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01 螺旋槳模型 螺旋槳是由INSEAN設計的7葉片螺旋槳型號E1619(如圖1)。

圖2 分布式電推進飛行器高性能螺旋槳混合設計流程框架之后，如下圖所示，以某最小誘導損失螺旋槳作為基準，通過等拉力約束條件下的螺旋槳氣動載荷分布優化，獲得益于下游機翼升阻特性的氣動載荷分布結果，然后以此為目標，反設計得到不同幾何尺寸約束下的新型高性能螺旋槳。

螺旋槳槳葉在氣動力及離心力的作用下會發生變形，另外空氣的壓力脈動及發動機輸出軸會造成螺旋槳振動。螺旋槳設計中不僅要分析其強度，還需要了解其動力特性，尤其是槳葉-槳轂-槳軸耦合動力特性。CAE可以求解其模態，并對其在相同激勵工況下的振動頻率響應進行分析。

[3] 左歲寒,楊永.螺旋槳滑流對帶后緣襟翼機翼氣動特性影響的數值分析[J].航空計算技術,2007(1):54-57.[4] 張小莉,張一帆.螺旋槳滑流對增升裝置氣動特性影響研究[J].航空計算技術,2011,41(4):1-3,7.

這種反經驗的現象看似奇怪，實際上卻恰恰反映了商業螺旋槳的固有特性，由于商業槳要面向大多數客戶，所以其性能必然處于中間狀態以適應大多數場景，因此也就意味著常規應用時，企業很難獲得螺旋槳的極限最優狀態。針對特定的應用場景，螺旋槳的定制優化是無人機平臺性能提升的必經之路。

早期飛機大多使用槳葉角固定不變的螺旋槳，它的結構簡單，但不能適應飛行速度變化。現代的螺旋槳飛機多采用槳葉角可調的變距螺旋槳，這種螺旋槳可根據飛行需要調整槳葉角，提高螺旋槳的工作效率。 由于螺旋槳在旋轉時，槳根和槳尖的圓周速度不同，為了保持槳葉各部分都處于最佳氣動力狀態，所以把槳根的槳葉角設計成最大，依次遞減，槳尖的槳葉角最小。

設三個螺旋槳拉力分別為T1，T2，T3，前螺旋槳向前傾轉角度為φ；飛行器氣動升力為L,氣動阻力為D；則整個無人機受力為 整個無人機對重心的受力矩為 式中：（X1,Y1），（X2,Y2），（X3,Y3）分別表示三個螺旋槳旋轉中心相對于無人機重心的坐標。 如圖12所示，無人機的螺旋槳傾轉過渡過程主要是在傾轉螺旋槳無人機的縱向對稱平面內完成[4]。

圖 2 氣動推進（FlightStream）、氣動聲學（FlightStream）和結構（NX Nastran）分析 特別是，使用Bernstein多項式對eVTOL螺旋槳進行幾何建模，將螺旋槳的橫截面數據提供給FlightStream組件橫截面（CCS）文件格式。

2.1 螺旋槳空化分布特性分析 采用CFD對上述推進器用的螺旋槳流場結構和水動力性能進行分析。

再者，當進速增大時，需要捕捉導管渦脫落等流動現象以精確評估導管的水動力特性，這相當于對大攻角水翼的仿真，而本文所用RANS方法難以勝任。但是，導管螺旋槳一般被設計用于重載工況（低進速系數），在重載工況下，推力較大、效率較高。在高進速系數下，導管的流動分離嚴重、效率較低、推力由正轉負（形成阻力）。因此相對來說，對重載工況的模擬是導管螺旋槳水動力性能研究的焦點，也是本文的焦點。

近年來，麻省理工學院（MIT）的林肯研究所發表聲明稱，環形螺旋槳具有低噪音和高效率的特性(1)。同年，日本航天局JAXA也證實了其獨特技術開發的低噪音螺旋槳“Looprop”有很好的靜音效果(2)。Sharrow Marine公司已經實現了船用環形螺旋槳的商業化，但無人機用環形螺旋槳目前仍在研究中。

02 完美的螺旋槳并不存在 了解螺旋槳的幾何形狀必須針對特定的“工作包線”進行優化，這關系到螺旋槳工作的流體或空氣的特性、轉速、前進速度和其他細節。

實驗測試結果來自于開放水域，在拖曳水池中螺旋槳恒定轉速為15轉每秒。通過改變入流速度來測試不同的推進系數（J），并測量每次運行時葉片的推力和扭矩。根據這些測量結果，確定開放水域特性，如推力系數（KT）、扭矩系數（KQ）和開放水域效率（η0）。

模擬一個帶螺旋槳推進器的飛機就是類似的情形，在TCFD中則可以較為方便的設置這些不同的區域及之間的連接。整個計算域被劃分成兩個部件——由機身和邊界框組成的靜止域、以及包含了螺旋槳的圓柱旋轉域。

螺旋槳唱音是潛艇低頻段(1~100Hz)噪聲的主要成分。頻譜特性是聲納識別目標和估計目標速度的依據。 ③ 螺旋槳噪聲方向性 船首和船尾方向比正橫方向輻射的噪聲小;在船首—船尾方向成30°角度內，指向性凹進去，船首方向比船尾方向凹進略多些。