随着船舶的大型化发展以及减振降噪要求的提升,大侧斜桨、复合材料桨等新型高效螺旋桨广泛应用,导致桨的弹性效应越来越明显,且螺旋桨与流体之间的非线性耦合作用更加复杂。螺旋桨弹性效应除了影响水动力特性和结构性能外,也会强化桨和轴系之间的耦合振动特性,并对纵向激励力传递特性产生影响。本文依托于国家自然科学基金重点项目,以西江干线某多用途货船的推进轴系及其螺旋桨为研究对象,建立弹性桨-轴模型,考虑螺旋桨的弹性效应,运用数值仿真分析方法,研究桨叶弹性效应对于流场水动力特性、桨-轴耦合振动特性以及激励力传递特性的影响。主要内容及结论如下:(1)弹性桨-轴流固耦合特性分析。建立螺旋桨及轴系的三维模型,在均匀流场和模拟伴流场中对桨-轴进行双向流固耦合计算,研究桨叶弹性效应对流场水动力特性、结构性能以及轴向激励力的影响。结果表明:桨叶弹性效应增加流场的不稳定性,导致流场脉动压力和纵向激励力的幅值波动范围更大;在不同进速系数下,桨叶弹性效应对敞水性能影响不同;随着桨叶弹性增加,弹性桨的变形量和应变增加,应力降低。(2)弹性桨-轴纵向耦合振动特性分析。分别建立弹性桨、质量点桨-轴和弹性桨-轴三种模型,通过模态分析研究桨叶和轴系之间的纵向耦合振动机理。在此基础上,分析流体附加质量和流场载荷对桨-轴固有振动特性影响。结果表明:弹性桨-轴的纵向模态分布中包含弹性桨和质量点桨-轴各自的纵向模态振型;附水质量降低结构的固有频率,且桨叶弹性效应削弱附水质量影响;流场载荷作为预应力略微提高桨-轴固有振动频率,且桨叶弹性效应削弱流场载荷预应力影响。(3)弹性桨-轴纵向激励力传递特性分析。采用谐响应分析方法,研究桨叶弹性效应对纵向激励力传递路径以及振动响应的影响,并进行桨-轴结构频率匹配设计。结果表明:弹性桨叶的伞形模态在纵向激励力的传递路径有所体现,且桨叶的弹性效应对纵向激励力具有放大或衰减作用;通过弹性桨-轴的频率匹配设计,调整伞形模态频率,可以有效控制推进轴系系统的振动。