海事公务与海工科技

       船舶推进器是船舶上提供推力的装置，它的作用是将能源（发动机）提供的动力转换成推力，推动船舶前进的机构，是把自然力、人力或机械能转换成船舶推力的能量转换器。常见的推进器有明轮、喷水推进器、螺旋桨等。现代船舶应用最广的是螺旋桨。
   
    船舶推进器简史

    从人类开始使用船舶，船舶推进装置就开始同步发展，最早出现的是篙，由长竹竿或长木杆构成。利用篙撑水底或岸边地物，按照力的作用与反作用原理，可使作为浮体的舟船向用力的相反方向前进，因为篙与筏子同期出现，所以说篙是时代最早、形制最简单的推进工具。桨是一种用人力推进舟船的木质工具。其出现时期几乎与篙相同或稍晚。人手握桨柄，用桨板向后划水，通过水的反作用力推动船只前进。在新石器时代（公元前5000年到公元前3000年）我国的河姆渡人就有柄叶连体木桨用于推进，这也是我国迄今为止发现的最古老的木桨。帆 是张挂在桅杆上的驶风装置。利用风对帆面的压力推船前进。在商朝已有“维牵”、“帆”等推进工具；在战国时期铜鉴的船纹上即有风帆。

  河姆渡人柄叶连体木桨邮票图片（来源网络）

   由于船舶发展，出现了记录船舶名词的相关著作。东汉年间（25—220年）刘熙撰著辞书《释名》，在书中第二十五篇为《释船》。书中对桅、帆、篙、桨、橹，甚至拉船的纤绳等各项属具，从作用、形状、操作部位等都做了解释和说明。《释名·释船》中说：“随风张幔曰帆。帆，泛也。使舟疾泛泛然也。”“楫（桨），捷也，拨水使舟捷疾也。”“所用斥（撑）旁岸曰交（篙）。一人前，一人还，相交错也。”“在旁曰橹。橹，旅也，用旅力然后舟行也。”这说明最晚在东汉时期橹已经出现。橹支在首尾或船侧的支架上。用手摇动时，插入水中的橹片左右摇动，两侧水压出现差异，因而产生推船前进的动力。橹的推进效率比桨高，因为划桨时，桨叶总是一次入水一次出水，出水后桨叶在空中划过，并不产生动力，所以船只只能得到断续的动力；而橹则不然，橹片始终在水中按一定弧度左右往复运动，故而给予船只持续不断的推力。橹的效率高的特点，是由于橹在水中以较小的攻角滑动时，阻力小而升力大，再加上橹是连续性推进工具，而且有操作船舶回转的功能，一直到现在仍为科技史学者所称道。橹除了起推船前进的作用外，还可以用它来操纵船转弯。由于橹有上述优点，一直沿用至今。在帆船盛行的时代，橹仍作为船上的辅助推进工具与帆长期并存。帆船在无风或进出港时都需要用到橹。橹起初设在船的两舷，后来一些小型船上的橹几乎都设在尾部。橹是中国对世界造船技术的贡献之一。
    此外，三国时期万震所著《南州异物志》记载：“外徼人随舟大小，或作四帆，前后沓载之。有卢头木，叶如牅形。长丈余，织以为帆。”从中得知汉朝由于船舶尺寸增大，已开始在船舶上采用多桅多帆，东汉时还创造了平衡纵帆，它能使风压中心移至桅杆后面而又距桅杆很近，使转动帆时省力，并能与舵配合利用八面风甚至逆风航行。在此之后我国的帆船继续发展，逐渐在唐代出现了沙船、宋代出现了福船、明代出现了广船。
    依靠造船技术的不断发展和风帆技术的不断推进，我国发展出了海上丝绸之路。在先秦时期就来往与南洋一带。在秦朝徐福率船队东渡日本；在5世纪，中国的帆船常远航至幼发拉底河畔；在8,9世纪远航至红海口的亚丁；明朝初年航海家郑和率船队七下西洋，远达非洲；在18世纪，我国的帆船远航至美洲西岸。在18世纪中期，随着欧美快速帆船的出现，中国商船在远洋航线的竞争中败下阵来，在鸦片战争之后，中国到东南亚的航线上的中国帆船也被欧洲的快速帆船所取代。
    魏、晋、南北朝时期，我国的桨轮舟已见萌芽。文献中常有“水车”、“千里船”等名称出现，当即为桨轮舟。所谓桨轮，即将桨的叶片装在轮子的周边，这就可以使原本桨的直线、间歇、往复运动，变为圆周、连续、旋转运动。由连续旋转的轮桨不断划水，不仅可以连续推进，避免了手力划桨时产生的虚功，而且借助自身的体重用脚踏转轴可较为省力。在同根转轴上可因船宽的大小安装很多踏脚板，由很多人同时踏之，可以发挥多人的作用，提高车轮舟的推进效能和船速。车轮向前转船就前进，车轮向后转则船可后退。进退自如，机动灵活，这就提高了船的机动性，对战船尤为重要。唐代李皋（公元733～792年）在任江西节度使时曾率军讨伐李希烈叛乱。转任江陵（今属湖北）尹、荆南节度使时，曾造战舰，并装有脚踏木轮作为推进机械，即桨轮战舰。宋朝，我国古代桨轮船进入了大发展时代。宋朝水军备有桨轮战舰的最早记录是1130年。其时宋室南渡，江淮之间成为南北对峙的主战场，江防的重要性上升到首要地位。宋朝将车船列入水军的编制并有相当的规模，宋代的文献记有：“偶得一随军人，献车船样，……打造八车船样一只，数日并工而成。令人夫踏车于江流上下，往来极为快利。船两边有护车板，不见其车，但见船行如龙，观者以为神奇，乃渐增广车数，至造二十至二十三车大船，能载战士二三百人。”不过在历代的文献中各书虽描述桨轮船航速飞快，但无具体数据，对于推进器机构的叙述也极为简略，有待进一步考证。此外，在第一次鸦片战争时，我国曾有明轮军舰参加吴淞战役，但面对西方工业革命之后的坚船利炮，其结果是非常惨痛的。

    国外关于用人力及风力推进船舶方法的演进过程与我国比较相似。公元前几千年埃及、亚述、腓尼基和巴比伦就已经造出装桨的船只，例如埃及的太阳船，使用奴隶的体力来划桨。之后由于船舶尺度和航行距离的不断增长，便出现了桨和帆兼用的船舶，这样可以缩减划桨人员，在经济上更为有利。这些船只有腓尼基和希腊的“加莱”船，马其顿的“特雷米”船，拜占庭的“乔艋”船，另外还有威尼斯的“加利”船，罗马帝国的“利勃尼亚”船，以及以后发展出来的“加利斯”船等等。在军舰和商船上，兼用帆桨作为推进器延续了很长时期，至16世纪才进入纯粹用帆来推进的时代。此时著名的船型有“克拉克”型帆船、”卡拉维尔“型帆船、“盖伦”型帆船。其中哥伦布发现美洲和麦哲伦环球航行使用的都是卡拉维尔型帆船。在著名的格瑞福兰海战中英国主要使用的是改进后的盖伦型帆船。18世纪中叶帆船设计有很大的发展，出现了快速帆船。快速帆船在顺风条件下，航速可高达15-20节。但自船上开始应用蒸汽动力以后，风帆逐渐被其他形式的推进器所代替。
     自蒸汽机发明以后，有许多人致力于船舶使用蒸汽动力的研究，其问题为使用何种推进机构最切实用，以当时的技术而言，明轮推进效果最好。1785年美国人菲奇建造了使用蒸汽机推进的明轮船舶，随后1801年英国人赛明顿制造了明轮汽船"夏洛特·邓达斯"号，该船是长17.7米，宽5.5米，吃水2.4米的蒸汽木质拖船。1807年，美国发明家富尔顿建造了明轮装在两舷的“克莱蒙特号”木制蒸汽船船，该船长40.5m、宽5.5m，排水量400吨，并实际应用于旅客班轮航线上。到了1838年，天狼星号和大西方号全程使用蒸汽机推进横渡了大西洋，在当时明轮推进器的应用极为广泛，但是明轮作为航海船只的推进器有很多缺点，在19世纪中叶以后，被螺旋桨代替。
虽然很早有人提出使用螺旋桨推进船舶，各国发明家先后提出了很多螺旋桨推进器的设计。1836年英国工程师弗兰西斯·佩蒂特·史密斯建造了使用木质单螺纹蜗杆形螺旋推进器的木质船，该船在试航中推进器损伤了一部分，但航速反而增加了。这说明变短的木制螺旋桨推进效率高。他经过改进于1839年建造了"阿基米德号"，该船船长38.1m，宽6.9m，主机功率60KW，它是一艘真正意义上的用螺旋桨推进的船舶，受此影响，著名客邮船“大不列颠”号改用螺旋桨，它在处女航中打破了船只横渡大西洋的纪录。1845年，英国海军特意安排了一场拔河赛：两条同型800吨级、200马力的巡防舰向相反方向“拔河”。结果，螺旋桨推进的“响尾蛇”号胜了明轮推进的“爱里克托”号。从而一举奠定了螺旋桨在航海中的地位。19世纪中叶以后，螺旋桨获得了广泛的应用。在长期的实践过程中，螺旋桨的形状不断改善。和其他类型的推进器比较，螺旋桨构造简单、造价低廉、使用方便、效率较高，是目前应用最广的推进器。


