节能船舶螺旋桨自主创新：绿色航运的核心动力

在全球航运业加速向绿色低碳转型的背景下，船舶节能减排已经成为行业发展的核心议题。据国际海事组织统计，航运业每年排放的二氧化碳超过10亿吨，占全球人为温室气体排放总量的约3%，如果不加以控制，到2050年航运业碳排放可能增长数倍。而船舶航行过程中，超过一半的能源消耗都用于驱动螺旋桨产生推力，因此通过自主创新研发节能船舶螺旋桨，不仅能够直接降低航运企业的运营成本，更对推动全行业低碳转型、实现双碳目标具有重要的战略意义。近年来，我国科研机构和创新团队在节能船舶螺旋桨领域持续发力，从结构优化到材料创新，取得了一系列具有自主知识产权的成果，为全球绿色航运发展贡献了中国方案。

一、航运减排倒逼节能螺旋桨技术升级

近年来，全球航运减排监管政策不断收紧，对船舶能效提出了强制性要求。2023年起，国际海事组织正式实施EEXI（现有船舶能效指数）和CII（船舶碳强度指标）新规，强制要求全球范围内的现有船舶满足最低能效标准，未达标的船舶将被限制航行。对于航运企业来说，要么对现有船舶进行改造升级，要么面临被淘汰出局的风险，而螺旋桨作为船舶推进系统的核心部件，其能效水平直接决定了船舶的整体油耗和碳排放，因此节能螺旋桨技术创新成为行业刚需。

传统船舶螺旋桨设计主要聚焦于推力大小和结构强度，对节能特性考虑不足。随着船龄增长，螺旋桨表面会出现腐蚀、海洋生物附着等问题，进一步增加了航行阻力，降低推进效率。数据显示，普通营运船舶航行5年后，螺旋桨表面污损可导致推进效率下降超过10%，燃油消耗增加8%以上。同时，传统螺旋桨工作时，桨叶叶背容易形成涡流低压区，产生较大的形状阻力，既限制了船舶航速，又造成了能源浪费。市场对高效节能螺旋桨的迫切需求，为我国科研团队开展自主创新提供了广阔的应用场景和动力。

我国作为全球**的造船国家和航运大国，拥有完整的船舶产业链，掌握节能船舶螺旋桨核心技术对保障产业链供应链安全至关重要。此前，高端节能螺旋桨的设计和制造技术长期被海外企业垄断，国内造船企业需要支付高额的专利许可费用。因此，推动节能船舶螺旋桨自主创新，实现核心技术自主可控，不仅能够降低造船成本，更能够提升我国船舶工业的整体竞争力，在全球绿色船舶产业链中占据制高点。

二、结构创新：从连通孔到新型导流罩的持续突破

我国科研人员对节能船舶螺旋桨的结构创新探索起步较早，早在上个世纪就有发明人针对传统螺旋桨的涡流阻力问题提出了创新性解决方案。专利CN200610049366.3公开的一种船用节能螺旋桨，通过在每一片桨叶上开设一个连接叶面和叶背的连通孔，让叶背涡流低压区和叶面高压区连通，平衡两个区域之间的压力差，从而减少甚至消除形状阻力。根据实船试验结果，同一艘船安装这种带连通孔的节能螺旋桨后，在相同主机转速下，航速比传统无连通孔螺旋桨提高约10%，节能效果十分显着，这也是我国较早拥有自主知识产权的船舶螺旋桨节能结构创新成果。

除了对螺旋桨本身结构进行优化，配套的能效提升装置创新也成为节能船舶螺旋桨自主创新的重要方向。江苏航运职业技术学院的创新团队针对传统螺旋桨导流罩存在的节能效率低、波浪环境适应性差、使用寿命短三大痛点，开展了持续的技术攻关。团队负责人华蓓蓓介绍，为了找到**方案，团队先后完成了700多次流体力学模拟计算和100多次实验，最终开发出全新结构的节能导流罩产品。

