超空泡（supercavitation）是水下高速运动时产生的一种物理现象。当物体在水下运动时，随着物体速度的增加，液体内部局部压力不断降低，如果物体速度增大到某一点，液体内部局部压力就低于饱和蒸汽压，此时，液体或固体与液体的交界面上会形成蒸汽或气体的气泡，这一过程叫做空化，形成的气泡就是空泡。一定条件下形成的完全或几乎完全包围运动物体的空泡就是超空泡。

第二次世界大战期间，德国最早进行超空泡及其应用于水下武器的理论与试验研究。苏联的乌克兰流体力学研究所于1960年就开始研制超空泡武器，于20世纪70年代中期研制成功“暴风”鱼雷。德国在20世纪80年代提出了改型超空泡射弹水雷项目。在20世纪80年代中期，开始“梭鱼”超空泡射弹的研制工作，并在20世纪末进行了多次水下射弹试验。20世纪90年代，美国海军水下战中心开发了两种用途的超空泡技术，一种是高速水下弹药系统，另一种是大型水下超空泡航行体。20世纪90年代，中国从哈萨克斯坦购买了40枚VA-111“暴风”号水下火箭；与此同时，中方还与俄罗斯就购买相应技术展开谈判，并开始从事研制中国版“暴风集团”工作。在2006年的时候，中国已经成功研制出中国版“暴风”水下导弹。2011年8月10日，美国朱丽叶舰船系统公司公布世界上第一艘采用超空泡原理设计的舰船——“幽灵”号。2014年，哈尔滨工业大学热工流体力学实验室的专家团队已经研发出一种新技术，使得潜航器或者鱼雷能够以极高的速度在水下前进。2020年，挪威DSG技术公司研发成功了一种名为“CAV－X”的超空泡弹药。

超空泡减阻技术是一种革命性减阻技术，该技术是水下航行器提高航速、增大航程的重要技术手段。

第二次世界大战期间，德国最早进行超空泡及其应用于水下武器的理论与试验研究，随着二战结束，相关研究暂告停止。苏联的乌克兰流体力学研究所于1960年就开始研制超空泡武器，于20世纪70年代中期研制成功“暴风”鱼雷，并于1997年装备部队，速度可达100米/秒，是传统鱼雷速度的3-5倍。

德国在20世纪70年代立项研究SMG3型超空泡射弹式水雷，20世纪80年代提出了改型超空泡射弹水雷项目。在20世纪80年代中期，开始“梭鱼”超空泡射弹的研制工作，并在20世纪末进行了多次水下射弹试验。试验表明：在一定深度下，射弹速度可保持在120m/s，试验航程误差仅为0.5~0.8m。

20世纪90年代，在美国国防部高级研究计划局和海军研究署的支持下，美国海军水下战中心开发了两种用途的超空泡技术，一种是高速水下弹药系统，另一种是大型水下超空泡航行体。

2011年8月10日，美国朱丽叶舰船系统公司公布世界上第一艘采用超空泡原理设计的舰船——“幽灵”号。

2020年，挪威DSG技术公司研发成功了一种名为“CAV－X”的超空泡弹药。“CAV－X”超空泡弹药有数种型号，其中之一据称射出后能在水中潜行60米远，命中精度高、穿透力强，而且可以与标准武器一起用于多种环境下的作战。

截至2022年，美国主要发展2类超空泡武器：超空泡射弹和超空泡鱼雷。快速机载水雷消除系统（RAMICS）能够通过发射超空泡射弹摧毁水面和近水面水雷，该系统迄今进行了地面试验和空中测试。同时还发展了一种水面舰艇舰载的RAMICS系统（能够摧毁尾迹自导鱼雷的近战武器系统）和水下高速弹药的全水下火炮系统（AHSUM，即超空泡动能炮弹）。

此外，德国还提出了带自导和转向功能的超空泡水下火箭式射弹开发计划，并取得了关键技术的突破。挪威DSG防务公司发展了标准口径设计、兼具空中及水下性能的“多环境弹药”（MEA）。MEA弹药采用常规来福纹自旋稳定方式，该系列弹药有5.56mm、7.62mm、12.7mm、20mm、30mm等多种口径子弹。平滑水面条件下，MEA弹药出入水角达7°~10°，最小稳定出入水角小于2°。步枪口径的MEA弹药可为特种作战提供有效的陆地及水下武器，较大口径的MEA弹药则可用于反水雷、反鱼雷作战。