船舶推进器类型
一，螺旋桨
   螺旋桨是由桨毂和若干径向地固定于毂上的桨叶所组成的推进器。当螺旋桨由主机获得动力而转动时，桨叶拨水向后，自身受到水流的反作用力从而推船前进。
  螺旋桨通常装于船的尾部，在尾部中线处装一只螺旋桨的船称为单桨船，左右各一者称为双桨船，也有3桨船，4桨乃至5桨船。选择螺旋桨的数目必须综合考虑推进性能、振动、操纵性能及主机能力等各方面的因素。通常情况下按母型船来选取螺旋桨数目。总体而言，单桨船的推进效率较高，现代的大型货船在主机能力允许的情况下均使用单桨。对于航速要求较高的船，由于主机能力所限，一般采用多桨，大型快速客船有双桨至四桨。对于军舰而言为了保证作战时的快速性、机动性，兼顾动力装置的使用寿命及各种使用工况下的经济性，往往采用二至四桨。
   
    福特号航母采用4个5叶螺旋桨，各螺旋桨位置布置合理，减少了相互之间的不利影响。
   
    螺旋桨通常由桨叶和桨榖构成。螺旋桨与尾轴连接的部分称为桨榖。桨榖是一个截头的锥形体。为了减小水阻力，在桨榖的末端加一个整流罩，与桨榖一起形成光顺的流行形体，称为毂帽。
桨叶固定在桨榖上，螺旋桨叶数的选择应根据船型、吃水、推进性能、振动和空泡等多方面因素来考虑。普通船只使用的是3叶或4叶螺旋桨。一般认为若螺旋桨直径及展开面积相同，则叶数少者推进效率常略高，叶数多者则因叶栅干扰作用增大，故效率下降。但叶数多对减小振动有利，叶数少对避免空泡有利。此外，在选择叶数时应避免和船体或轴系发生共振。
    由船尾后面向前看时所看到的螺旋桨桨叶的一面称为叶面，另一面称为叶背。桨叶与毂连接处称为叶根，桨叶的外端称为叶梢。螺旋桨正车旋转时桨叶边缘在前面者称为导边，另一边称为随边。
    螺旋桨旋转时（设无前后运动）叶梢的圆形轨迹称为梢圆，梢圆的直径称为螺旋桨直径。梢圆的面积称为螺旋桨的盘面积。一般来说，螺旋桨的直径越大，转速越低的效率越高，但直径受到船的吃水的限制，而且直径过大时会使船身效率下降，对总的推进效率未必有利。
   
     螺旋桨各部分名称（图片来源《船舶原理》）

    螺旋桨桨叶面是螺旋面的一部分（下图左），故任何与螺旋桨共轴的圆柱面与叶面的交线为螺旋线的一段，如下图中的BC段，若将BC引长且环绕轴线一周，则其两端之轴向距离等于此螺旋线的螺距P。若螺旋桨的叶面为等螺距螺旋面之一部分，则P即称为螺旋桨的螺距。若螺旋桨叶面各半径处的螺距不相等，则称为变螺距螺旋桨，若螺旋桨螺距可调，则称为可调螺距螺旋桨。
   
    螺旋桨的螺距（图片来源《船舶原理》）

  与螺旋桨共轴的圆柱面和桨叶相截的截面称为桨叶的切面，简称为叶切面或者叶剖面。如上图中所示。将圆柱面展开为平面后得到上图右所示的叶切面形状，其形状与机翼切面相仿。桨叶切面的形状通常为弓形切面或机翼形切面，特殊的也有梭形切面和月牙形切面。一般来说，弓形切面压力分布均匀，不易产生空泡，但在低载荷时效率较机翼型切面低。故商船螺旋桨常用机翼型切面，军舰螺旋桨和其他高载荷采用弓形切面。目前应用最为广泛，资料最为齐全的的一类翼切面是美国的NACA切面，最为常用的是NACA16和NACA66。

常见桨叶切面形状（图片来源《船舶原理》）

   螺旋桨的外形轮廓可以用螺旋桨的正视图和侧视图来表示。从船后向船首所看到的为螺旋桨的正视图，从船侧看过去的是侧视图。为了正确表达正视图和侧视图之间的关系，取叶面中间的一根母线为作图的参考线，称为叶面参考线。若螺旋桨叶面是正螺旋面，则在侧视图上参考线OU与轴线垂直。若为斜螺旋面，则参考线与轴线的垂线成某一夹角，称为纵斜角。纵斜螺旋桨一般都是向后倾斜的，其目的在于增大桨叶与船体之间的间隙，以减小螺旋桨诱导的船体振动，但纵斜不宜过大（一般小于15度），否则螺旋桨在运行时因离心力的增加而增加叶根处的弯曲应力，对桨叶强度不利。
螺旋桨在垂直于桨轴的平面上的投影称为正投影，其外形轮廓称为投射轮廓。投射轮廓对称于参考线的称为对称叶形，若其外形与参考线不相称，则为不对称叶形，不对称桨叶的叶梢与参考线的距离称为侧斜，相应的角度称为侧斜角，桨叶的侧斜方向一般与螺旋桨的转向相反，合理选择桨叶的侧斜可明显减轻螺旋桨诱导的船体振动。

    （图片来源《船舶原理》）
  
      在长期的实践过程中，各国科学家对螺旋桨理论研究的不断深入，先后出现了动量理论、叶元体理论、环流理论等理论研究方法。近年来，随着电子计算机和相关的流体计算软件的不断发展，螺旋桨的理论研究也不断被完善，对于螺旋桨水动力性能、螺旋桨与船体的相互作用、螺旋桨的空泡现象、螺旋桨的强度校核、螺旋桨的激振力都有了较好的解释，也出现了螺旋桨理论设计方法。
   螺旋桨的水动力性能是指：螺旋桨在水中运动时所产生的推力、消耗的转矩和效率与其运动（进速和转速）间的关系。螺旋桨旋转一周在轴向所前进的距离（进速除以转速）称之为进程，进程与螺旋桨直径的比值称之为进速系数，以J来表示。当进速系数为0时，螺旋桨只旋转不前进，就是船舶系柱情况。在研究螺旋桨的水动力性能时，通常是以无因次系数来表达。螺旋桨的推力和转矩用无因次系数来表示就是推力系数和转矩系数。

推力系数和转矩系数公式（图片来源《船舶原理》）

通过上述公式可以看出推力系数、转矩系数、及效率仅与进速系数有关，它们的对应曲线表现了螺旋桨在任意情况下的全面性能，称为螺旋桨的特性曲线，该曲线未考虑船体对螺旋桨的影响，所以称为螺旋桨的敞水特性曲线，因为转矩系数太小，常增大10倍来表示。该曲线可以通过理论计算得到，也可以通过实验方法得到。

（图片来源《船舶原理》）

    常见的螺旋桨模型试验就是螺旋桨敞水试验。螺旋桨模型单独地在均匀水流中的试验称为螺旋桨模型敞水试验，试验可以在船模拖曳水池、循环水槽或空泡水筒中进行。螺旋桨模型敞水试验的目的和作用有：（1）进行系列试验，将所得的结果分析整理后绘制成专门图谱，供设计使用。目前比较常用的设计图谱有荷兰船模试验池（MARIN）的B系列螺旋桨设计图谱、日本船舶运输技术研究所的AU型系列螺旋桨设计图谱、英国高恩系列螺旋桨设计图谱、瑞典SSPA系列螺旋桨设计图谱等等。（2）根据系列试验的结果分析螺旋桨几何要素对性能的影响，以供设计时正确选择各种参数，并为改善螺旋桨性能能指出方向。（3）校核验证理论方法（4）为了配合自航试验而进行同一螺旋桨模型的敞水试验，以分析推进效率成份，比较各种设计方案的优劣，便于选择最佳的螺旋桨。

    螺旋桨与船体的相互作用可分为两个方面，伴流和推力减额。船在水中向前航行时，附近的水受到船体的影响而产生运动，其表现为船体周围伴随着一股水流，这股水流称为伴流或迹流，包括船身周围的流线运动形成的势伴流、水的粘性作用形成的摩擦伴流和船舶兴波作用形成的波浪伴流。通常所指的伴流是船尾螺旋桨处的伴流，由于伴流的存在，螺旋桨和其附近的水流的相对速度与船速不同。伴流的大小通常用伴流速度对船速的比值来表示，称为伴流分数。对于高速船只，例如军舰，势伴流和摩擦伴流都比较小，波浪伴流在处于波谷时还会具有向后的速度，因此其总伴流很小，驱护舰的伴流分数大致为0--0.03。
   
    由于螺旋桨造船后工作时引起的船体附加阻力称为阻力增额，螺旋桨在船后工作时，由于它的抽吸作用使得附近区域内的压力降低，改变了船尾部分的压力，导致船体压阻力的增加。螺旋桨发出的推力大部分用于克服船的阻力（不带螺旋桨时的阻力），另一部分为克服阻力增额，用于克服船体阻力推动船前进的称之为有效推力，克服的阻力增额习惯上称为推力减额。为了方便，常用推力减额分数来表征推力减额的大小，推力减额分数就是推力减额与螺旋桨发出的推力的比值。驱护舰的推力减额分数大致为0.06-0.08，潜艇的大致为0.10-0.18。

    在船舶航行过程中，从主机发出推力到螺旋桨推船前进会发生一系列的推力损失，可分为传动效率和推进效率。传动效率主要包括轴系传动效率（中机型船一般取0.97，尾机型船一般取0.98）和减速齿轮箱效率（没有减速齿轮箱可不计，一般取0.96）。推进效率主要有螺旋桨效率（由敞水特性曲线得出）、相对旋转效率（反映了船后伴流场的不均匀性，通常由船模自航试验得出）、船身效率（伴流和推力减额的合并作用）。

    螺旋桨的空泡现象。螺旋桨在水中工作时，桨叶的叶背压力降低形成吸力面，若某处的压力降低至临界值以下时，导致爆发式汽化，水汽通过界面，进入气核使之膨胀，形成气泡称为空泡。空泡的类型有涡空泡、泡状空泡、片状空泡和云雾状空泡。
   
