螺旋槳是指靠槳葉在空氣或水中旋轉，將發動機轉動功率轉化為推進力的裝置。
春秋戰國時期，中國人發明了一種玩具叫“竹蜻蜓”。竹蜻蜓是用竹片削成，葉片像螺旋槳。明朝時期，中國蘇州巧匠徐正明，經過十多年的鉆研，造出了一架直升飛機。1752年，瑞士物理學家雅各布·伯努利設計了具有雙導程螺旋的推進器，安裝在船尾舵的前方。1764年，瑞士數學家萊昂哈德·歐拉研究了能代替帆的其它推進器，如槳輪(明輪)，也包括了螺旋槳。1836年，英國的“阿基米德號”使用了螺旋推進器。1843年，美國海軍建造了第一艘螺旋槳船“浦林西登”號，它是由艦長愛列松設計，在愛列松的積極推廣下，美國相續建造了41艘民用螺旋槳船，最大的排水量達2000噸。1976年，Vassilopoulos將優化理論應用于螺旋槳設計領域，2008年9月在日本舉行的第25屆ITTC會議上，船舶推進委員會介紹了國際上船用螺旋槳研究的最新進展。
螺旋槳可分為調螺距螺旋槳、導管螺旋槳、串列螺旋槳、螺旋槳、對轉螺旋槳等。船用螺旋槳工作原理是安裝于船尾水線以下，由主機獲得動力而旋轉，將水推向船后，利用水的反作用力推船前進。螺旋槳具有構造簡單、重量輕、效率高等特點。普通運輸船舶有1到2個螺旋槳。推進功率大的船，可增加螺旋槳數目。大型快速客船有雙槳至四槳。螺旋槳應用廣泛，如飛機、輪船的推進器等。
簡史
春秋戰國時期，中國人發明了一種玩具叫“竹蜻蜓”。竹差翅亞目是用竹片削成，葉片像螺旋槳，中間插一根竹竿，用力一搓竹竿，葉片就會升起來，遠看像一只蜻蜓。竹蜻蜓是我國古代一大發明，由于它的葉片像陀螺一樣能高速旋轉，所以當時稱它為“中國陀螺”。明朝時期，中國蘇州巧匠徐正明，就整天琢磨小孩玩的竹蜻蜓，想制造一個類似蜻蜓的直升飛機，并且想把人也帶上天空。經過十多年的鉆研，他造出了一架直升飛機。它有一個竹蜻蜓一樣的螺旋槳，駕駛座像一把圈椅，依靠腳踏板通過轉動機構來帶動螺旋槳轉動，試飛時候，它居然飛離地面一尺多高，還飛過一一條小河溝，然后落下來。到了明朝后期，竹蜻蜓的技術傳到歐洲，并且在當時的法國科學院進行了表演。
1752年，瑞士物理學家伯努利第一次提出了螺旋槳比在它以前存在的各種推進器優越的報告，他設計了具有雙導程螺旋的推進器，安裝在船尾舵的前方。1764年，瑞士數學家萊昂哈德·歐拉研究了能代替帆的其它推進器，如槳輪(明輪)，也包括了螺旋槳。潛水器和潛艇在水面下活動，傳統的槳、帆無法應用，笨重龐大的明輪也難適應。于是第一個手動螺旋槳，然而并不是用在船上，而是作為潛水器的推進工具。第一個實驗動力驅動螺旋槳的是美國人斯蒂芬，他在1804年建造了一艘7.6米長的小船，用蒸汽機直接驅動，在哈得遜河上做第一次實驗航行，實驗中發現發動機不行，于是換上瓦特蒸汽機，實驗航速是4節，最高航速曾達到8節。斯蒂芬螺旋槳有4個風車式槳葉，鍛制而成，和普通風車比較它增加了葉片的徑向寬度，為在實驗中能選擇螺距與轉速的較好配合，槳葉做成螺距可以調節的結構。在哈得遜河上兩個星期的試驗航行中，螺旋槳改變了幾個螺距值，但是實驗的結果都不理想，性能遠不及明輪。這次實驗使他明白，在蒸汽機這樣低速的條件下，明輪的優越性得到了充分發揮，它的推進效率高于螺旋槳是必然的結論。
