随着船舶向大型化、高速化发展,推进器负荷越来越重,导管桨的空化问题往往较难避免,随之而来的水动力性能下降、剥蚀严重、振动加剧还有辐射噪声等问题都将大大影响船舶的推进性能和整个系统的安全可靠性,对舰船隐身性提出了巨大的挑战。因此本文基于RANS方法对导管螺旋桨的水动力、空化和噪声性能进行了数值研究,对导管螺旋桨综合性能的提升具有重要的意义,同时可以为空化诱导产生的噪声、振动和剥蚀等问题提供一定的数值和理论支撑。本文首先应用STAR-CCM+计算软件,基于雷诺平均纳维-斯托克(RANS)方法结合两方程湍流模型,采用基于压力耦合的粘性求解器,针对导管螺旋桨的敞水性能进行了数值模拟,并以在武汉理工大学拖曳水池进行的敞水试验结果为基准,进行了网格无关性的验证以及湍流模型预报精度的比较分析。结果表明:在现有网格划分形式下,当y+≈40时,基于RANS方法和Realizable k-?湍流模型的敞水性能其数值结果具有一定精度,可以应用在工程实践中。其次,在给定轴向试验伴流下,基于非定常RANS方法对导管桨非定常水动力性能进行了计算,结合VOF两相流模型和Schnerr-Sauer空化模型对其空化性能进行了计算,并与空泡水筒试验结果进行对比,验证了空化模拟数值计算方法的正确性和可靠性;对其空泡形态、水动力性能以及由空化诱导的船底压力脉动进行了分析。在空化发生时,导管桨的水动力性能有所下降,总体推力和扭矩波动幅度较大;靠近导管前缘的监测点压力幅值最大,固定测点的压力脉动一阶幅值处于安全范围内。随后,本文基于扇声源法和脉冲球形气泡理论,对导管桨的无空化负载噪声、空化负载噪声和空化辐射噪声分别进行了计算。首先运用CFD手段结合扇声源法计算了INSEAN E779A桨的负载噪声,并与文献中提供的参考值进行对比,验证了本文采用计算方法的有效性;随后运用该方法对导管螺旋桨无空化负载噪声和空化负载噪声进行了对比,发现空化负载噪声比无空化负载噪声较小,但其声指向性并没有太大变化;最后运用脉冲球形气泡理论对空化工况产生的单极子噪声进行了数值预报。结果表明:发生空化后,空化辐射噪声远大于桨叶负载噪声,成为导管螺旋桨的主要噪声源。