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螺旋桨的推进性能一直都是船舶工程关注的焦点。随着人们对乘船舒适性要求的提高,螺旋桨的空化、脉动压力和噪声问题也成为船舶推进领域的研究热点。针对上述问题,本文使用粘流CFD数值模拟方法预报螺旋桨的水动力性能、空化特性和脉动压力,使用Lighthill声比拟法计算螺旋桨的无空化噪声。在保证数值模拟结果准确的前提下系统研究了不同侧斜参数对螺旋桨水动力、空化、脉动压力和无空化噪声的影响,为低噪高效螺旋桨的设计提供了一些参考依据。本文借鉴航空造型中CST参数化方法对桨叶基础二维剖面进行了参数化,使用6阶Bernstein多项式实现了二维翼型的高精度表达,并且使用MATLAB编写的粒子群优化算法程序耦合面元法气动计算软件XFOIL对船舶螺旋桨基础翼型NACA66进行了动力性能优化。优化后翼型(Opt.foil)在设计工况的升力系数和升阻比较原NACA66翼型分别提高11.5%和23.6%。根据螺旋桨三维几何造型原理编写了可自动创建桨叶表面空间点的MATLAB程序。用CFD方法计算DTMB 4119桨的水动力性能,并将计算结果与试验数据对比。以DTNSRDC4381桨为原型,重构了三个仅侧斜不同的螺旋桨,并对四种侧斜不同的螺旋桨数值模拟。计算结果显示:低负载下,敞水效率和侧斜程度呈正相关;J=0.5工况下0.7R剖面处的压力系数分布显示:导边附近的最大负压峰值随着侧斜角度的增加而升高,即大侧斜桨的空化被推迟,空化性能更好,而压力面导边附近的正压峰值随着侧斜角度的增加逐渐下降。使用三种常见的空化模型计算了E779A桨的空化,并且重点研究了桨叶表面棱柱网格层数对空化形态模拟的影响。研究了不同侧斜螺旋桨的空化形态,发现在给定的条件下(J=0.5,σ=2.5),随着侧斜角度的增加,叶背空化附着面积越小,空化区域越狭长。在DTMB 4119桨的基础上重构了两型侧斜角度均为55°但是侧斜方式不同的螺旋桨,计算了船后伴流和空化条件下螺旋桨的水动力性能和脉动压力特性,结果表明:考虑伴流时螺旋桨空化的非定常特性较强且桨叶吸力面空化形态周期变化;右旋桨的右侧空化较严重;平衡侧斜桨的空化体积较小,空化性能较优;桨叶发生稳定的片空化时,螺旋桨的推力降低;空化时,平衡侧斜桨的转矩小而推力大,依据η=K_T J(2πK_Q),可以定性地分析出,空化时平衡侧斜桨的效率更高。空化脉动压力与空化数之间没有显著的相关性,空化一旦发生,桨后尾流的脉动压力幅值并不随空化的加剧而增强。桨叶上方测点的压力信号主频为1阶叶频(1BPF),且2BPF、3BPF也有较大分量,桨后尾流中测点的压力信号频率成分主要是1BPF。在桨叶上方测点,偏侧斜桨的主频幅值比平衡侧斜桨更高。采用贴合面声源法计算了DTMB4119桨后x/D=5处的螺旋桨噪声,计算结果与其他学者使用的面元法、FW-H方法计算结果吻合。分析了螺旋桨水动力噪声的空间分布特征。最后,研究不同侧斜的螺旋桨噪声,并得出结论:侧斜对于轴向噪声的降低具有重要作用,以1BPF为例,侧斜桨可使近场、远场轴向噪声分别降低20.5dB和17.8dB;桨毂处5°负侧斜角且最大负侧斜角在r/R=0.5附近的侧斜分布可使螺旋桨的低频噪声级显著降低。