截至2023年，俄罗斯在研制以60节速度搜索目标、再以300节速度攻击目标的重型超高速鱼雷。俄罗斯“波塞冬”核动力无人潜航器，能以100节速度航行，可装备核弹药或普通弹药。美国在“阿斯洛克”火箭助飞鱼雷基础上研发携带自导系统的超空泡鱼雷，水下速度可达到200节以上。

液体分子逸出液体表面而成为气体分子的过程称为“汽化”，有蒸发和沸腾两种形式，如果水温不高（没有达到沸点），但水面压强降低到了某临界值后水体内部原来含有的很小的气泡（通称气核）将迅速膨胀，在水中形成含有水蒸气或其它气体的明显气泡，这一过程称为空化。

流场条件和运动体的几何形状等的不同使空泡呈现出不同的典型状态，决定性的相似准则是空泡数σ，其表达式为：

当空化数较高时，绕流物体表面只能形成一个个独立的游离的空穴或气泡，称为游移型空泡；随着空化数降低，形成带有强烈振动和噪音的周期性脱落的云状空泡；当空化数进一步降低后，分散的空泡相互贯通，依托绕流物体形成与绕流特征长度可比的空泡贯通区，称为片状空泡；一般当σ\u003c0.1后，片状空泡将覆盖绕流物体的全部或大部分表面，即超空泡。

超空泡主要分为自然超空泡和通气超空泡两种，前者依靠提高航行体的速度或是降低环境压强（仅适用于循环水洞试验）生成超空泡，空泡内压强p等于液体的饱和蒸汽压强pv；后者依靠人工通气增加空泡内压强生成超空泡，此时空泡内压强p不再等于pv，而是随着通气压强变化，记为 pc。

超高速潜水器技术主要利用超空泡减阻技术实现潜水器水下100m/s级的超高速航行技术，具体技术包括：超空泡生成和空泡控制技术、超功率推进技术、制导技术等。超空泡生成采用通气空化的方式实现超空化，空泡控制技术指抑制空泡脱体、变形等流体动力突变采用的技术；超功率推进技术指采用水冲压喷气发动机推进技术；制导技术按照特定基准弹道，控制和导引潜水器航行或实现对目标攻击的综合性技术。

超空泡的介入将固液界面的受力转换成了液气之间的受力，因此能大幅降低航行器的阻力，即超空泡减阻。超空泡减阻对航行器的速度要求极高，因此主要应用于鱼雷技术。因为超空泡的存在，将鱼雷包在一个巨大气膜的内部，其减阻率可达80%，大幅提升了鱼雷的续航和速度，虽然超空泡的减阻效果很好，但是要形成和维持超空泡则是巨大的难题。

为了保证超空泡的存在，主要有3种方法：降低液体压强、提高航行器速度和人工持续注入气泡。对自然环境而言，显然改变液体压强不具有可行性，因此提高航行器速度和人工注气成为了研究重点。科学家对水下运动物体的超空泡的形成、演化和消失进行了数值模拟，并利用高速摄像机记录了超空泡实验中气泡的轨迹，发现当速度降低至60m/s时，超空泡界面开始消失。可见在不补充气体的情况下，超空泡的形成极其依赖于航行器的速度，在通气超空泡中，可将速度降低至20m/s。采用高速水洞对比自然超空泡和通气超空泡的减阻效果，2种方式均产生超空泡现象，但通气状态下的空泡长度和超空泡扩散时间要更长。低流速下通过人工通气产生超空泡的研究，分析了空泡长度和阻力系数之间的关系，发现当空泡长度与航行体长度相等时，减阻效果达到最佳。超空泡的形成和维持需要良好的结构设计，通过对带圆盘空化器射弹模型的阻力特性进行数值模拟，从多角度分析了影响阻力的因素，得出增加射弹的长径比将有利于阻力的减小，可实现95%以上的减阻率。表面疏水性也会影响超空泡的作用效果，科学家利用高速摄像机对表面带有疏水和亲水涂层的弹丸的超空泡减阻进行了实验研究，在相同条件下，疏水弹丸的空泡长度和直径均大于亲水弹丸，减阻性能较亲水弹丸可增大20%~40%。

超空泡技术不断发展，世界军事强国的科研人员纷纷将其作为研发下一代新概念武器的方向，形成了以超空泡水面航行器、超空泡水下航行器、超空泡弹药、超空泡导弹、超空泡钻地弹等为代表的一系列“超空泡武器”。

