今日，一项发表于著名期刊《美国国家科学院院刊》（PNAS）的研究揭示了一个令人惊讶的流体现象：在特定条件下，螺旋桨会出现推力反转——顺时针旋转的螺旋桨不仅不会使微型潜艇向前推进，反而会使其向后运动。这一发现观测并解释了这一反常现象，挑战了人们对螺旋桨推进机制的传统认知。该研究由北京邮电大学教授丁阳团队（包括北京计算科学研究中心博士生付蓉、北京师范大学博士生李思雨）完成。

一次幸运的偶然发现：从“慢下来”到“反着走”

研究起初并非直奔“推力反转”而来。团队原本试图通过增大液体粘稠度来减缓玩具潜艇的速度，以便更好地控制其运动。“我们往水里加了硅油，想让潜艇慢一点。”付蓉回忆，“不管发送前进还是后退指令，潜艇都一直在后退。”他们很快意识到，这并非设备故障，而是一个值得深究的物理现象。“从流体力学角度来说，加入硅油增大环境粘性，雷诺数变小，相当于把潜艇缩小1万倍，正对应的是毫米—亚毫米尺度的微型机器人在水中或血液中运动的情况”丁阳解释道。

北京邮电大学丁阳团队的实验设备

为什么会出现推力反转？

研究团队发现，在普通尺度下，螺旋桨通过向后推水产生向前的推力；而在毫米—亚毫米尺度下，螺旋桨旋转时，原本应该向后喷射的水流被偏折向四周，像一个小型离心水泵，把周围的液体往外甩开，反而在螺旋桨中心形成吸力，这种吸力把潜艇拉向反方向。

“就像螺旋桨在‘吸’着自己往后走，而不是‘推’着向前。”丁阳表示，“这种机制在普通尺度下几乎不存在，但在毫米尺度的运动中却变得非常重要。”

“推力反转”现象的原理，图中蓝色箭头表示水被被螺旋桨吸入和“甩”出的方向

研究成果带来哪些启示？

这一发现对微型医疗机器人、工业管道检测装置等应用或具有重要意义。这些微型设备通常只有毫米至亚毫米大小，在血液、粘液或狭窄管道中运动时，传统推进系统可能完全失效，甚至产生相反效果。

研究指出，通过调整螺旋桨与载体之间的距离、叶片形状等参数，可以有效抑制或利用这种离心吸力，未来或可设计出专门为毫米尺度环境优化的新型推进系统。

螺旋桨推进的微型机器人在血管里工作的设想画面

未来展望

研究团队表示，计划进一步探索毫米—亚毫米尺度下多种推进模式的作用机制，并尝试构建新的理论框架，为下一代微型推进系统的设计打下基础。