随着船舶工业的发展,船舶的安全、节能、环保等性能日益受到重视,螺旋桨作为目前船舶最常用的推进装置,其性能设计尤为关键;而随着船舶向大型化、高速化发展,对螺旋桨综合性能的要求也在日益提高。现代船用螺旋桨设计必须在追求推进效率的同时,尽可能避免桨叶在复杂的船尾流场中产生空泡,从而减小螺旋桨诱导的船体振动及噪声,避免桨叶剥蚀,延长使用寿命,提高船舶安全性与舒适性。传统的螺旋桨理论和设计方法主要考虑推进效率,较难兼顾空泡振动等要求。对于复杂的工程设计问题,优化设计技术能够在诸多相互制约的限制条件中找到符合要求的最优方案,因此,该技术在螺旋桨设计中的应用日益受到人们的重视。本文首先以某集装箱船五叶桨为对象,基于螺旋桨水动力性能的升力面理论预报程序,应用iSIGHT软件进行指定负荷分布形式下桨叶螺距与拱度的优化设计研究,并对设计结果进行粘流CFD计算验证。CFD计算表明:通过指定适当的弦向负荷分布形式,可以在保证推力与效率的同时使桨叶表面压力分布更加均匀,从而推迟桨叶空化,提高螺旋桨空泡性能。螺旋桨的螺距、拱度、侧斜、纵倾等几何参数与桨叶负荷分布及水动力性能密切相关,但无法定量描述,而这些关系对优化设计至关重要。通过模型试验进行螺旋桨参数与性能之间的关系研究成本非常高。随着CFD技术的发展,通过求解RANS方程模拟螺旋桨性能、压力分布及周围流场的技术日趋成熟。为此本文以某七叶桨为对象,通过改变原桨几何参数进行CFD计算,较为系统地研究了部分参数对桨叶水动力性能、压力分布及周围流场的影响,并最终提出两个优化设计方案,在上海交通大学拖曳水池及空泡水筒中实施了敞水性能及空泡初生的模型试验。试验结果验证了本文CFD预报的准确性,并且表明:新桨在推力、效率、空泡性能方面均优于原桨,适当的叶梢纵倾分布有助于进一步改进空泡性能,但对效率略有不利。