涡空泡由梢涡和毂涡引起，先于其他空泡发生，不影响水动力性能，无剥蚀，但梢涡空泡的另一端可能贴到船底，构成尾振，它还使噪声明显增大


泡状空泡在叶背最大厚度处产生，呈泡状，在叶背后段溃灭，对水动力性能影响不大，但发生剥蚀。（图片为舵模型）


片状空泡形成于外半径导边附近，如延伸至随边外则形成超空泡流动，否则为局部空泡，对水动力性能有影响，超空泡无剥蚀作用，但局部空泡有剥蚀作用。


云雾状空泡空泡在物面上周期性地生成和溃灭，被水冲向后方，形成云雾状，剥蚀严重。

    在研究空泡问题时，通常可按空泡对桨叶水动力性能影响的不同而分为两个阶段，即空泡现象的第一阶段和第二阶段。在空泡现象的第一阶段，桨叶叶背上的空泡是局部的，在出现之后很快会溃灭消失，对桨叶的水动力性能不发生明显的影响，但这种空泡在溃灭时会产生内爆，内爆的冲击力反复作用于桨叶表面，会使桨叶表面材料被剥蚀而损坏。当空泡区域扩大至整个叶背面积的60%-70%时，空泡现象已经发展到了第二阶段。当桨叶叶背产生广泛的空泡时，整个叶背等于在蒸汽和空气的混合气体中运动，此时空泡被拖出尾流之后溃灭，故对叶表面无剥蚀作用，但对桨叶的水动力性能产生了一定的影响。空泡现象除了会对桨叶表面产生剥蚀作用和影响桨叶水动力性能之外，空泡的形成和消失都会使流体产生微振动，因而发出噪声，这种噪声能被声呐所接收从而暴露舰船自身位置，因此，在螺旋桨设计中要采取种种措施避免或减轻螺旋桨的空泡。
    为了避免或减轻螺旋桨的空泡，一方面是要采用合适的几何要素，可以采取增加螺旋桨的盘面比、采用弓型切面、减小叶根附近切面的螺距、选择适当的叶数等方法；另一方面是改善螺旋桨周围的流场，例如提高螺旋桨的加工精度，使表面光滑平整以避免水流的局部突变，改善船尾部分的形状与选择合适的桨轴位置可以减小尾流的不均匀性的影响等等。对于高速度的舰艇，可以使螺旋桨处于第二阶段空泡状态下运转，就是超空泡螺旋桨。
    螺旋桨的空泡试验是研究螺旋桨空泡现象的重要试验方法，通过螺旋桨的空泡试验可以研究螺旋桨的空泡现象对其性能的影响；研究螺旋桨产生空泡后的激振力和噪声；研究空泡产生的机理；研究螺旋桨几何要素对空泡的影响。为了满足相似条件，常用的空泡试验设备是空泡水筒。空泡水筒垂直放置的，由密封的循环水筒，驱动水泵，调压装置等组成，工作段有观察窗，试验时水循环流动，并减压使空泡数与实桨相等，用频闪仪和高速摄影机观察和记录试验，由动力仪测量桨的推力、转矩。在实验时保持流速不变，调节螺旋桨转速调节筒内压力以获得所需空泡数，将试验结果绘制成不同空泡数下的螺旋桨性征曲线。
   
空泡水筒结构简图
   目前世界上最大的空泡水筒属于美国海军。国内702、上海交大、708均有空泡水筒。
   
    避免桨叶上出现空泡是设计螺旋桨时所需考虑的重要环节之一，目前常使用螺旋桨模型空泡试验或大量实船资料整理所得的图谱，或由统计数据归纳而成的近似公式进行空泡校核。对于螺旋桨的图谱设计来说，常见的是采用限界线来限制螺旋桨的部分几何要素，使其尽量不发生空泡，常用的限界线有柏利尔根据各类船舶的统计资料提出的柏利尔限界线和荷兰船模试验池（MARIN）提出的瓦根宁根水池限界线（MARIN位于荷兰瓦根宁根，国内有时也称为瓦根宁根船模试验室）。

    为了船舶的安全航行必须要，必须要保证螺旋桨具有足够的强度，使其在正常情况下不至破损断裂。设计螺旋桨时必须进行强度计算和桨叶的厚度分布。螺旋桨工作时受到的力包括轴向的推力和阻力、旋转时的离心力、意外的负荷等等，在这些力的作用力下桨叶会产生弯曲、扭转、拉伸。同时由于螺旋桨工作在不均匀的尾流场中，桨叶受力也会产生变化，很难精确的算出作用在桨叶上的力。目前常用的计算方法如下：
    在一般情况下，采用理论和实践相结合的近似计算方法来计算，通常使用的是各个船级社颁发的《钢质海船入级和建造规范》中对螺旋桨强度的计算方法，在设计入级船舶时，一般是采用这种方法，比较偏于安全。
    在理论计算时，可以把桨叶看成是扭曲的，变截面的悬臂梁进行强度计算，不过计算复杂，也可以采用有限元的方法进行强度计算，但计算也同样繁复，一般仅用于军用舰艇中。

    螺旋桨激振力。在船舶使用大功率的主机后，螺旋桨桨叶负荷加重，螺旋桨振动也不断加重，大量研究表明，螺旋桨激振力是舰艇振动的主根源。螺旋桨激振的根本原因在于螺旋桨叶负荷加重，在船后不均匀尾流中工作时容易产生局部的不稳定空泡，从而导致螺旋桨作用于船体的压力、振幅和相位都不断变化。螺旋桨的激振力主要分为由于螺旋桨叶的不定常载荷作用在桨轴上的轴承力和螺旋桨诱导的压力场经过水扩散到船体表面的脉动压力称为表面力。对于船体振动来说，船体尾部振动的根源是螺旋桨诱导的表面力，特别是发生空泡的螺旋桨诱导的表面力。螺旋桨诱导的表面力可以通过在空泡水筒中进行模型试验来测量，也可用经验公式估算和理论计算。
    为了避免或减小螺旋桨激振力，在设计时可以采用以下措施：
   （1）、改善船尾流场，使之尽可能均匀。尾部型线设计要合理，可以采用球尾和尾鳍来进一步改善流场。（2）、改善螺旋桨的设计，减小脉动载荷分量。可以采用增加侧斜程度、增大桨叶与船体之间的间隙、改善空泡性能、减小直径、增加导管等方法减小脉动压力幅值，可以采用增加螺旋桨叶数，改善轴和轴承的动力响应等方法减小轴承力。（3）在以上方法均不能达到理想效果时只能采取结构上的措施，改变船壳板的振动特性。

    螺旋桨设计。螺旋桨的设计是整个船舶设计中的重要组成部分，在船舶线型初步设计完成之后,通过有效马力的估算或者船模阻力试验，得出设计船的有效马力曲线，设计出一个在给定主机下使船舶能达到最高航速的螺旋桨。螺旋桨设计方法有两种，图谱设计法和理论设计法。
    图谱设计法就是通过螺旋桨模型敞水系列试验所得到的图谱或公式来确定螺旋桨的主要参数和性能的设计方法，用图谱方法设计螺旋桨计算方便，易于掌握，结果也较为满意。常用的图谱有荷兰船模试验池（MARIN）的B系列螺旋桨设计图谱、日本船舶运输技术研究所的AU型系列螺旋桨设计图谱、英国高恩系列螺旋桨设计图谱等等。在图谱设计时除了按图谱计算之外还要完成空泡校核、强度校核、螺距修正、重量及惯性矩计算、系柱特性计算、航行特性计算，最后完成螺旋桨制图，以供制造使用。
    理论设计法就是根据相关理论，例如升力线和升力面理论，合理的选择螺旋桨各半径处最适宜的螺距和切面形状，桨叶载荷的径向分布、侧斜和纵斜的分布，有利于改善螺旋桨的空泡、振动和噪声性能。对于设计结果还需要采用模型试验进行验证，必要时需要根据试验结果进行修正。

    在完成螺旋桨的设计之后，为了更可靠地确定实船性能，需要进行专门的船模自航试验。船模自航试验使用的船模要安装好螺旋桨模型。
    对于新设计的船舶来说，船模自航试验可用于预报实船能够达到的航速以及船体、主机和螺旋桨是否匹配，船模自航试验还可以对若干方案进行比较，从而选择较优的方案。船模自航试验也可以分析研究各种推进效率成分，研究船、桨、舵相互影响。在船模进行自航试验之前，必须完成船模阻力试验和螺旋桨模型的敞水试验。综合三种试验的结果才能进行完整的数据分析和预报实船性能。

DDG-1000的船模，可以看到尾部的螺旋桨，不过图中正在完成的不是船模自航试验，更像是耐波性试验。（图片来源：http://www.phisicalpsience.com/p ... _Hull_DDG-1000.html）


    根据不同船舶的工作条件，在普通螺旋桨的基础上，发展了以下几种特种螺旋桨。

    1大侧斜螺旋桨。目前军舰广泛使用了叶梢卸载的大侧斜螺旋桨，使用大侧斜螺旋桨可以改善螺旋桨的空泡性能、降低桨的激振力和噪声。固定螺距螺旋桨和可调螺距螺旋桨均可使用大侧斜螺旋桨。
    大侧斜螺旋桨再设计上有有两个主要问题需要注意：一个是桨叶侧斜分布问题，螺旋桨的侧斜分布必须与船尾部流场一起考虑；另一个是强度问题，由于大侧斜螺旋桨的桨叶形状复杂，受力情况与普通桨有区别，计算时往往采用有限元的方法。

