摘要：船舶航行時,附在轉軸上的螺旋槳通常做復雜的空間運動。這是因為一方面螺旋槳和轉軸不可避免地存在偏心,使得在不平衡激勵下轉軸在繞自身中心線旋轉的同時又發生空間渦動(又稱為進動);另一方面,螺旋槳通常工作在不均勻的流場中(即使來流均勻,軸系渦動亦會導致流場的不均勻),槳葉表面的脈動力也會導致轉軸的空間振動。對具有復雜三維運動的螺旋槳的水動性能預報是一個難點。本文建立了螺旋槳在流場中隨軸系做復雜空間運動時的水動力預報數學模型,并利用不定常面元法求解了這一問題。該方法按時間步順序求解,考慮了不均勻流場、軸系振動、尾渦的非線性運動及卷曲等因素。利用本文提出的方法并結合結構動力學模型,可以方便地研究流體-螺旋槳-軸系雙向流固耦合等問題。同時該方法也可以用來預報船舶轉彎、船舶升沉及縱搖振蕩、螺旋槳啟停及加速等復雜工況下的螺旋槳水動性能。文中通過一個算例驗證了算法的有效性。最后,預報了軸系縱向振動幅值為1 mm,振動頻率為3 Hz并伴有微量回旋振動時所引起的4381螺旋槳的脈動力。研究表明推力脈動分量大約為其靜態分量的4.5/1 000,扭矩脈動分量大約為其靜態分量的4/1 000。