吸气现象是一种发生在自由液面之下的一种空气吸入的现象,具有可见性,同时由于气腔、浪花及波浪的出现,使得吸气现象的数值模拟更加困难。吸气现象的发生会导致螺旋桨的性能变化甚至突变,严重影响推进系统的正常工作,同时还会引起振动和噪声。螺旋桨在不均匀的伴流场中工作会引起船体的剧烈振动,有时会导致船舶无法正常航行,正确预估螺旋桨在流场中产生的激振力极其重要。本文选取4381螺旋桨为研究对象,建立数值水池模型,基于RANS方法和VOF模型,开展了近自由液面条件下的螺旋桨水动力性能数值模拟,并对螺旋桨诱导的脉动压力进行预报。为验证本文计算方法的可靠性,首先进行了网格无关性验证,通过三套不同粗细的网格对网格无关性进行了验证,与试验数据的对比表明模拟值与试验值吻合较好,计算精度满足要求,为后续数值模拟工作的展开提供合理支持。斜向流是较为简单的非均匀流动,为了研究斜向流中近自由液面工作的螺旋桨的水动力性能及诱导的脉动压力的变化,对不同斜流角状态下的4381螺旋桨在近自由液面中的非定常水动力性能进行了数值模拟,分析了斜流角、进速系数及浸没深度对螺旋桨的推力、扭矩、侧向力、垂向力和速度场等的影响,重点对斜流情况下螺旋桨的吸气现象和涡核轨迹进行了分析,然后监测不同工况下监测点的压力数据,以总结斜流角、进速系数及浸没深度对螺旋桨诱导的脉动压力的影响规律。为了考虑不均匀来流对螺旋桨在近自由液面工作时的影响,对SUBOFF潜艇和4381螺旋桨一体化状态进行数值模拟,在近自由液面的条件下,对固定姿态下的一体化艇桨进行数值模拟,分析艇后伴流场对近自由液面工作的螺旋桨的影响,分析螺旋桨三个方向的分力及尾流的涡结构、速度场等流场特性。