超空泡水面航行器主要指超空泡舰船，即通过利用气泡覆盖舰船的整个船体表面，使船体不直接与水接触，进而减少水的阻力，提高舰船航速。2011年8月10日，美国朱丽叶舰船系统公司公布世界上第一艘采用超空泡原理设计的舰船——“幽灵”号。“幽灵”号舰船的发动机由两个装载在浮筒中的T53-L-703涡轴发动机组成，驱动位于船体前部吊舱中的旋转螺旋桨，使螺旋桨产生“超空泡”效应，最高航速可达50节。其具备雷达隐身性能，可携载鱼雷，并且具有全电脑控制功能可不需要任何船员执行操作任务。

美国国防高级研究计划局提出超空泡“水下快车”计划，研制一种直径2.43米、质量60吨，能够下潜到6米深度，以100公里/小时的速度持续航行的超空泡水下运输艇，用于运送高价值物资和作战小分队，通用动力电船和诺斯罗普·格鲁门共同参与项目研制。通用动力电船公司因在海军潜艇和水下武器研制方面的悠久历史，使其过去数十年间一直处于超空泡技术的研究前沿。诺斯罗普·格鲁曼公司也在研究超空泡技术，并生产了多种水下航行器。

超空泡弹药包括超空泡水下子弹和超空泡炮弹。为进行水下袭击，美国海军水下作战中心研制超空泡水下子弹，其头部扁平，从水下机关枪发射，初速接近常规枪弹在空气中发射初速。超空泡炮弹是一种平头炮弹，由改进型速射炮发射，它可以在空气和水中平稳航行，并且具有先进的目标定位能力，可用于消灭水面的漂浮水雷和近水面的触发式水雷。美国海军考虑部署一种装备于水面舰甲板的RAMICS近程航空武器系统，用于消灭致命的尾波制导鱼雷。

超空泡炮弹是一种即将采购的直升机载武器，利用它们可以消灭水面和近水面水雷。这种平头炮弹是利用一种改型速射炮发射的，它被设计得能够在空气和水中平稳航行，并且具有先进的目标定位能力。超空泡炮弹技术下一步将发展利用自适应高速水下弹药（AHSUM，即超空泡“动能”炮弹）的全水下火炮系统。该系统装备在潜艇、水面舰或拖曳式反水雷器的水下船体内，有流线型炮塔，通过声纳指挥。就像美国海军通过雷达指挥的“密集阵近程防御武器系统”近程速射航空武器系统保护水面舰艇免遭反舰导弹攻击一样， AHSUM为舰艇可以构筑起水下防线。

2020年，挪威DSG技术公司就研发成功了一种名为“CAV－X”的超空泡弹药。其设计原理为超空泡弹药在水中潜行时，可以用气泡将自己包围起来，大幅减小子弹受到的阻力，更快地在水中移动。“CAV－X”超空泡弹药有数种型号，其中之一据称射出后能在水中潜行60米远，命中精度高、穿透力强，而且可以与标准武器一起用于多种环境下的作战。

20世纪70年代，苏联研发出370公里/时的超空泡 “暴风”鱼雷，并装备在各型核潜艇上。这款鱼雷与众不同之处是在水中运动时，有气体从鱼雷头部排出，鱼雷表面被气泡覆盖，可以在400米的水深处攻击以50节航速航行的潜艇。当时苏联研发的“暴风”鱼雷针对的目标主要是美国大型舰艇。由于体型大，机动性差，在超空泡鱼雷的高速打击下，航母等大型舰艇很难有效规避。如在鱼雷上装备了战术核弹头，“暴风”鱼雷杀伤力更是惊人。俄罗斯研制的第二代“暴风”鱼雷，具有较强的机动性能，采用发动机推力向量控制，发动机的燃气回流头部进行超空泡补气，其速度可以达到200米/秒，射程可以达到100公里。德国研制Barracuda导弹长2.2米，直径120毫米，重量50公斤，航速120米/秒，主要用于保护舰船和潜艇免遭鱼雷的攻击。伊朗研制成功的高速鱼雷“鲸”，可从水面舰艇上发射，入水后航速可达100米/秒，从该鱼雷的外形、速度、发射尾焰和气泡轨迹来看，采用了超空泡技术。

