北邮团队首次发现水下螺旋桨推进力反转现象，正转反转物体均后退。
10月4日消息，据科技日报报道，北京邮电大学物理科学与技术学院丁阳教授团队首次发现了一种被称为“螺旋桨失灵”的现象，在特定条件下，无论螺旋桨是正转还是反转，物体都会出现后退的情况。 这一发现揭示了流体力学中一些尚未被充分理解的现象，可能对飞行器设计、水下推进系统等领域产生重要影响。从科学角度来看，这种反直觉的现象挑战了我们对动力装置基本工作原理的认知，也提醒我们在面对复杂物理系统时，仍有许多未知领域等待探索。
团队将这一现象称为“推进力反转”，相关研究成果发表于最新一期《美国国家科学院院刊》（PNAS），已于北京时间10月3日在线发布。
历经多轮实验并完成三维数值模拟后，团队确认，这一现象是雷诺数在“作怪”。
雷诺数是描述物体在流体中运动时，惯性力与粘性力之间比例的一个重要参数，它受到流体性质和物体尺寸的影响。例如，大型船只在水中航行时，由于体积庞大，惯性力占主导地位，因此处于高雷诺数的流动状态；而像细菌这样微小的生物在血液中移动时，由于尺寸极小，粘性力更为显著，此时则处于低雷诺数的环境。 从这一角度来看，不同尺度的物体在流体中的运动方式存在本质差异。高雷诺数下的运动更接近我们日常观察到的流体力学现象，而低雷诺数环境则展现出截然不同的物理特性，这对理解生物运动机制以及设计微型机器人等技术应用都具有重要意义。
团队通过三维数值模拟发现，当旋转的螺旋桨以一定倾斜角度与硅油接触时，会产生两种相互对抗的流体效应——“离心吸入效应”与“后向流体加速效应”。前者表现为螺旋桨在旋转过程中带动硅油运动，在螺旋桨附近形成负压区，从而将尾部的硅油向前吸入，产生一种向后的拉力，对潜艇形成反作用力。后者则是由于硅油受到带有倾斜角度的螺旋桨撞击，形成一股向后的射流，进而沿着螺旋桨轴方向产生向前的推力，推动潜艇前进。 从技术角度来看，这两种效应的共存揭示了流体力学在推进系统设计中的复杂性。这一发现不仅有助于理解螺旋桨与高粘度液体之间的相互作用机制，也为未来潜艇或水下设备的推进方式提供了新的研究方向。在实际应用中，如何平衡这两种效应，将是优化推进效率的关键。
在中等雷诺数条件下，潜艇和螺旋桨所受到的向后吸力会超过向前的升力，因此无论螺旋桨如何转动，潜艇都会产生向后的运动。
附论文链接：
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2504153122