    2可调螺距螺旋桨。通过设置在桨榖中的操纵机构，使桨叶能够转动而调节螺距的螺旋桨称为可调螺距螺旋桨，简称调距桨。
    调距桨的优点有：
    由于桨叶螺距可按需要调节，能在任何航行条件下充分利用主机的全部功率；
    在不改变主机转速的情况下，可以借助调节螺距适应船的各种航行状态，可以减少主机磨损程度，延长主机使用寿命；
    可以缩短船舶从全速航行至后退所需的时间和距离，显著提高操纵性；
    便于实现遥控，柴油机的起动遥控机构比调距桨机构的转速遥控和螺距遥控部分要复杂得多，而调距桨可在柴油机不停机的情况下进行各种调整，因此船舶操纵系统在采用调距桨时更容易实现集控和遥控等等。
    调距桨的缺点有：
    桨榖中的转动机构和整套操纵机构复杂，保养及维护相当困难；
    毂径比普通螺旋桨的大，且不易制成光顺的流线型，在正常操作条件下，其效率要比普通螺旋桨低；
    叶根部分切面厚度比较大，易产生空泡现象；造价较高。
    综上所述调距桨一般用于对灵敏性要求高或者航程远多工况的船舶，例如战斗舰艇、潜艇、港内拖船、轮渡、拖网渔船、捕鲸船等等。对于一般货船、油轮不适于采用调距桨。目前比较常用的的可调桨设计图谱有JDC3叶可调桨系列图谱和日本4叶可调桨系列图谱。
  
    中船重工704所生产的调距桨（图片来源，704官网）
  
   调距桨的内部结构（图片来源网络）

   3导管螺旋桨.导管螺旋桨，在在螺旋桨外缘加装一个环形套筒而成，套筒的剖面为机翼型或折角线型。导管螺旋桨根据导管切面拱度可分为加速型和减速型。导管与船体固接的称固定导管，导管被连接在转动的舵杆上兼起舵叶作用的称回转导管。
   加速型导管使螺旋桨桨盘处的水流加速，螺旋桨的一部分推力转移到导管上，一部分尾涡变成了导管的附着涡，减少了螺旋桨后的尾流能量损失，只要这种减小损失在数量上超过导管本身阻力的损失，那么导管桨的效率就高于普通桨。螺旋桨的载荷越重，尾流能量损失越大，采用导管桨的好处就越多。对于轻载情况，尾流能量损失较小，导管阻力的损失反而高于尾流的损失，因而得不偿失。
   因此，加速型导管桨一般使用在螺旋桨载荷较重的船舶上，例如拖船、顶推船、拖网渔船和工程船。加速型导管桨使用在螺旋桨载荷较重的船舶也有利于减小振动。减速型导管桨可以使流入桨盘处的水流速度降低，可以延缓空泡的发生，有利于减小噪声，常用于潜艇。
   
    （图片来源《船舶原理》）
   此外，导管桨还具有以下优点：导管螺旋桨盘面处的水流速度受船速的影响远较普通螺旋桨小，在各种载荷（如拖曳航行或自由航行等）情况下都能良好的运转；纵摇较小，可减小波浪中的失速；保护螺旋桨不与异物相碰，浅吃水时可防止空气吸入现象。
目前导管桨常用的设计图谱有荷兰船模试验室的B-δ型设计图谱。
   
033潜艇上使用的应该是减速型导管螺旋桨（图片来源网络）

     4串列螺旋桨：将两个普通螺旋桨装于同一轴上，以相同速度同向转动。当螺旋桨直径受限制时，它可加大桨叶面积，吸收较大功率，对减振或避免空泡有利。串列螺旋桨重量较大，桨轴伸出较长，增加了布置及安装上的困难。对于多工况的船舶，尤其是螺旋桨直径受限制的浅水内河船，采用串列螺旋桨可以收到较显著的效果。

      5 对转螺旋桨：将两个普通螺旋桨一前一后分别装于同心的内外两轴上，以等速反方向旋转。因为前后螺旋桨尾流的旋转方向相反，可减小尾流旋转损失，效率比单桨略高；叶面负荷较单桨低，有利于避免空泡；对转之前后两螺旋桨的转矩方向相反，大小略相等，作用在运动体上的扭转力矩很小，故常用于鱼雷推进器，可以防止鱼雷在航行中产生航向偏离。但其轴系构造复杂，制造工艺要求高，造价和维修费用昂贵，在船舶上还未广泛应用。
   
  MK-46型鱼雷，采用的是对转螺旋桨（图片来源网络）

该表列举了世界9个鱼雷研制国的31型现代鱼雷。若按推进形式分：对转螺旋桨26型；泵喷推进器2型；导管对转螺旋桨3型（来源：http://jpkc.nwpu.edu.cn/dzjc/yuleigl/wlkt/ch09/9.1/9.1.2.html）

    6半浸式螺旋桨。半浸式螺旋桨指部分桨叶露出水面而运转的螺旋桨。由于多种高速艇如用常规的全浸式螺旋桨反而不利,一种原因是由于直径受到限制在效率上损失较大,另一种原因是轴系斜度大,由于斜流原因造成对螺旋桨较大的激振力及空泡剥蚀危险，因此半浸桨成为这类艇种的重要选择。半浸桨在叶片通气状况下仍具有较高的效率,并且附体阻力低及桨轴斜流角小,这对高速艇而言是非常有利的。半浸式螺旋桨驱动装置由半浸式螺旋桨和驱动装置两大部分组成。驱动装置除包含桨的传动轴系外，还有调节轴系纵倾角和横倾角机构，通过调节螺旋桨轴浸深来调节螺旋桨与航行状态的匹配，通过调节横倾角达到矢量推力的效果，可比舵更加有力地完成对船艇航向的操纵。

半浸式螺旋桨（中船重工702所官网）

半浸式螺旋桨（中船重工702所官网）

   7泵喷推进器。泵喷推进器是由环状导管、定子和转子构成的组合式推进装置。环状导管的剖面为机翼型，罩住转子和定子，它是泵喷推进器内外流场的控制面。如采用具有吸声和减振的材料制造，则可以屏蔽转子及内流道产生的噪声。为了推迟转子叶片的空化、降低转子的噪声，通常采用能降低转子人流速度的减速型导管；定子为一组与来流成一定角度的固定叶片，使转子入流产生预旋或吸收转子尾流的旋转能量，同时用于固定导管；转子为类似于螺旋桨的旋转叶轮，通过与水流的相互作用产生推力，推动潜艇达到要求的航速。
泵喷推进器可根据转子和定子的前后位置分为两类：定子布置在转子的前面称为“前置定子式”，定子布置在转子的后面则称为“后置定子式”。 “前置定子式”泵喷推进器的定子可以使潜艇尾部流入转子的水流产生预旋，起到均匀来流的作用、改善转子的进流条件，从而提高潜艇的推进效率、降低推进装置的噪声；但转子的推进效率稍低。“后置定子式”泵喷推进器由于定子可以回收转子尾流中的部分旋转能量，转子的推进效率相对较高：但噪声稍高。潜艇上大多采用“前置定子式”泵喷推进器，而鱼雷上则采用“后置定子式”泵喷推进器。
英国在“特拉法尔加”(Trafalgar)级攻击型核潜艇、“前卫”(Vanguard)级以及“机敏”(Astute)级核潜艇上，法国在“凯旋”(LeTriomphant)级核潜艇上，美国在“海狼”(Seawolf)级、“弗吉尼亚”(Virginia)级核潜艇上，纷纷采用泵喷推进器。
   泵喷推进器的特点：
    (1)推进效率高。泵喷推进器的定子(无论前置或后置)可以减少推进器尾流中的旋转能量损失，增加有效的推进能量：泵喷推进器的导管(无论是减速导管还是加速导管)可以减少转子叶稍滑流损失、增加有效推力，从而提高泵喷推进潜艇的推进效率。
    (2)噪声低。泵喷推进器的噪声低是由于：①泵喷推进器的转子在导管内部，导管可起到屏蔽和吸声的作用，另外，位于前方的定子可以使转子进流场更均匀，从而减少转子的脉动力，降低推进器的线谱辐射噪声，②泵喷推进器旋转叶轮(转子)的直径一般小于螺旋桨，在相同转速下，泵喷推进器桨叶的旋转线速度较低，可以降低推进器的旋转噪声。
    (3)临界航速高。潜艇的临界航速是指潜艇在一定潜深下推进器不产生空泡的航速。泵喷推进器采用减速导管和前置定子，使转子叶片处的进流场速度相对较低且更均匀，从而有效推迟了叶片梢涡空泡和桨叶空泡的产生，提高了潜艇的低噪声航速。
    (4)构造复杂、重量大。泵喷推进器是一种组合式推进器，构型和结构比螺旋桨要复杂得多：而且对于导管、定子和转子以及艇体之间的相互配合要求很高，给泵喷推进器的设计、制造和安装带来一定困难。泵喷推进器的重量是普通螺旋桨的2～3倍，对艇体的配平、艇体尾部的结构强度和推进器轴系的振动等带来较大影响。
    对于泵喷推进器，有两种理论研究方向，美国Furuya、Chiang等人提出，泵喷推进器的转子和定子采用轴流透平机械理论设计概念，泵喷推进器的流场更接近轴流泵，他们的研究工作指出了泵喷推进器的流程特性和设计方法；Kinnas、Hughes等人进行了大量关于带定子导管桨的研究工作，其工作以实验为基础研究了带定子导管桨的水动力计算方法。国内702所、708所、哈尔滨工程大学、海军工程大学、上海交通大学、西北工业大学等在泵喷推进器的性能预报和设计方面做了许多工作，但是目前没有见到实际产品。
   