1836年，英國的“阿基米德號”使用了螺旋推進器，那是一個木制的長長的像螺絲釘的螺桿。開始試驗時，它以每小時4海里的航速航行。突然，水中的障礙物碰斷了螺桿，只剩了一小截。正當造船工程師史密斯急得不知所措時，這船卻意外地加快了速度，達到每小時13海里。這事啟發了造船工程師們，他們把長螺桿變成短螺桿，又把短螺桿變成葉片狀，螺旋槳就這樣誕生了。1843年，英國皇家海軍在“雷特勒”號艦上，第一次以螺旋槳代替明輪，隨后由斯密士設計了20艘螺旋槳艦，參加了對俄戰爭，斯密士成為著名人物。
1843年，美國海軍建造了第一艘螺旋槳船“浦林西登”號，它是由艦長愛列松設計，在愛列松的積極推廣下，美國相續建造了41艘民用螺旋槳船，最大的排水量達2000噸。到1858年，大東方號裝有當時世界上最大的螺旋槳，它的直徑有7.3米，重量達36噸，轉速每分種50轉，當時，推進器標準不再具有權威性，由于螺旋槳的推進效率接近明輪，而且它卻具有許多明輪無法競爭的優點，明輪逐步在海船上消失。Vassilopoulos于1976年最先將優化理論應用于螺旋槳設計領域，作者利用優化理論分析了優化變量對設計目標及限制條件的敏感性，通過改進的升力線方法得到設計參數的參考范圍，最終由升力面方法確定設計參數。2008年9月在日本舉行的第25屆ITTC會議上，船舶推進委員會介紹了國際上船用螺旋槳研究的最新進展，其中關于tip-rake及tip-plate的研究表明，在螺旋槳葉梢部采用適當的縱傾具有提高槳葉效率、抑制梢渦空泡、減小槳葉脈動壓力的作用。
工作原理
螺旋槳是由一群翼面構建而成，因此它的做功原理與機翼相似。機翼是靠翼面的幾何變化和入流的攻角，使流經翼面上下的流體有不同的速度，而由伯努利定律可知這速度的不同會造成翼面上下表面壓力的不同，因而產生升力，翼面的升力在前進方向的分量就是螺旋槳的推力。
螺旋槳優化設計工作中，螺旋槳的幾何表達與變形則是螺旋槳優化設計的前置條件可以稱為最優化技術和螺旋槳水動力評估技術的鏈接器。螺旋槳曲面幾何表達及變形技術的好壞將直接決定設計空間的大小，因此在保證參數化模型的精確性和普適性的同時，適當減少用到的參數數量以縮小搜索空間的維度是十分重要的。
對某個螺旋槳的某個剖面，剖面迎角隨該比值變化而變化。迎角變化，拉力和阻力矩也隨之變化。用進矩比“J”反映槳尖處氣流角，J=V/nD。式中D—螺旋槳直徑。理論和試驗證明：螺旋槳的拉力(T)，克服螺旋槳阻力矩所需的功率(P)和效率(η)可用下列公式計算：
η=J·Ct/Cp
式中：Ct-拉力系數；Cp-功率系數；ρ-空氣密度；n-螺旋槳轉速；D-螺旋槳直徑。其中Ct和Cp取決于螺旋槳的幾何參數，對每個螺旋槳其值隨J變化。特性曲線給出該螺旋槳拉力系數、功率系數和效率隨前進比變化關系。是設計選擇螺旋槳和計算飛機性能的主要依據之一。
