串列螺旋桨(串列桨)是将两只常规螺旋桨安装在同一轴上,并且同向旋转的推进器。由于船舶所需推力由双螺旋桨分担,桨叶负荷显著降低,与螺旋桨有关的空泡和结构振动问题可以得到改善,并且串列桨可以直接安装在常规单桨推进船舶上,因此无论新船安装或旧船改装都比较方便。然而,传统串列桨中前、后桨的直径相同,并且由前桨产生主要的推力,因此前桨的负荷较大。同时,由于船尾螺旋桨的安装空间有限,前桨与船体外板的距离较近,可能在结构表面诱导产生较大的脉动压力。另一方面,由于后桨几乎处于前桨的复杂尾流中,可能严重影响后桨的水动力效率。因此,为了克服上述问题,本文提出一种串列桨新结构,即鸭式串列桨。鸭式串列桨中前桨的直径小于后桨,此时前桨与船体外板的距离增大,有利于降低脉动压力。另一方面,前桨的直径减小,考虑前桨尾流的收缩,后桨外侧的入流几乎不受前桨的影响,可以产生较大的推力并保持较高的效率。可以推断,与传统串列桨相比,鸭式串列桨将具有更高的推进效率和更小的激振力。为了进一步验证上述假设,本文拟采用计算流体力学方法对新型鸭式串列桨的敞水性能和激振力特性进行研究。首先,建立串列桨粘性流场稳态计算模型,对传统串列桨的敞水性能进行预报,通过将数值结果与试验数据进行比对,验证数值方法的准确性。在此基础上,对鸭式串列桨的敞水性能进行预报,并建立瞬态模拟方法对鸭式串列桨和传统串列桨在船体表面(倾斜平板)诱导产生的随时间变化的脉动压力进行模拟。比较在不同进速系数下,鸭式串列桨和传统串列桨的推力和效率。比较在相同进速系数和推力(负载)条件下,鸭式串列桨和传统串列桨桨叶表面的压力分布,以及其诱导产生的船体表面的脉动压力及其频谱特性。本文将应用计算流体力学方法探索新型鸭式串列桨的敞水性能和激振力特性,对串列桨的进一步发展具有一定的理论意义和实用价值。