北京邮电大学丁阳教授团队在最新研究中，首次揭示了一种名为“推进力反转”的物理现象。在特定条件下，螺旋桨无论正转还是反转，其驱动的物体都会向后退。研究团队通过实验和三维数值模拟发现，这一现象与流体中的雷诺数密切相关。当旋转的螺旋桨叶片与硅油作用时，会产生“离心吸入效应”和“后向流体加速效应”两种相互制约的力。在中等雷诺数下，离心吸入效应产生的后向吸力大于后向流体加速效应产生的向前升力，导致物体后退。这一发现为理解和优化推进系统提供了新的视角。
🔬 **推进力反转现象的发现**：北京邮电大学丁阳教授团队首次发现了“推进力反转”现象，即在特定情况下，螺旋桨无论正转还是反转，物体都会后退。这一突破性研究成果已发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，为流体动力学领域带来了新的认识。
🌊 **雷诺数是关键因素**：研究表明，该现象的发生与流体中的雷诺数密切相关。雷诺数是衡量流体惯性力与粘性力之比的无量纲参数。在高雷诺数下（如大型船只），惯性力占主导；在低雷诺数下（如细菌），粘性力占主导。而“推进力反转”发生在特定的中等雷诺数情境下。
⚖️ **两种力的相互作用**：在特定条件下，旋转的螺旋桨叶片与流体（实验中为硅油）相互作用，产生了两种主要效应。“离心吸入效应”使得螺旋桨将流体从尾部向前吸入，产生向后的反作用力；而“后向流体加速效应”则是螺旋桨叶片撞击流体，产生沿轴向向前的升力。在中等雷诺数下，前者产生的后向吸力大于后者产生的向前升力，从而导致物体后退。
💡 **潜在应用价值**：对“推进力反转”现象的深入理解，有助于改进现有推进系统的设计，尤其是在某些特定流体环境或操作条件下，可以避免或利用这一效应，从而提高推进效率，或者在特殊情况下实现反常的运动行为。
IT之家 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螺旋桨失灵现象，在特定情况下，无论螺旋桨是正转还是反转，物体都会后退。
团队将这种现象称为“推进力反转”，相关论文刊发在最新一期《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，已于北京时间 10 月 3 日上线。
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”。
雷诺数指的是游动体在流体中游动时所感受到的惯性力和粘性力的比值，它受流体性质与游动体尺寸的共同影响。像船这样的大型物体在水里运动时惯性力更大，此时处于高雷诺数情境；而微小的细菌在血液游动时粘性力成为主导，此时处于低雷诺数情境。
团队通过三维数值模拟发现，旋转的螺旋桨带动有倾斜角度的叶片与硅油相遇时，产生了两种互相“较劲”的效应 ——“离心吸入效应”与“后向流体加速效应”。前者指的是旋转的螺旋桨带动硅油转动，在螺旋桨附近形成负压区，这一负压区使得螺旋桨主要将尾部的硅油向前吸，形成向后吸引螺旋桨和潜艇的反作用力。后者指的是硅油被有角度的螺旋桨撞击形成一股向后的射流，产生一种沿着螺旋桨轴方向向前的升力，推动潜艇向前行进。
在中等雷诺数情境下，潜艇和螺旋桨承受向后的吸力会大于向前的升力，所以无论螺旋桨怎么转，潜艇都会后退。
IT之家附论文链接：
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2504153122