幾何參數
螺旋槳的直徑
螺旋槳的直徑是螺旋槳的核心尺寸，與螺旋槳的需用功率、額定轉速、飛機的飛行包線等均有關系。在對螺旋槳進行理論分析時，由動量定理可得，對于軸向流動的理想螺旋槳，單位時間內氣流通過螺旋槳槳盤動量的增量與螺旋槳的拉力大小相等、方向相反。
螺旋槳槳葉的片數
葉片的數量對螺旋槳的效率和重量有很大影響。對于功率給定的螺旋槳，增加一片槳葉意味著在尖端增加一個額外的三維損失源，增加了螺旋槳的槳尖損失。同時，所有螺旋槳槳葉的葉片載荷降低，每個葉片的吸收功率也隨之下降。在槳葉的優化設計過程中，螺旋槳槳葉載荷減少后，可以隨之減少其弦長，這意味著槳葉葉片的雷諾數下降和展弦比的增加。因此，當螺旋槳槳葉增加后，其氣動效率的變化會隨螺旋槳整體槳盤載荷的不同而有所不同。
螺旋槳的扭轉分布
為了使螺旋槳在滿足貝茲最優環量的基礎上，在沿展向不同相對位置的各個截面都可以工作在高效率迎角區間內，需要基于螺旋槳的來流條件，對螺旋槳的扭轉角進行優化設計。螺旋槳的入流角沿槳根到槳尖有著明顯不同：當遠場來流速度U∞較小時，螺旋槳入流角φ沿翼展方向的變化較小；隨著U∞增加，入流角φ的變化范圍亦隨之增加。因此，對于不同的設計工況，螺旋槳槳根和槳尖的扭轉角度之差也有所不同。螺旋槳高速飛行時，槳根與槳尖的螺旋槳入流角差異比低速飛行時更大，故而高速的螺旋槳需要設計更大的總扭轉；類似的，低速飛行的螺旋槳則具有較小的總扭轉。
螺旋槳的翼型
螺旋槳槳葉截面(葉素)的翼型形狀是螺旋槳最關鍵的氣動設計參數之一。葉素的翼型決定了當氣流繞螺旋槳流動時的升阻比，并直接影響螺旋槳的效率。由于螺旋槳不同展向截面的速度由其旋轉速度和來流速度疊加而成，因而螺旋槳在沿弦長方向不同截面位置上的相對速度差異較大。在螺旋槳槳根區域，流動速度較低，一般為馬赫0~0.5：而在螺旋槳槳尖位置，流速可高達馬赫數0.9以上，部分對轉槳扇型號的槳尖速度甚至可以超過音速。
特點
船用螺旋槳一般來說，在同樣的槳面直徑，同樣的螺距比情況下，螺旋槳的葉數越多，推力越好，推進效率越高。螺旋槳因具有構造簡單、使用方便、效率等優點成為應用最廣的船舶推進器。
分類
在普通螺旋槳的基礎上，為了改善性能，更好地適應各種航行條件和充分利用主機功率，發展了以下幾種特種螺旋槳。
可調螺距螺旋槳
簡稱調距槳，可按需要調節螺距，充分發揮主機功率；提高推進效率,船倒退時可不改變主機旋轉方向。螺距是通過機械或液力操縱槳轂中的機構轉動各槳葉來調節的。調距槳對于槳葉負荷變化的適應性較好，在拖船和漁船上應用較多。對于一般運輸船舶，可使船-機-槳處于良好的匹配狀態。
導管螺旋槳
在普通螺旋槳外緣加裝一機翼形截面的圓形導管而成。此導管又稱柯氏導管。導管與船體固接的稱固定導管，導管被連接在轉動的舵桿上兼起舵葉作用的稱可轉導管。導管可提高螺旋槳的推進效率，這是因為導管內部流速高、壓力低,導管內外的壓力差在管壁上形成了附加推力；導管和螺旋槳葉間的間隙很小,限制了槳葉尖的繞流損失；導管可以減少螺旋槳后的尾流收縮，使能量損失減少。但導管螺旋槳的倒車性能較差。固定導管螺旋槳使船舶回轉直徑增大，可轉導管能改善船的回轉性能。導管螺旋槳多用于推船。