新型导流罩由导流叶片、根骨和罩体三部分组成，与传统平板结构不同，这款创新产品的所有部件都采用流线型设计，流线角度都经过严密的流体力学分析和优化，能够更好地梳理螺旋桨尾部流场，减少涡流损失，提高推进效率。同时，团队还在全国技术能手赵孔标的指导下，对曲面焊接工艺进行了改良，大幅提高了焊缝质量和使用寿命，解决了传统导流罩使用寿命短的痛点。目前项目团队已经申请了20多项知识产权，依托江苏完善的船舶产业优势加快推广应用，助力航运企业实现节能减排目标。

三、材料创新：仿生蒙皮实现螺旋桨减阻节能新突破

如果说结构创新是从力学层面提高螺旋桨推进效率，那么材料创新则从界面减阻的角度为节能船舶螺旋桨开辟了新的技术路径。近年来，中国科学院宁波材料技术与工程研究所团队在薛群基院士的布局下，深耕海洋表界面仿生减阻领域，成功开发出船用仿生蒙皮减阻节能技术，并在30万吨级超大型油轮上实现了全球首次实船应用，取得了令人振奋的节能效果。

大自然一直是人类科技创新的灵感源泉，海豚、鲨鱼等海洋哺乳动物在长期进化中形成了**的减阻特性，海豚之所以能够在水中快速游动，得益于其皮肤特殊的微结构、柔弹性以及能够持续分泌粘液的动态界面特性。研究人员介绍，对于人造材料来说，模仿海豚皮肤的表面微结构和柔弹性相对容易，但要实现类似海豚皮肤长期持续分泌粘液的特性则非常困难。为了攻克这一难题，宁波材料所王立平研究员和曾志翔研究员带领团队经过多年攻关，最终通过在固体有机物分子内部接枝高度柔性分子刷，成功研制出具有"类液态"特征的动态界面材料，再将这种材料与具有0.1-0.2毫米尺寸微结构的柔性材料耦合，制备出了真正具有仿海豚皮特征的仿生蒙皮材料。

这种仿生蒙皮材料敷设到螺旋桨表面后，能够有效降低螺旋桨与海水之间的剪切力，减少反推力对水的无效做功，从而提高螺旋桨的推进效率，降低燃油消耗。 2024年，首艘安装仿生蒙皮螺旋桨的30万吨级超大型油轮完成了3个航次、近200天、总里程超过3.5万海里的原油运输任务，航线覆盖中国沿海到中东各大港口，经受住了不同海域环境的考验。实船监测数据显示，敷设仿生蒙皮后，螺旋桨的实船油耗下降约2%。按照这个数据计算，一艘30万吨级超大型油轮每年可以节约燃油300吨以上，直接创造经济效益超过100万元，同时减少二氧化碳排放量900吨以上，经济和环境效益十分显着。

目前，这款具有自主知识产权的船用仿生柔性减阻材料已经取得了中国船级社的产品认证，完全满足《控制船舶有害防污底系统国际公约》的要求，具备了大规模推广应用的条件。宁波材料所团队正联合中远海运能源加快推动技术成果转化，未来有望将这项技术推广到远洋运输、内河航运等更多船舶领域，为更多营运船舶实现绿色低碳转型提供支撑。

四、自主创新案例解析：从实验室到实船的落地之路

宁波材料所的仿生蒙皮螺旋桨项目从基础研究到实船应用的过程，是我国节能船舶螺旋桨自主创新的典型范例。项目团队早在十多年前就开始布局表界面仿生滑移材料与海洋航体减阻方向的基础研究，当时国内在这一领域的研究还几乎处于空白，团队从海洋生物减阻机理入手，一步步探索人工合成仿生减阻材料的技术路线，期间攻克了分子接枝、材料稳定性、海洋环境耐久性等一系列技术难题，最终才开发出满足实船应用要求的仿生蒙皮产品。

在研发过程中，团队坚持产学研用相结合，早早便与中远海运能源开展联合攻关，让科研成果从实验室阶段就贴近产业实际需求。项目负责人介绍，在材料研发阶段，团队就充分考虑了海洋环境对材料的特殊要求：海水腐蚀、海洋生物附着、螺旋桨高速转动带来的磨损等，这些都是实验室研究中必须解决的实际问题。也正是因为坚持需求导向，这款产品才能在实船应用中一次性取得成功，各项性能指标都达到了设计预期。