超空泡技术不仅可在液体介质中使用，也可用在固体介质中。只要物体的运动速度足够快，它就可以将行进过程中的任何介质，包括水、土壤或是混凝土“推向”两边，使其周围形成空气泡，从而在“空气”中“飞行”。美国海军水面作战中心和洛克希德·马丁公司利用超空泡技术研制出一种高性能钻地炸弹。这种被誉为“钻地之王”的炸弹一改传统钻地弹的流线形弹头和厚壁式弹体设计，采用了全新的钝头和薄壳技术，其钻地深度可达到300米，比美国军队武器库中最强大的BLU-113型混凝土破坏弹的侵彻能力高出10倍，而且其装药量也大幅增多。五角大楼透露，这种全新概念的超空泡钻地炸弹将主要用于摧毁深层地下掩体，其燃烧型弹头将烧毁敌方地下武器库中的生化制剂。

诞生数十年之久的超空泡鱼雷从未用于实战，一定程度上与其技术存在缺陷有关。“暴风”鱼雷的射程近7~13公里，只能采取直来直去的直航式攻击手段，在被发射后尾部还会产生长长的白色水蒸气泡，很容易暴露潜艇的位置。此外，超空泡技术对海战装备的外形设计和结构强度也有很高的工艺要求，否则一旦在航行时产生晃动，很容易将包裹在外部的超空泡层破坏掉。同时，如何有效解决噪声、实时控制以及动力不足等问题，都是摆在超空泡武器应用面前亟须突破的问题。

一般来说，水动力噪声是舰艇、鱼雷的主要噪声源，其强度随着航速的增加而迅速增加。超空泡武器为了获得强大的动能，需要采用火箭发动机推进，因而噪声也更为突出和明显，这会暴露武器装备的位置，引发严重后果。

超空泡武器因其工作于流体力学和空气动力学两种不同特性的环境中，所以对超空泡导弹的航行控制也有着极为严格的要求。由于超空泡航空武器系统上的压力很大，因而在机动过程中存在的任何制导错误，都将使超空泡武器撞击气穴内墙造成彻底的毁坏。因此，超空泡武器系统必须具有一个实时控制系统，以便针对武器撞击气穴内墙的情况及时调整超空泡武器的弹道。超空泡舰船由于气泡的大小难以控制，因而航行器很难转弯，当以超空泡技术高速航行时，舰船螺旋桨叶片可能会受到过大的液体密度压力而折断。 

超空泡武器必须依靠火箭发动机产生所需的推力，但是常规火箭发动机在水中具有两大技术缺陷：一是航程有限。维持超空泡装备的行进需要采用高能量密度的动力装置，并能保持超强的耐久度，动力装置尚达不到这一要求。二是燃料推力伴随深度增加而下降。下潜深度增加时，水的压力会增大，这时，就会造成航行器速度减慢，继而使包裹着潜艇的“气泡”难以在深海中保持稳定状态。一旦“气泡”破裂，航行器在深海中就丧失了超空泡技术优势。

超空泡减阻技术是一种革命性减阻技术，在超空化状态下，航行体壁面附近的流体由水变为气体，由于气体的密度远远小于水的密度，因此航行体的航行阻力大幅降低，航行体入水后能够保持高速航行状态。该技术是水下航行器提高航速、增大航程的重要技术手段。

从超空泡武器的技术优势和未来海上作战需求两个方面来看，超空泡技术必将会用于完成海军的大量任务。如载有水下机关枪的小型近程水下航行器，彼此利用高速“水下子弹”在水中进行射击；远程多级超空泡导弹可使导弹防御系统失效，在水下快速航行数十海里接近目标，天基和空基防御手段都难以有效应对；高速反鱼雷超空泡鱼雷的良好性能将能够完成反鱼雷平台的防御任务；稍作改动的轻型超空泡武器能够增强机载平台对付水下目标的能力，该武器可在较远的防区外发射；超空泡武器在未来还可以与水下无人航行器这样的远程长续航能力的隐形平台一起使用，在高风险区执行任务。

下一代超空泡武器需要具有更加灵活的气泡发生系统，能够使超空泡航空武器系统在超空泡状态和正常状态中转换，并能够通过减少空泡尺寸达到“刹车”或加速目的。

随着世界各国对超空泡技术的不断认知，超空泡武器能够用于对付水雷、自导鱼雷、小型船舶、高速反舰导弹，甚至低空飞行的飞机和直升机，预计利用超空泡技术，还可能研制出小型超高速水面舰艇、能使整个航母战斗群失效的水下核导弹、以及用于潜艇战的中程无制导摧毁性武器，因此专家认为，这些超空泡系统可能会大大改变海上作战模式。