螺旋桨的理论设计方法的成熟为精确设计出满足设计要求的螺旋桨提供了可能,但是从升力线到流行的升力面设计理论设计螺旋桨都无法回避这样一个问题。即理论研究对于物体实际表面的假设与提高设计精确度之间的矛盾。想要用升力线或升力面对螺旋桨表面形状进行设计必须对物面条件进行简化,同时对于设计精确性的要求又需要设计的桨与实际形状更加接近。采用面元法设计螺旋桨可以更精确地设计螺旋桨的几何形形状,从而更好的满足高性能船舶对于螺旋桨具体性能的要求。本文采用升力线理论求解满足设计要求的初始螺旋桨理论设计参数,与传统的升力线理论相比,增加了桨毂、黏性的影响。与采用复杂的数值计算的Cony方法比较表明两者几乎具有相等的精度,并且在高进速下环量更加均匀。将面元法应用到三维翼型剖面设计的数值方法进行了详细的研究并举例计算,并对具体过程作了数值上的改进和创新。并提出了一种根据良好的压力分布形式母翼型精确设计满足给定升力系数和最大厚度限制的面元法设计方法。引入智能优化领域中的粒子群算法(PSO)结合面元法对设计的翼型剖面进行了优化。并对优化的结果作了CFD验证,结果表明采用面元法设计的翼型具有相当高的准确性,同时采用PSO方法对于翼型的优化也是合理和有效的。提出了一种能够使最终的设计桨环量满足设计环量分布的方法。成功的完成了既定的设计目标并在理论计算中得到了效率更高、空泡性能更优的设计螺旋桨。并针对四桨两舵螺旋桨推进系统的特殊性,把前桨的影响计入到后桨的伴流当中重新设计了后桨。理论计算表明设计的桨比原型桨具有更好的水动力性能。本文用经典的升力线理论作为螺旋桨初步设计获取基本的设计参数,将面元法精确设计三维翼型剖面应用到螺旋桨翼型剖面的设计中,使得翼型剖面具有更均匀的压力分布,对结构强度的提高和空泡性能的改善起到积极的作用,设计翼型剖面的同时还引入了粒子群优化算法(PSO)来优化三维翼型翼型剖面,使得设计的螺旋桨剖面不仅具有良好的压力分布还具有更高的升阻比。从每个剖面的性能优化的角度出发,提高螺旋桨整体运行效率。对面元法在螺旋桨理论设计中的应用做了许多有益的尝试和探索。