江苏航院的新型导流罩项目则展现了青年创新团队在节能船舶螺旋桨领域的创新活力。项目灵感来源于团队成员对国际海事组织新规的关注，为了解决行业实际痛点，团队先后走访了50多家航运企业和船舶修造企业，深入调研传统导流罩在实际使用中存在的问题，在此基础上明确了技术攻关方向。这种从市场需求出发的创新模式，让项目成果从诞生之初就具备很强的实用性，目前已经获得了行业内的广泛关注，不少航运企业已经表达了合作意向。

从这些案例可以看出，我国节能船舶螺旋桨自主创新已经形成了从基础研究到应用开发，从高校院所到产业界协同创新的良好生态，不同类型的创新主体都能够在产业链不同环节发挥自身优势，推动技术成果快速落地转化，这也是我国能够在这一领域快速追赶并实现局部超越的重要原因。

五、自主创新面临的挑战与发展机遇

尽管我国在节能船舶螺旋桨领域已经取得了一系列自主创新成果，但整体来看，行业发展仍然面临一些挑战。首先，核心设计软件长期依赖进口，高端节能螺旋桨的设计需要专业的流体力学模拟软件，目前这类软件市场主要被海外企业占据，国内设计软件在计算精度和工程化应用方面仍然存在一定差距，一定程度上制约了我国节能螺旋桨的创新速度。其次，新产品推广应用存在一定的市场门槛，航运企业对新产品的安全性和可靠性要求极高，新的节能技术往往需要经过长时间的实船验证才能获得市场认可，很多中小企业难以承担漫长的验证周期和成本。

同时也应该看到，节能船舶螺旋桨自主创新面临着前所未有的历史机遇。政策层面，我国已经将绿色船舶技术纳入战略性新兴产业重点发展方向，出台了多项支持政策鼓励船舶节能减排技术研发和推广应用，对绿色船舶给予税收、补贴等多方面支持。市场层面，随着国际减排政策收紧，航运企业对节能技术的需求越来越迫切，越来越多的企业愿意投入资金进行船舶节能改造，据测算，全球现有船舶节能改造市场规模超过千亿美元，其中节能螺旋桨改造占据很大比例，这为我国自主创新技术成果提供了巨大的市场空间。

此外，我国造船产业规模全球**，每年新造船完工量占全球一半左右，庞大的本土产业优势为节能船舶螺旋桨自主创新提供了天然的试验场和应用市场，国内科研团队能够更加方便地与造船企业、航运企业开展合作，加快技术迭代速度。随着我国船舶工业整体向高端化、绿色化转型，对本土自主知识产权的节能技术需求会越来越高，这也会进一步推动更多资源投入到节能船舶螺旋桨创新领域，形成创新驱动发展的良性循环。

六、推动节能螺旋桨自主创新 助力绿色航运发展

推动节能船舶螺旋桨自主创新，需要政府、科研机构、产业界协同发力，构建更加完善的创新生态。一方面要加大对核心基础技术的支持力度，鼓励国内科研团队开展螺旋桨设计软件、核心材料、先进制造工艺等领域的攻关，尽快补齐产业链短板，实现核心技术自主可控。另一方面要完善创新成果推广应用的支持政策，对采用本土自主创新节能技术的船舶给予更多补贴，支持新技术开展实船试验验证，帮助创新产品更快获得市场认可。

对于企业和科研团队来说，要坚持需求导向的创新方向，紧紧围绕航运业绿色转型的实际需求开展技术攻关，不断提升自主创新成果的可靠性和经济性，让更多航运企业能够用得起、用得好国产节能螺旋桨技术。同时要加强知识产权布局，保护自主创新成果，积极参与国际竞争，推动中国节能螺旋桨技术走向全球，为全球航运减排贡献中国智慧。

从早期的结构创新到如今的仿生材料创新，我国节能船舶螺旋桨自主创新已经走过了数十年的历程，取得了令世界瞩目的成果。未来，随着更多创新资源的投入和产业链协同创新的深化，相信我国一定会诞生更多具有国际领先水平的节能船舶螺旋桨技术，推动我国从造船大国向造船强国跨越，为全球实现航运碳中和目标提供源源不断的创新动力。