螺旋槳，作為小型飛機、無人機、多旋翼機的重要動力部件，同飛機平臺性能密切相關。經(jīng)過上百年的發(fā)展，各類型航空類螺旋槳層出不窮，其性能也參差不齊。對于大多數(shù)無人機企業(yè)來說，開發(fā)新型號飛機時，只要和選定的發(fā)動機、電機相匹配，依靠經(jīng)驗確定大概的槳徑，槳距，然后選擇成熟廠家的系列產(chǎn)品槳即完成了螺旋槳的選型。然而螺旋槳和動力系統(tǒng)是無人機系統(tǒng)中極為重要的一環(huán)，其對整體效率的影響，甚至不弱于飛機機體的氣動影響。（有關動力系統(tǒng)優(yōu)化相關文章將于近期推出）

在傳統(tǒng)載人航空飛行器設計中，螺旋槳和動力系統(tǒng)的設計至關重要，通常針對特定型號飛機的飛行包線、發(fā)動機需要定制設計相應的螺旋槳，這樣才可保證最優(yōu)效率和性能。然而對于大多數(shù)無人機公司來說，無論是成本還是技術(shù)能力上考慮，實現(xiàn)針對特定型號飛機的螺旋槳定制化設計、制造非常困難。棲云科技憑借對氣動仿真技術(shù)的理解，近期推出了一套面向無人機企業(yè)的螺旋槳定制設計、制造服務。

眾所周知，計算流體力學模擬仿真技術(shù)在飛機、無人機設計上早已有了深入應用，在螺旋槳設計優(yōu)化上也屢見不鮮，可以很容易查到相關文章、論文，然而很少有成熟的商業(yè)應用方案。棲云基于已有研究基礎，結(jié)合CFD仿真工具和三維建模軟件開發(fā)出一套數(shù)字化、全自動的螺旋槳設計、優(yōu)化方法，極大減少了設計周期，降低了開發(fā)成本。

首先，采用三維軟件對螺旋槳進行參數(shù)化建模，將關鍵參數(shù)如槳距角、弦長等進行參數(shù)化；其次，將三維軟件和CFD仿真軟件進行交互，以參數(shù)化形式交換螺旋槳數(shù)據(jù)。數(shù)字化后的螺旋槳三維模型自動進行數(shù)值仿真，反饋結(jié)果后重新調(diào)整三維模型自動重建，輸入仿真軟件進行二次計算，如此迭代反復。最后，依靠遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡等優(yōu)化算法獲得最優(yōu)的螺旋槳幾何參數(shù)。整個過程自動完成，來流、槳距角等關鍵參數(shù)自動尋優(yōu)。

螺旋槳的三維模型參數(shù)化（動圖）

以下圖片記錄了基于CFD（計算流體力學）數(shù)值仿真技術(shù)優(yōu)化螺旋槳的過程：

根據(jù)以上過程和優(yōu)化方法，對某款32寸商業(yè)多旋翼用螺旋槳進行了仿真優(yōu)化，最終在特定拉力下，得到了槳效率提升8.5%的效果，如下表所示。

用于優(yōu)化的商業(yè)螺旋槳模型

仿真結(jié)果-翼尖渦

此外，多旋翼槳葉應用環(huán)境特殊，由于無來流，葉素工作面所處的雷諾數(shù)較低，對CFD計算的要求較高。另外，槳葉翼型仍然有優(yōu)化空間，針對不同半徑位置可對翼型進一步優(yōu)化以提高效率。

本文僅對依靠數(shù)值仿真技術(shù)的螺旋槳優(yōu)化過程進行了介紹，未來一段時間內(nèi)將持續(xù)更新與CFD數(shù)值仿真技術(shù)、螺旋槳優(yōu)化和氣動布局優(yōu)化的系列文章，包括翼尖小梢作用、共軸反槳螺旋槳的優(yōu)化、固定翼螺旋槳的優(yōu)化、常見靜態(tài)螺旋槳測試平臺的問題等文章，敬請瀏覽，點贊，分享。