对转螺旋桨一直是水下高速航行体所选用的一种非常重要的推进方式,它通过双桨反转的方式抵消了螺旋桨噪声所产生的转矩,对航行体保持航向和自身稳定性具有重要意义,文中研究了对转桨水动力性能、空化和噪声性能,随着水下潜器高速化的需求,水下对转桨不可避免地会产生空泡现象,空泡会降低对转桨的性能,导致脉动力激增,由于空泡的存在会产生空化噪声,进而影响舰船的隐身性能。在近些年来,CFD技术在船舶推进领域应用越来越广泛,在本文中使用流体力学计算软件对对转桨的水动力性能,空化性能以及噪声性能进行了深入研究,开展了斜流工况下对转桨系统中前桨和后桨的的水动力规律及流场分析,分析了均匀流场和非均匀流场中对转桨的空化性能,并对对转桨的无空化噪声和空化噪声进行了探讨。论文的研究内容主要分为以下几个方面:首先,阐述了课题的研究背景和研究意义,总结了国内外研究螺旋桨水动力性能的研究进展,尤其是斜流工况,还总结了国内外在空化领域的研究现状,重点关注其数值方法和研究目的,总结了国内外对水下螺旋桨噪声的研究现状,关注了近十年声学理论在CFD领域的应用情况。然后,介绍了数值计算所用的数值模型,选用E779A标模桨作为验证算例,比较了不同的模拟方法下水动力载荷,计算了特定工况下的桨叶空化现象;还计算了单桨叶的无空化辐射噪声,并将计算结果和现象与文献值作对比,验证所用数值方法的合理性。第三,采用RANS求解方法,选用滑移网格技术计算了对转桨在斜流中的水动力特性,验证了网格数量的无关性,研究了前桨和后桨的水动力性能,对前后桨的载荷进行了评价,并分析了单桨叶的水动力特性,还对桨叶表面的压力波动进行了分析,并对桨后流场细节进行了展示和分析。结果表明,斜流角度越大,对转桨的轴向推力越小,而桨盘面的推力越大;桨叶的相互作用使得单桨叶载荷曲线产生局部周期;桨表面的压力波动受桨的旋转和桨叶相对位置的双重影响。第四,采用分离涡模拟方法,计算了对转桨的空化性能,比较了空化与无空化条件下对转桨的水动力性能,计算了在不同的空化数下对转桨的空化性能,分析了空泡数对空化面积和空泡体积的影响,还研究了进速系数对空化的影响。最后研究了非均匀流场对对转桨空化性能的影响,并与均匀流条件作对比。结果表明,在选定的工况下,空化条件下的桨推力比在无空化时要大;空泡数越大,叶背的空化程度越小;进速系数越大,空化程度越低;非均匀流使得空化面积和空泡体积波动幅值增加。最后,计算了对转桨在无空化和空化条件下的噪声性能,分析了对转桨在轴向以及径向的噪声衰减特性,还分析了对转桨的噪声指向性。考虑了来流速度和对转桨转速对载荷噪声和厚度噪声的影响。探究了对转桨在空化条件下的辐射噪声。结果表明,对转桨在轴向位置的噪声较大,径向位置的噪声较小;载荷噪声指向性呈“∞”形状,厚度噪声指向性呈“8”形状;空化噪声的声压级相比无空化噪声有很大提升。