（图3-36），当水翼前缘吸力面开始出现游离状空泡（σ=2.0）时，其发生和发展过程具有一定随机性，属于初生空化阶段。此时，水翼结构的振动主要由流场的扰动所致，因此振动位移存在小幅波动现象。随着空化数减小（σ=1.2），水翼吸力面空泡区域增大，形成了相对稳定的附着型空穴，同时空穴尾部存在小尺度空泡的快速形成与脱落，空泡的平均长度与波动幅度均有所增加。当空化数进一步降低（σ=0.8）时，空化发展至云状空化阶段，伴随着大尺度云状空泡团的形成、脱落和溃灭现象，水翼吸力面空泡长度发生明显的周期性变化，同时由于云状空化强烈的不稳定特性，导致水翼结构的振动位移也显著增加。继续降低空化数（σ=0.5）时，绕水翼空化流动由云状空化发展至超空化阶段，空泡覆盖了整个翼型并保持较稳定的状态，此时空泡长度基本保持不变，水翼结构的振动位移也大幅减小。

图3-36　不同空化阶段的典型空穴形态

（a）σ=2.0初生空化；（b）σ=1.2片状空化；（c）σ=0.8云状空化；（d）σ=0.5超空化

不同空化阶段水翼结构振动位移随时间的演变情况如图3-37所示。

图3-37　不同空化阶段水翼结构振动位移随时间的演变情况(www.daowen.com)

对不同空化阶段的振动速度测试数据进行傅里叶变换，可以得出相应工况下的水翼结构振动频谱分析结果，如图3-38所示。不同空化阶段下，随着空化数的减小，主要流激振动频率分别为165 Hz、90 Hz和18 Hz。结合上述不同空化阶段下的空穴形态可知，流激振动频率与空泡脱落频率基本一致，并且这个频率在无空化的单相流动中不存在。这说明，绕水翼非定常空化流动中，空泡的非定常脱落是导致水翼结构振动的主要因素。随着空化数的减小，空化发展周期增大，从而导致空泡脱落频率和水翼结构的流激振动频率减小。

图3-38　不同空化阶段的水翼结构振动频谱

针对不同水翼攻角的典型工况，由水翼吸力面最大空泡长度和水翼结构最大振动速度随空化数的变化情况可知，不同水翼攻角条件下，最大空泡长度随空化数的变化趋势基本一致，均随空化数的减小而增大，而不同空化阶段的划分则需同时取决于水翼攻角与空化数。当攻角α=8°时，初生空化发生在空化数σ=2.2的工况；当攻角α=6°和α=4°时，初生空化现象分别对应于空化数σ=1.4和σ=0.9工况；当攻角α=8°，空化数σ=1.4时，流场发生片状空化；当攻角α=6°，空化数σ=1.2时α=4°，空化数σ=0.8时也分别发生片状空化。对于8°攻角和6°攻角工况，当空化数降低至σ=0.8时流场发生云状空化，而对于4°攻角工况，相应云状空化阶段的空化数σ=0.6。进一步降低空化数σ至0.4时，8°攻角工况进入超空化阶段，此时对于小攻角工况，较难发生超空化现象。此外，由图3-39中典型工况下的最大振动速度演变规律发现，在初生空化和片状空化阶段，水翼结构的最大振动速度保持在较低水平；云状空化阶段，水翼的最大振动速度大幅增加，这是由于云状空化强烈的非定常特性导致的；超空化阶段，最大振动速度出现明显下降，这是由于空泡覆盖整个翼型，结构在空泡的包裹下受来流冲击减小，保持了较稳定的状态。

图3-39　不同攻角下最大空泡长度和水翼结构最大振动幅值随空化数的演变情况