高空长航时无人机螺旋桨气动设计,对全机综合性能具有重要影响。但时,现有的螺旋桨设计,存在高速性能欠佳,飞行速度在偏离设计点时气动效率下降很快的问题,使得定距螺旋桨推进系统难以满足高空长航时无人机快速爬升和快速机动的设计要求。针对这一问题,本文将桨叶后掠的设计思想应用于螺旋桨桨叶气动设计,使得高空长航时无人机既能够低速巡航,又能够以较快速度进行机动和爬升。论文完成的研究工作主要包括如下几个方面:首先,发展了桨叶后掠螺旋桨的几何建模和参数化方法。本文提出了在保证桨叶表面积不变的前提下,分别从无后掠桨叶展长一半处将桨叶积叠线沿着叶素扭转角方向后掠的建模方法。这种建模方法能够保证桨叶在后掠的过程中不发生弯曲,避免了桨叶表面积不同以及桨叶弯曲对结果的影响。同时,为了寻找最优后掠角度,发展了桨叶后掠的参数化研究方法。按照上述方法生成了5个不同后掠角度的桨叶,为保证桨尖压缩性相同,要求5个不同后掠角度的桨叶具有相同的桨尖马赫数,并以此为条件确定各个螺旋桨的转速。其次,发展了针对桨叶后掠螺旋桨黏性绕流的CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟方法。为验证后掠桨叶减弱桨尖压缩效应的有效性,必须保证数值模拟方法能够精确捕捉桨尖激波。本文研究发现除网格密度外,不同湍流模型对激波的捕捉能力不尽相同,研究表明Realizable k-ε湍流模型具有较好的激波捕捉能力。此外,通过对比常用旋转机械数值模拟方法,确定了基于周期性边界条件的多参考系模型定常求解桨叶后掠螺旋桨黏性绕流问题的方法。最后,通过网格无关性验证以及数值计算结果和片条理论计算结果的校对,验证本文对于桨叶后掠螺旋桨黏性绕流CFD数值模拟方法的正确性。最后,研究揭示了定桨距螺旋桨在偏离设计点之后效率下降的原因,以及后掠角度对螺旋桨气动性能的影响规律同时揭示了桨叶后掠螺旋桨的流动机理。通过数值模拟,发现定桨距螺旋桨在偏离设计点之后效率下降的原因是由于来流速度增大导致桨叶攻角变小的缘故。通过不同后掠桨叶和无后掠桨叶螺旋桨计算结果的对比,发现后掠桨叶螺旋桨拉力更大,同时推迟了效率下降的发生。参数化研究结果表明最佳后掠角度为40°。通过对桨叶表面以及流场中压力云图的对比分析,发现后掠后桨尖三维效应使得吸力面负压核心区域向桨叶中部移动,减弱了桨尖压缩效应,且其气动性能主要受攻角变化、桨尖三维效应、桨尖激波强度、激波-附面层干扰四种因素影响。