  

       船舶推进器是船舶上提供推力的装置，它的作用是将能源（发动机）提供的动力转换成推力，推动船舶前进的机构，是把自然力、人力或机械能转换成船舶推力的能量转换器。常见的推进器有明轮、喷水推进器、螺旋桨等。现代船舶应用最广的是螺旋桨。
   
    船舶推进器简史

    从人类开始使用船舶，船舶推进装置就开始同步发展，最早出现的是篙，由长竹竿或长木杆构成。利用篙撑水底或岸边地物，按照力的作用与反作用原理，可使作为浮体的舟船向用力的相反方向前进，因为篙与筏子同期出现，所以说篙是时代最早、形制最简单的推进工具。桨是一种用人力推进舟船的木质工具。其出现时期几乎与篙相同或稍晚。人手握桨柄，用桨板向后划水，通过水的反作用力推动船只前进。在新石器时代（公元前5000年到公元前3000年）我国的河姆渡人就有柄叶连体木桨用于推进，这也是我国迄今为止发现的最古老的木桨。帆 是张挂在桅杆上的驶风装置。利用风对帆面的压力推船前进。在商朝已有“维牵”、“帆”等推进工具；在战国时期铜鉴的船纹上即有风帆。

  河姆渡人柄叶连体木桨邮票图片（来源网络）

   由于船舶发展，出现了记录船舶名词的相关著作。东汉年间（25—220年）刘熙撰著辞书《释名》，在书中第二十五篇为《释船》。书中对桅、帆、篙、桨、橹，甚至拉船的纤绳等各项属具，从作用、形状、操作部位等都做了解释和说明。《释名·释船》中说：“随风张幔曰帆。帆，泛也。使舟疾泛泛然也。”“楫（桨），捷也，拨水使舟捷疾也。”“所用斥（撑）旁岸曰交（篙）。一人前，一人还，相交错也。”“在旁曰橹。橹，旅也，用旅力然后舟行也。”这说明最晚在东汉时期橹已经出现。橹支在首尾或船侧的支架上。用手摇动时，插入水中的橹片左右摇动，两侧水压出现差异，因而产生推船前进的动力。橹的推进效率比桨高，因为划桨时，桨叶总是一次入水一次出水，出水后桨叶在空中划过，并不产生动力，所以船只只能得到断续的动力；而橹则不然，橹片始终在水中按一定弧度左右往复运动，故而给予船只持续不断的推力。橹的效率高的特点，是由于橹在水中以较小的攻角滑动时，阻力小而升力大，再加上橹是连续性推进工具，而且有操作船舶回转的功能，一直到现在仍为科技史学者所称道。橹除了起推船前进的作用外，还可以用它来操纵船转弯。由于橹有上述优点，一直沿用至今。在帆船盛行的时代，橹仍作为船上的辅助推进工具与帆长期并存。帆船在无风或进出港时都需要用到橹。橹起初设在船的两舷，后来一些小型船上的橹几乎都设在尾部。橹是中国对世界造船技术的贡献之一。
    此外，三国时期万震所著《南州异物志》记载：“外徼人随舟大小，或作四帆，前后沓载之。有卢头木，叶如牅形。长丈余，织以为帆。”从中得知汉朝由于船舶尺寸增大，已开始在船舶上采用多桅多帆，东汉时还创造了平衡纵帆，它能使风压中心移至桅杆后面而又距桅杆很近，使转动帆时省力，并能与舵配合利用八面风甚至逆风航行。在此之后我国的帆船继续发展，逐渐在唐代出现了沙船、宋代出现了福船、明代出现了广船。
    依靠造船技术的不断发展和风帆技术的不断推进，我国发展出了海上丝绸之路。在先秦时期就来往与南洋一带。在秦朝徐福率船队东渡日本；在5世纪，中国的帆船常远航至幼发拉底河畔；在8,9世纪远航至红海口的亚丁；明朝初年航海家郑和率船队七下西洋，远达非洲；在18世纪，我国的帆船远航至美洲西岸。在18世纪中期，随着欧美快速帆船的出现，中国商船在远洋航线的竞争中败下阵来，在鸦片战争之后，中国到东南亚的航线上的中国帆船也被欧洲的快速帆船所取代。
    魏、晋、南北朝时期，我国的桨轮舟已见萌芽。文献中常有“水车”、“千里船”等名称出现，当即为桨轮舟。所谓桨轮，即将桨的叶片装在轮子的周边，这就可以使原本桨的直线、间歇、往复运动，变为圆周、连续、旋转运动。由连续旋转的轮桨不断划水，不仅可以连续推进，避免了手力划桨时产生的虚功，而且借助自身的体重用脚踏转轴可较为省力。在同根转轴上可因船宽的大小安装很多踏脚板，由很多人同时踏之，可以发挥多人的作用，提高车轮舟的推进效能和船速。车轮向前转船就前进，车轮向后转则船可后退。进退自如，机动灵活，这就提高了船的机动性，对战船尤为重要。唐代李皋（公元733～792年）在任江西节度使时曾率军讨伐李希烈叛乱。转任江陵（今属湖北）尹、荆南节度使时，曾造战舰，并装有脚踏木轮作为推进机械，即桨轮战舰。宋朝，我国古代桨轮船进入了大发展时代。宋朝水军备有桨轮战舰的最早记录是1130年。其时宋室南渡，江淮之间成为南北对峙的主战场，江防的重要性上升到首要地位。宋朝将车船列入水军的编制并有相当的规模，宋代的文献记有：“偶得一随军人，献车船样，……打造八车船样一只，数日并工而成。令人夫踏车于江流上下，往来极为快利。船两边有护车板，不见其车，但见船行如龙，观者以为神奇，乃渐增广车数，至造二十至二十三车大船，能载战士二三百人。”不过在历代的文献中各书虽描述桨轮船航速飞快，但无具体数据，对于推进器机构的叙述也极为简略，有待进一步考证。此外，在第一次鸦片战争时，我国曾有明轮军舰参加吴淞战役，但面对西方工业革命之后的坚船利炮，其结果是非常惨痛的。

    国外关于用人力及风力推进船舶方法的演进过程与我国比较相似。公元前几千年埃及、亚述、腓尼基和巴比伦就已经造出装桨的船只，例如埃及的太阳船，使用奴隶的体力来划桨。之后由于船舶尺度和航行距离的不断增长，便出现了桨和帆兼用的船舶，这样可以缩减划桨人员，在经济上更为有利。这些船只有腓尼基和希腊的“加莱”船，马其顿的“特雷米”船，拜占庭的“乔艋”船，另外还有威尼斯的“加利”船，罗马帝国的“利勃尼亚”船，以及以后发展出来的“加利斯”船等等。在军舰和商船上，兼用帆桨作为推进器延续了很长时期，至16世纪才进入纯粹用帆来推进的时代。此时著名的船型有“克拉克”型帆船、”卡拉维尔“型帆船、“盖伦”型帆船。其中哥伦布发现美洲和麦哲伦环球航行使用的都是卡拉维尔型帆船。在著名的格瑞福兰海战中英国主要使用的是改进后的盖伦型帆船。18世纪中叶帆船设计有很大的发展，出现了快速帆船。快速帆船在顺风条件下，航速可高达15-20节。但自船上开始应用蒸汽动力以后，风帆逐渐被其他形式的推进器所代替。
     自蒸汽机发明以后，有许多人致力于船舶使用蒸汽动力的研究，其问题为使用何种推进机构最切实用，以当时的技术而言，明轮推进效果最好。1785年美国人菲奇建造了使用蒸汽机推进的明轮船舶，随后1801年英国人赛明顿制造了明轮汽船"夏洛特·邓达斯"号，该船是长17.7米，宽5.5米，吃水2.4米的蒸汽木质拖船。1807年，美国发明家富尔顿建造了明轮装在两舷的“克莱蒙特号”木制蒸汽船船，该船长40.5m、宽5.5m，排水量400吨，并实际应用于旅客班轮航线上。到了1838年，天狼星号和大西方号全程使用蒸汽机推进横渡了大西洋，在当时明轮推进器的应用极为广泛，但是明轮作为航海船只的推进器有很多缺点，在19世纪中叶以后，被螺旋桨代替。
虽然很早有人提出使用螺旋桨推进船舶，各国发明家先后提出了很多螺旋桨推进器的设计。1836年英国工程师弗兰西斯·佩蒂特·史密斯建造了使用木质单螺纹蜗杆形螺旋推进器的木质船，该船在试航中推进器损伤了一部分，但航速反而增加了。这说明变短的木制螺旋桨推进效率高。他经过改进于1839年建造了"阿基米德号"，该船船长38.1m，宽6.9m，主机功率60KW，它是一艘真正意义上的用螺旋桨推进的船舶，受此影响，著名客邮船“大不列颠”号改用螺旋桨，它在处女航中打破了船只横渡大西洋的纪录。1845年，英国海军特意安排了一场拔河赛：两条同型800吨级、200马力的巡防舰向相反方向“拔河”。结果，螺旋桨推进的“响尾蛇”号胜了明轮推进的“爱里克托”号。从而一举奠定了螺旋桨在航海中的地位。19世纪中叶以后，螺旋桨获得了广泛的应用。在长期的实践过程中，螺旋桨的形状不断改善。和其他类型的推进器比较，螺旋桨构造简单、造价低廉、使用方便、效率较高，是目前应用最广的推进器。


