以螺旋桨为推进装置的高空长航时无人机高速前飞时,桨叶的桨尖区域受空气压缩效应影响严重,另外,低雷诺数环境下桨叶表面易产生分离泡,使螺旋桨气动性能受到很大影响。为了改善螺旋桨在低雷诺数下的气动性能,本文从减弱桨尖压缩效应的影响和改善桨叶表面气流流动状况两方面出发,分别提出了对原始桨叶的桨尖区域进行不同角度切角和在桨叶表面加装涡流发生器两种设计方案。论文主要工作内容如下:首先,选取合适的高空螺旋桨,根据桨叶具体参数创建其物理模型,对其进行数值仿真模拟计算,简要分析了螺旋桨气动性能下降的原因。在数值模拟过程中,依据不同湍流模型对螺旋桨桨尖区域的激波捕捉和对桨叶周围气流流动状况捕捉能力的强弱,选取Realizable k-ε湍流模型,此外,参照旋转机械常用计算模拟方法,选用多参考系模型将整个计算域划分为静止域和旋转域两个部分,为了简化计算模型,在多参考系模型的基础上应用周期性边界条件。为了保证数值模拟计算结果的准确性,将数值计算结果、片条理论计算结果和实验结果三者进行比较,结果表明本文所使用数值模拟方法的准确性符合计算要求。其次,针对螺旋桨在高速前飞状态下,桨尖区域受空气压缩效应影响严重的问题,对原始螺旋桨桨尖区域分别进行不同角度的切角,研究不同尖削角度对桨叶气动性能的影响,通过对比分析原始桨叶和尖削桨叶不同进距比下的桨尖区域压力分布情况以及拉力和效率变化情况,结果表明:通过对螺旋桨的桨尖区域进行一定角度的尖削,可以减弱桨尖压缩效应的影响,随着飞行速度的不断增加,桨叶产生的拉力不断下降,但尖削后的桨叶与原始桨叶相比拉力下降幅度较小,当桨叶尖削角度为70°时,螺旋桨高速性能最佳。最后,针对低雷诺数环境下螺旋桨表面易发生气流的分离的问题,采取在桨叶吸力面不同位置处加装涡流发生器,参照低雷诺数环境下为控制翼型表面气流分离所加装的涡流发生器尺寸大小,设置本文所应用的涡流发生器具体参数大小,并探究不同加装位置对螺旋桨气动性能的影响,通过对比加装涡流发生器前后的桨叶表面气流流动状况以及不同进距比下的拉力和效率变化情况,最终结果表明:加装涡流发生器可以有效控制桨叶表面气流分离,延缓气流分离的发生,进而改善了高空螺旋桨气动性能。