第 15 卷 第 3 期 2018 年 9 月
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基于粒子群优化算法的螺旋桨三维翼型剖面改进设计
徐雪芳
（烟台南山学院 , 山东烟台，265713）
摘要：
螺旋桨作为船舶等海上运输设备的主要动力来源和方向控制器，对船舶工业的发展
起着重要的作用。随着螺旋桨动力学理论和结构设计的不断完善，针对船舶螺旋桨的改进技术
也层出不穷。在传统螺旋桨升力线理论的基础上，针对螺旋桨的三维翼型剖面设计引入了粒子
群优化算法，并用该优化算法对设计过程进行功能和结构的优化。
关键词：
螺旋桨；三维翼型；粒子群优化算法；升力线
中图分类号：U664.33 文献标志码：A
一、引言
作为船舶传统动力来源的螺旋桨，其理论研
究和设计在船舶技术中所占比重是最大的，从经
验方法过渡到数字化设计，再进而应用计算机技
术进行螺旋桨最佳化的设什，经历了漫长的理论
研究和结构设计的完善过程。目前，四桨两舵等
大动力、转向灵活的螺旋桨广泛装备在船舶等运
输平台上，对螺旋桨的设计需求更大要求更高，
直接促进螺旋桨设计技术的提高。通常情况下，
研究人员将螺旋桨设计过程分为原理图设计过程、
力学求解过程和流体动压面设计
[1]
过程。本文对
螺旋桨三维翼型剖面进行优化设计，主要结合了
升力线理论、流体力学理论和粒子群优化算法等。
四桨两舵式船舶动力系统的改进，主要目的是提
高螺旋的运转性能和工作稳定性，减少工作振动
和噪声，同时可以减少空泡现象及剥蚀，降低运
行阻力。基于粒子群优化算法的螺旋桨三维翼型
剖面设计过程主要包括以下几点：
1. 螺旋桨的结构参数设计
采用粒子群优化算法并结合流体动力学理论
对螺旋桨参数进行求解时，需要结合螺旋桨材料
的弹性模量、亲疏水特性和径向水流的升力线等
因素。
2. 三维翼型剖面设计
应用粒子群优化算法对翼型剖面进行优化时，
首先要考虑的是它的流体动压特性。粒子群优化
算法充分运用了统计学的原理，对在不同水压下
的结构参数进行设计。参数设计的精度决定了螺
旋桨的压力分布状况和流体力学性能
[2]
。
3. 微调设计参数
结合面元法和粒子群优化算法以及流体动力
学理论，对螺旋桨三维翼型剖切面的设计结果进
行整体的微调。微调的目的是实现整体结构设计
的最优化，在实现既定设计目标的基础上，把工
程难度和成本降到最低。
二、螺旋桨的升力线理论
在螺旋桨的三维翼型剖面的结构设计中，目
前广泛应用的理论是升力线理论。升力线理论是
在有限元分析和数学建模的基础上，对螺旋桨的
机翼受力和载荷进行分析的方法。升力线的理论
来源于机翼在涡流的升力模型，机翼的仿真模型
分为有限长度和无限长度翼展。有限长度的机翼
作者简介：徐雪芳（1980- ），女，汉族，山东烟台人，烟台南山学院工学院，讲师。
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