船舶推进器类型
一，螺旋桨
   螺旋桨是由桨毂和若干径向地固定于毂上的桨叶所组成的推进器。当螺旋桨由主机获得动力而转动时，桨叶拨水向后，自身受到水流的反作用力从而推船前进。
  螺旋桨通常装于船的尾部，在尾部中线处装一只螺旋桨的船称为单桨船，左右各一者称为双桨船，也有3桨船，4桨乃至5桨船。选择螺旋桨的数目必须综合考虑推进性能、振动、操纵性能及主机能力等各方面的因素。通常情况下按母型船来选取螺旋桨数目。总体而言，单桨船的推进效率较高，现代的大型货船在主机能力允许的情况下均使用单桨。对于航速要求较高的船，由于主机能力所限，一般采用多桨，大型快速客船有双桨至四桨。对于军舰而言为了保证作战时的快速性、机动性，兼顾动力装置的使用寿命及各种使用工况下的经济性，往往采用二至四桨。
   
    福特号航母采用4个5叶螺旋桨，各螺旋桨位置布置合理，减少了相互之间的不利影响。
   
    螺旋桨通常由桨叶和桨榖构成。螺旋桨与尾轴连接的部分称为桨榖。桨榖是一个截头的锥形体。为了减小水阻力，在桨榖的末端加一个整流罩，与桨榖一起形成光顺的流行形体，称为毂帽。
桨叶固定在桨榖上，螺旋桨叶数的选择应根据船型、吃水、推进性能、振动和空泡等多方面因素来考虑。普通船只使用的是3叶或4叶螺旋桨。一般认为若螺旋桨直径及展开面积相同，则叶数少者推进效率常略高，叶数多者则因叶栅干扰作用增大，故效率下降。但叶数多对减小振动有利，叶数少对避免空泡有利。此外，在选择叶数时应避免和船体或轴系发生共振。
    由船尾后面向前看时所看到的螺旋桨桨叶的一面称为叶面，另一面称为叶背。桨叶与毂连接处称为叶根，桨叶的外端称为叶梢。螺旋桨正车旋转时桨叶边缘在前面者称为导边，另一边称为随边。
    螺旋桨旋转时（设无前后运动）叶梢的圆形轨迹称为梢圆，梢圆的直径称为螺旋桨直径。梢圆的面积称为螺旋桨的盘面积。一般来说，螺旋桨的直径越大，转速越低的效率越高，但直径受到船的吃水的限制，而且直径过大时会使船身效率下降，对总的推进效率未必有利。
   
     螺旋桨各部分名称（图片来源《船舶原理》）

    螺旋桨桨叶面是螺旋面的一部分（下图左），故任何与螺旋桨共轴的圆柱面与叶面的交线为螺旋线的一段，如下图中的BC段，若将BC引长且环绕轴线一周，则其两端之轴向距离等于此螺旋线的螺距P。若螺旋桨的叶面为等螺距螺旋面之一部分，则P即称为螺旋桨的螺距。若螺旋桨叶面各半径处的螺距不相等，则称为变螺距螺旋桨，若螺旋桨螺距可调，则称为可调螺距螺旋桨。
   
    螺旋桨的螺距（图片来源《船舶原理》）

  与螺旋桨共轴的圆柱面和桨叶相截的截面称为桨叶的切面，简称为叶切面或者叶剖面。如上图中所示。将圆柱面展开为平面后得到上图右所示的叶切面形状，其形状与机翼切面相仿。桨叶切面的形状通常为弓形切面或机翼形切面，特殊的也有梭形切面和月牙形切面。一般来说，弓形切面压力分布均匀，不易产生空泡，但在低载荷时效率较机翼型切面低。故商船螺旋桨常用机翼型切面，军舰螺旋桨和其他高载荷采用弓形切面。目前应用最为广泛，资料最为齐全的的一类翼切面是美国的NACA切面，最为常用的是NACA16和NACA66。

常见桨叶切面形状（图片来源《船舶原理》）

   螺旋桨的外形轮廓可以用螺旋桨的正视图和侧视图来表示。从船后向船首所看到的为螺旋桨的正视图，从船侧看过去的是侧视图。为了正确表达正视图和侧视图之间的关系，取叶面中间的一根母线为作图的参考线，称为叶面参考线。若螺旋桨叶面是正螺旋面，则在侧视图上参考线OU与轴线垂直。若为斜螺旋面，则参考线与轴线的垂线成某一夹角，称为纵斜角。纵斜螺旋桨一般都是向后倾斜的，其目的在于增大桨叶与船体之间的间隙，以减小螺旋桨诱导的船体振动，但纵斜不宜过大（一般小于15度），否则螺旋桨在运行时因离心力的增加而增加叶根处的弯曲应力，对桨叶强度不利。
螺旋桨在垂直于桨轴的平面上的投影称为正投影，其外形轮廓称为投射轮廓。投射轮廓对称于参考线的称为对称叶形，若其外形与参考线不相称，则为不对称叶形，不对称桨叶的叶梢与参考线的距离称为侧斜，相应的角度称为侧斜角，桨叶的侧斜方向一般与螺旋桨的转向相反，合理选择桨叶的侧斜可明显减轻螺旋桨诱导的船体振动。

    （图片来源《船舶原理》）
  
      在长期的实践过程中，各国科学家对螺旋桨理论研究的不断深入，先后出现了动量理论、叶元体理论、环流理论等理论研究方法。近年来，随着电子计算机和相关的流体计算软件的不断发展，螺旋桨的理论研究也不断被完善，对于螺旋桨水动力性能、螺旋桨与船体的相互作用、螺旋桨的空泡现象、螺旋桨的强度校核、螺旋桨的激振力都有了较好的解释，也出现了螺旋桨理论设计方法。
   螺旋桨的水动力性能是指：螺旋桨在水中运动时所产生的推力、消耗的转矩和效率与其运动（进速和转速）间的关系。螺旋桨旋转一周在轴向所前进的距离（进速除以转速）称之为进程，进程与螺旋桨直径的比值称之为进速系数，以J来表示。当进速系数为0时，螺旋桨只旋转不前进，就是船舶系柱情况。在研究螺旋桨的水动力性能时，通常是以无因次系数来表达。螺旋桨的推力和转矩用无因次系数来表示就是推力系数和转矩系数。

推力系数和转矩系数公式（图片来源《船舶原理》）

通过上述公式可以看出推力系数、转矩系数、及效率仅与进速系数有关，它们的对应曲线表现了螺旋桨在任意情况下的全面性能，称为螺旋桨的特性曲线，该曲线未考虑船体对螺旋桨的影响，所以称为螺旋桨的敞水特性曲线，因为转矩系数太小，常增大10倍来表示。该曲线可以通过理论计算得到，也可以通过实验方法得到。

（图片来源《船舶原理》）

    常见的螺旋桨模型试验就是螺旋桨敞水试验。螺旋桨模型单独地在均匀水流中的试验称为螺旋桨模型敞水试验，试验可以在船模拖曳水池、循环水槽或空泡水筒中进行。螺旋桨模型敞水试验的目的和作用有：（1）进行系列试验，将所得的结果分析整理后绘制成专门图谱，供设计使用。目前比较常用的设计图谱有荷兰船模试验池（MARIN）的B系列螺旋桨设计图谱、日本船舶运输技术研究所的AU型系列螺旋桨设计图谱、英国高恩系列螺旋桨设计图谱、瑞典SSPA系列螺旋桨设计图谱等等。（2）根据系列试验的结果分析螺旋桨几何要素对性能的影响，以供设计时正确选择各种参数，并为改善螺旋桨性能能指出方向。（3）校核验证理论方法（4）为了配合自航试验而进行同一螺旋桨模型的敞水试验，以分析推进效率成份，比较各种设计方案的优劣，便于选择最佳的螺旋桨。

    螺旋桨与船体的相互作用可分为两个方面，伴流和推力减额。船在水中向前航行时，附近的水受到船体的影响而产生运动，其表现为船体周围伴随着一股水流，这股水流称为伴流或迹流，包括船身周围的流线运动形成的势伴流、水的粘性作用形成的摩擦伴流和船舶兴波作用形成的波浪伴流。通常所指的伴流是船尾螺旋桨处的伴流，由于伴流的存在，螺旋桨和其附近的水流的相对速度与船速不同。伴流的大小通常用伴流速度对船速的比值来表示，称为伴流分数。对于高速船只，例如军舰，势伴流和摩擦伴流都比较小，波浪伴流在处于波谷时还会具有向后的速度，因此其总伴流很小，驱护舰的伴流分数大致为0--0.03。
   
    由于螺旋桨造船后工作时引起的船体附加阻力称为阻力增额，螺旋桨在船后工作时，由于它的抽吸作用使得附近区域内的压力降低，改变了船尾部分的压力，导致船体压阻力的增加。螺旋桨发出的推力大部分用于克服船的阻力（不带螺旋桨时的阻力），另一部分为克服阻力增额，用于克服船体阻力推动船前进的称之为有效推力，克服的阻力增额习惯上称为推力减额。为了方便，常用推力减额分数来表征推力减额的大小，推力减额分数就是推力减额与螺旋桨发出的推力的比值。驱护舰的推力减额分数大致为0.06-0.08，潜艇的大致为0.10-0.18。

    在船舶航行过程中，从主机发出推力到螺旋桨推船前进会发生一系列的推力损失，可分为传动效率和推进效率。传动效率主要包括轴系传动效率（中机型船一般取0.97，尾机型船一般取0.98）和减速齿轮箱效率（没有减速齿轮箱可不计，一般取0.96）。推进效率主要有螺旋桨效率（由敞水特性曲线得出）、相对旋转效率（反映了船后伴流场的不均匀性，通常由船模自航试验得出）、船身效率（伴流和推力减额的合并作用）。

    螺旋桨的空泡现象。螺旋桨在水中工作时，桨叶的叶背压力降低形成吸力面，若某处的压力降低至临界值以下时，导致爆发式汽化，水汽通过界面，进入气核使之膨胀，形成气泡称为空泡。空泡的类型有涡空泡、泡状空泡、片状空泡和云雾状空泡。
   