串列螺旋槳
將兩個或三個普通螺旋槳裝于同一軸上，以相同速度同向轉動。當螺旋槳直徑受限制時，它可加大槳葉面積，吸收較大功率，對減振或避免空泡有利。串列螺旋槳重量較大，槳軸伸出較長，增加了布置及安裝上的困難，應用較少。
對轉螺旋槳
將兩個普通螺旋槳一前一后分別裝于同心的內外兩軸上，以等速反方向旋轉。因可減小尾流旋轉損失，效率比單槳略高，但其軸系構造復雜，大船上還未應用。
發展
配套船舶使用的螺旋槳設計研究，在船舶技術發展的過程中比任何專業領域都做得多，未來螺旋槳產品也將遵循“節能現行，綠色引領”的新設計理念和發展方向。今后螺旋槳的發展應當以輕量化、節能降耗、減少環境污染、防腐蝕為主，根據不同的船舶使用工況和作用的需要，螺旋槳可以借鑒某些海洋動物皮膚等表面特性及身體特點進行設計和制造，以使其應用更適應未來綠色船舶工業。
飛機的螺旋槳包括兩片或多片槳葉和安裝槳葉的槳轂。按照螺旋槳的旋轉方向，螺旋槳分為左旋和右旋兩類。從駕駛室方向觀察，左旋螺旋槳按逆時針方向旋轉，右旋螺旋槳按順時針方向旋轉，絕大多數現代單引擎飛機的螺旋槳都是右旋的，例如塞斯納172飛機。螺旋槳主要由槳轂、變距機構（調節器）和槳葉等組成。一架飛機上的槳葉數目根據發動機的功率而定，有2葉、3葉和4葉的，也有5葉、6葉的，一般槳葉數目越多吸收功率越大。有時在大功率渦輪螺旋槳飛機上還采用一種套軸式螺旋槳，它實際上是兩個反向旋轉的螺旋槳，可以抵消反作用扭矩。槳葉好像一扭轉的細長機翼安裝在槳轂上，發動機軸與槳轂相連接并帶動它旋轉。槳葉包括前緣、后緣、槳(葉）根和槳(葉）尖。前緣是槳葉較厚的一側，后緣是槳葉較薄的一側；槳根是靠近螺旋槳中心較厚的部分；槳尖是槳葉距離槳轂最遠的部分。
領域
船舶領域
螺旋槳是船舶的主要推進方式之一，螺旋槳通常布置于船舶部，主要由槳葉和槳轂兩部分構成。由于船舶在水中運動時，會受到來自水和空氣的總阻力，螺旋槳的作用力與水流情況密切有關，依靠撥水向后來產生推力，從而推動船舶前進運動。螺旋槳與船體和主機構成一個復雜的聯動機構，船體是能量的需求者，螺旋槳是能量的轉換器，主機是能量的發生器，這三者之間的工作狀態及能量轉換相互關聯和牽制。
飛機領域
螺旋槳在飛機領域也有廣泛的應用。螺旋槳飛機，是指用空氣螺旋槳將發動機的功率轉化為推進力的飛機，其工作原理是：發動機做功驅動螺旋槳，通過螺旋槳的旋轉產生推力推動飛機向前運動，依靠飛機固定翼產生的升力使得飛機升空。螺旋槳飛機是固定翼飛機的一種。
參考資料 >
不同船用螺旋槳.四川科技館.2023-12-10
阿基米德教你如何讓水“從低處往高處流”.中國科學院高能物理研究所.2023-12-10
螺旋槳是什么時候發明的.鎮江中興船用設備有限公司.2023-12-10