涡空泡由梢涡和毂涡引起，先于其他空泡发生，不影响水动力性能，无剥蚀，但梢涡空泡的另一端可能贴到船底，构成尾振，它还使噪声明显增大


泡状空泡在叶背最大厚度处产生，呈泡状，在叶背后段溃灭，对水动力性能影响不大，但发生剥蚀。（图片为舵模型）


片状空泡形成于外半径导边附近，如延伸至随边外则形成超空泡流动，否则为局部空泡，对水动力性能有影响，超空泡无剥蚀作用，但局部空泡有剥蚀作用。


云雾状空泡空泡在物面上周期性地生成和溃灭，被水冲向后方，形成云雾状，剥蚀严重。

    在研究空泡问题时，通常可按空泡对桨叶水动力性能影响的不同而分为两个阶段，即空泡现象的第一阶段和第二阶段。在空泡现象的第一阶段，桨叶叶背上的空泡是局部的，在出现之后很快会溃灭消失，对桨叶的水动力性能不发生明显的影响，但这种空泡在溃灭时会产生内爆，内爆的冲击力反复作用于桨叶表面，会使桨叶表面材料被剥蚀而损坏。当空泡区域扩大至整个叶背面积的60%-70%时，空泡现象已经发展到了第二阶段。当桨叶叶背产生广泛的空泡时，整个叶背等于在蒸汽和空气的混合气体中运动，此时空泡被拖出尾流之后溃灭，故对叶表面无剥蚀作用，但对桨叶的水动力性能产生了一定的影响。空泡现象除了会对桨叶表面产生剥蚀作用和影响桨叶水动力性能之外，空泡的形成和消失都会使流体产生微振动，因而发出噪声，这种噪声能被声呐所接收从而暴露舰船自身位置，因此，在螺旋桨设计中要采取种种措施避免或减轻螺旋桨的空泡。
    为了避免或减轻螺旋桨的空泡，一方面是要采用合适的几何要素，可以采取增加螺旋桨的盘面比、采用弓型切面、减小叶根附近切面的螺距、选择适当的叶数等方法；另一方面是改善螺旋桨周围的流场，例如提高螺旋桨的加工精度，使表面光滑平整以避免水流的局部突变，改善船尾部分的形状与选择合适的桨轴位置可以减小尾流的不均匀性的影响等等。对于高速度的舰艇，可以使螺旋桨处于第二阶段空泡状态下运转，就是超空泡螺旋桨。
    螺旋桨的空泡试验是研究螺旋桨空泡现象的重要试验方法，通过螺旋桨的空泡试验可以研究螺旋桨的空泡现象对其性能的影响；研究螺旋桨产生空泡后的激振力和噪声；研究空泡产生的机理；研究螺旋桨几何要素对空泡的影响。为了满足相似条件，常用的空泡试验设备是空泡水筒。空泡水筒垂直放置的，由密封的循环水筒，驱动水泵，调压装置等组成，工作段有观察窗，试验时水循环流动，并减压使空泡数与实桨相等，用频闪仪和高速摄影机观察和记录试验，由动力仪测量桨的推力、转矩。在实验时保持流速不变，调节螺旋桨转速调节筒内压力以获得所需空泡数，将试验结果绘制成不同空泡数下的螺旋桨性征曲线。
   
空泡水筒结构简图
   目前世界上最大的空泡水筒属于美国海军。国内702、上海交大、708均有空泡水筒。
   
    避免桨叶上出现空泡是设计螺旋桨时所需考虑的重要环节之一，目前常使用螺旋桨模型空泡试验或大量实船资料整理所得的图谱，或由统计数据归纳而成的近似公式进行空泡校核。对于螺旋桨的图谱设计来说，常见的是采用限界线来限制螺旋桨的部分几何要素，使其尽量不发生空泡，常用的限界线有柏利尔根据各类船舶的统计资料提出的柏利尔限界线和荷兰船模试验池（MARIN）提出的瓦根宁根水池限界线（MARIN位于荷兰瓦根宁根，国内有时也称为瓦根宁根船模试验室）。

    为了船舶的安全航行必须要，必须要保证螺旋桨具有足够的强度，使其在正常情况下不至破损断裂。设计螺旋桨时必须进行强度计算和桨叶的厚度分布。螺旋桨工作时受到的力包括轴向的推力和阻力、旋转时的离心力、意外的负荷等等，在这些力的作用力下桨叶会产生弯曲、扭转、拉伸。同时由于螺旋桨工作在不均匀的尾流场中，桨叶受力也会产生变化，很难精确的算出作用在桨叶上的力。目前常用的计算方法如下：
    在一般情况下，采用理论和实践相结合的近似计算方法来计算，通常使用的是各个船级社颁发的《钢质海船入级和建造规范》中对螺旋桨强度的计算方法，在设计入级船舶时，一般是采用这种方法，比较偏于安全。
    在理论计算时，可以把桨叶看成是扭曲的，变截面的悬臂梁进行强度计算，不过计算复杂，也可以采用有限元的方法进行强度计算，但计算也同样繁复，一般仅用于军用舰艇中。

    螺旋桨激振力。在船舶使用大功率的主机后，螺旋桨桨叶负荷加重，螺旋桨振动也不断加重，大量研究表明，螺旋桨激振力是舰艇振动的主根源。螺旋桨激振的根本原因在于螺旋桨叶负荷加重，在船后不均匀尾流中工作时容易产生局部的不稳定空泡，从而导致螺旋桨作用于船体的压力、振幅和相位都不断变化。螺旋桨的激振力主要分为由于螺旋桨叶的不定常载荷作用在桨轴上的轴承力和螺旋桨诱导的压力场经过水扩散到船体表面的脉动压力称为表面力。对于船体振动来说，船体尾部振动的根源是螺旋桨诱导的表面力，特别是发生空泡的螺旋桨诱导的表面力。螺旋桨诱导的表面力可以通过在空泡水筒中进行模型试验来测量，也可用经验公式估算和理论计算。
    为了避免或减小螺旋桨激振力，在设计时可以采用以下措施：
   （1）、改善船尾流场，使之尽可能均匀。尾部型线设计要合理，可以采用球尾和尾鳍来进一步改善流场。（2）、改善螺旋桨的设计，减小脉动载荷分量。可以采用增加侧斜程度、增大桨叶与船体之间的间隙、改善空泡性能、减小直径、增加导管等方法减小脉动压力幅值，可以采用增加螺旋桨叶数，改善轴和轴承的动力响应等方法减小轴承力。（3）在以上方法均不能达到理想效果时只能采取结构上的措施，改变船壳板的振动特性。

    螺旋桨设计。螺旋桨的设计是整个船舶设计中的重要组成部分，在船舶线型初步设计完成之后,通过有效马力的估算或者船模阻力试验，得出设计船的有效马力曲线，设计出一个在给定主机下使船舶能达到最高航速的螺旋桨。螺旋桨设计方法有两种，图谱设计法和理论设计法。
    图谱设计法就是通过螺旋桨模型敞水系列试验所得到的图谱或公式来确定螺旋桨的主要参数和性能的设计方法，用图谱方法设计螺旋桨计算方便，易于掌握，结果也较为满意。常用的图谱有荷兰船模试验池（MARIN）的B系列螺旋桨设计图谱、日本船舶运输技术研究所的AU型系列螺旋桨设计图谱、英国高恩系列螺旋桨设计图谱等等。在图谱设计时除了按图谱计算之外还要完成空泡校核、强度校核、螺距修正、重量及惯性矩计算、系柱特性计算、航行特性计算，最后完成螺旋桨制图，以供制造使用。
    理论设计法就是根据相关理论，例如升力线和升力面理论，合理的选择螺旋桨各半径处最适宜的螺距和切面形状，桨叶载荷的径向分布、侧斜和纵斜的分布，有利于改善螺旋桨的空泡、振动和噪声性能。对于设计结果还需要采用模型试验进行验证，必要时需要根据试验结果进行修正。

    在完成螺旋桨的设计之后，为了更可靠地确定实船性能，需要进行专门的船模自航试验。船模自航试验使用的船模要安装好螺旋桨模型。
    对于新设计的船舶来说，船模自航试验可用于预报实船能够达到的航速以及船体、主机和螺旋桨是否匹配，船模自航试验还可以对若干方案进行比较，从而选择较优的方案。船模自航试验也可以分析研究各种推进效率成分，研究船、桨、舵相互影响。在船模进行自航试验之前，必须完成船模阻力试验和螺旋桨模型的敞水试验。综合三种试验的结果才能进行完整的数据分析和预报实船性能。

DDG-1000的船模，可以看到尾部的螺旋桨，不过图中正在完成的不是船模自航试验，更像是耐波性试验。（图片来源：http://www.phisicalpsience.com/p ... _Hull_DDG-1000.html）


    根据不同船舶的工作条件，在普通螺旋桨的基础上，发展了以下几种特种螺旋桨。

    1大侧斜螺旋桨。目前军舰广泛使用了叶梢卸载的大侧斜螺旋桨，使用大侧斜螺旋桨可以改善螺旋桨的空泡性能、降低桨的激振力和噪声。固定螺距螺旋桨和可调螺距螺旋桨均可使用大侧斜螺旋桨。
    大侧斜螺旋桨再设计上有有两个主要问题需要注意：一个是桨叶侧斜分布问题，螺旋桨的侧斜分布必须与船尾部流场一起考虑；另一个是强度问题，由于大侧斜螺旋桨的桨叶形状复杂，受力情况与普通桨有区别，计算时往往采用有限元的方法。

    2可调螺距螺旋桨。通过设置在桨榖中的操纵机构，使桨叶能够转动而调节螺距的螺旋桨称为可调螺距螺旋桨，简称调距桨。
    调距桨的优点有：
    由于桨叶螺距可按需要调节，能在任何航行条件下充分利用主机的全部功率；
    在不改变主机转速的情况下，可以借助调节螺距适应船的各种航行状态，可以减少主机磨损程度，延长主机使用寿命；
    可以缩短船舶从全速航行至后退所需的时间和距离，显著提高操纵性；
    便于实现遥控，柴油机的起动遥控机构比调距桨机构的转速遥控和螺距遥控部分要复杂得多，而调距桨可在柴油机不停机的情况下进行各种调整，因此船舶操纵系统在采用调距桨时更容易实现集控和遥控等等。
    调距桨的缺点有：
    桨榖中的转动机构和整套操纵机构复杂，保养及维护相当困难；
    毂径比普通螺旋桨的大，且不易制成光顺的流线型，在正常操作条件下，其效率要比普通螺旋桨低；
    叶根部分切面厚度比较大，易产生空泡现象；造价较高。
    综上所述调距桨一般用于对灵敏性要求高或者航程远多工况的船舶，例如战斗舰艇、潜艇、港内拖船、轮渡、拖网渔船、捕鲸船等等。对于一般货船、油轮不适于采用调距桨。目前比较常用的的可调桨设计图谱有JDC3叶可调桨系列图谱和日本4叶可调桨系列图谱。
  
    中船重工704所生产的调距桨（图片来源，704官网）
  
   调距桨的内部结构（图片来源网络）

   3导管螺旋桨.导管螺旋桨，在在螺旋桨外缘加装一个环形套筒而成，套筒的剖面为机翼型或折角线型。导管螺旋桨根据导管切面拱度可分为加速型和减速型。导管与船体固接的称固定导管，导管被连接在转动的舵杆上兼起舵叶作用的称回转导管。
   加速型导管使螺旋桨桨盘处的水流加速，螺旋桨的一部分推力转移到导管上，一部分尾涡变成了导管的附着涡，减少了螺旋桨后的尾流能量损失，只要这种减小损失在数量上超过导管本身阻力的损失，那么导管桨的效率就高于普通桨。螺旋桨的载荷越重，尾流能量损失越大，采用导管桨的好处就越多。对于轻载情况，尾流能量损失较小，导管阻力的损失反而高于尾流的损失，因而得不偿失。
   因此，加速型导管桨一般使用在螺旋桨载荷较重的船舶上，例如拖船、顶推船、拖网渔船和工程船。加速型导管桨使用在螺旋桨载荷较重的船舶也有利于减小振动。减速型导管桨可以使流入桨盘处的水流速度降低，可以延缓空泡的发生，有利于减小噪声，常用于潜艇。
   
    （图片来源《船舶原理》）
   此外，导管桨还具有以下优点：导管螺旋桨盘面处的水流速度受船速的影响远较普通螺旋桨小，在各种载荷（如拖曳航行或自由航行等）情况下都能良好的运转；纵摇较小，可减小波浪中的失速；保护螺旋桨不与异物相碰，浅吃水时可防止空气吸入现象。
目前导管桨常用的设计图谱有荷兰船模试验室的B-δ型设计图谱。
   
033潜艇上使用的应该是减速型导管螺旋桨（图片来源网络）

     4串列螺旋桨：将两个普通螺旋桨装于同一轴上，以相同速度同向转动。当螺旋桨直径受限制时，它可加大桨叶面积，吸收较大功率，对减振或避免空泡有利。串列螺旋桨重量较大，桨轴伸出较长，增加了布置及安装上的困难。对于多工况的船舶，尤其是螺旋桨直径受限制的浅水内河船，采用串列螺旋桨可以收到较显著的效果。

      5 对转螺旋桨：将两个普通螺旋桨一前一后分别装于同心的内外两轴上，以等速反方向旋转。因为前后螺旋桨尾流的旋转方向相反，可减小尾流旋转损失，效率比单桨略高；叶面负荷较单桨低，有利于避免空泡；对转之前后两螺旋桨的转矩方向相反，大小略相等，作用在运动体上的扭转力矩很小，故常用于鱼雷推进器，可以防止鱼雷在航行中产生航向偏离。但其轴系构造复杂，制造工艺要求高，造价和维修费用昂贵，在船舶上还未广泛应用。
   
  MK-46型鱼雷，采用的是对转螺旋桨（图片来源网络）

该表列举了世界9个鱼雷研制国的31型现代鱼雷。若按推进形式分：对转螺旋桨26型；泵喷推进器2型；导管对转螺旋桨3型（来源：http://jpkc.nwpu.edu.cn/dzjc/yuleigl/wlkt/ch09/9.1/9.1.2.html）

    6半浸式螺旋桨。半浸式螺旋桨指部分桨叶露出水面而运转的螺旋桨。由于多种高速艇如用常规的全浸式螺旋桨反而不利,一种原因是由于直径受到限制在效率上损失较大,另一种原因是轴系斜度大,由于斜流原因造成对螺旋桨较大的激振力及空泡剥蚀危险，因此半浸桨成为这类艇种的重要选择。半浸桨在叶片通气状况下仍具有较高的效率,并且附体阻力低及桨轴斜流角小,这对高速艇而言是非常有利的。半浸式螺旋桨驱动装置由半浸式螺旋桨和驱动装置两大部分组成。驱动装置除包含桨的传动轴系外，还有调节轴系纵倾角和横倾角机构，通过调节螺旋桨轴浸深来调节螺旋桨与航行状态的匹配，通过调节横倾角达到矢量推力的效果，可比舵更加有力地完成对船艇航向的操纵。

半浸式螺旋桨（中船重工702所官网）

半浸式螺旋桨（中船重工702所官网）

   7泵喷推进器。泵喷推进器是由环状导管、定子和转子构成的组合式推进装置。环状导管的剖面为机翼型，罩住转子和定子，它是泵喷推进器内外流场的控制面。如采用具有吸声和减振的材料制造，则可以屏蔽转子及内流道产生的噪声。为了推迟转子叶片的空化、降低转子的噪声，通常采用能降低转子人流速度的减速型导管；定子为一组与来流成一定角度的固定叶片，使转子入流产生预旋或吸收转子尾流的旋转能量，同时用于固定导管；转子为类似于螺旋桨的旋转叶轮，通过与水流的相互作用产生推力，推动潜艇达到要求的航速。
泵喷推进器可根据转子和定子的前后位置分为两类：定子布置在转子的前面称为“前置定子式”，定子布置在转子的后面则称为“后置定子式”。 “前置定子式”泵喷推进器的定子可以使潜艇尾部流入转子的水流产生预旋，起到均匀来流的作用、改善转子的进流条件，从而提高潜艇的推进效率、降低推进装置的噪声；但转子的推进效率稍低。“后置定子式”泵喷推进器由于定子可以回收转子尾流中的部分旋转能量，转子的推进效率相对较高：但噪声稍高。潜艇上大多采用“前置定子式”泵喷推进器，而鱼雷上则采用“后置定子式”泵喷推进器。
英国在“特拉法尔加”(Trafalgar)级攻击型核潜艇、“前卫”(Vanguard)级以及“机敏”(Astute)级核潜艇上，法国在“凯旋”(LeTriomphant)级核潜艇上，美国在“海狼”(Seawolf)级、“弗吉尼亚”(Virginia)级核潜艇上，纷纷采用泵喷推进器。
   泵喷推进器的特点：
    (1)推进效率高。泵喷推进器的定子(无论前置或后置)可以减少推进器尾流中的旋转能量损失，增加有效的推进能量：泵喷推进器的导管(无论是减速导管还是加速导管)可以减少转子叶稍滑流损失、增加有效推力，从而提高泵喷推进潜艇的推进效率。
    (2)噪声低。泵喷推进器的噪声低是由于：①泵喷推进器的转子在导管内部，导管可起到屏蔽和吸声的作用，另外，位于前方的定子可以使转子进流场更均匀，从而减少转子的脉动力，降低推进器的线谱辐射噪声，②泵喷推进器旋转叶轮(转子)的直径一般小于螺旋桨，在相同转速下，泵喷推进器桨叶的旋转线速度较低，可以降低推进器的旋转噪声。
    (3)临界航速高。潜艇的临界航速是指潜艇在一定潜深下推进器不产生空泡的航速。泵喷推进器采用减速导管和前置定子，使转子叶片处的进流场速度相对较低且更均匀，从而有效推迟了叶片梢涡空泡和桨叶空泡的产生，提高了潜艇的低噪声航速。
    (4)构造复杂、重量大。泵喷推进器是一种组合式推进器，构型和结构比螺旋桨要复杂得多：而且对于导管、定子和转子以及艇体之间的相互配合要求很高，给泵喷推进器的设计、制造和安装带来一定困难。泵喷推进器的重量是普通螺旋桨的2～3倍，对艇体的配平、艇体尾部的结构强度和推进器轴系的振动等带来较大影响。
    对于泵喷推进器，有两种理论研究方向，美国Furuya、Chiang等人提出，泵喷推进器的转子和定子采用轴流透平机械理论设计概念，泵喷推进器的流场更接近轴流泵，他们的研究工作指出了泵喷推进器的流程特性和设计方法；Kinnas、Hughes等人进行了大量关于带定子导管桨的研究工作，其工作以实验为基础研究了带定子导管桨的水动力计算方法。国内702所、708所、哈尔滨工程大学、海军工程大学、上海交通大学、西北工业大学等在泵喷推进器的性能预报和设计方面做了许多工作，但是目前没有见到实际产品。