水空两栖无人机的研究处于起步阶段,目前绝大多数的水空两栖航行器均采用单个空气螺旋桨作为驱动模块,存在水中运行驱动效率低、推力小等问题。受限于水空两用螺旋桨设计没有完全适配的理论参考,且螺旋桨与电机匹配等问题也较难解决,现阶段水空两用驱动装置研究处于瓶颈。本文针对现有两栖无人航行器使用的螺旋桨在水空介质运行低效问题,本文围绕水空两用螺旋桨优化问题,提出一种水空两用螺旋桨设计方法,并对其进行相关的仿真和试验设计与研究。主要内容概述如下:（1）基于面元法理论,设计编写了螺旋桨动力性能预报程序,实现对螺旋桨水动力性能和空气动力性能的快速计算。并将预报程序应用于现有的商用螺旋桨,将程序计算结果与该桨的试验标定效率对比,对预报程序进行精确性验证。根据空气螺旋桨设计理论和船舶螺旋桨设计理论,确定了螺旋桨设计的基本参数,完成螺旋桨弦长变化、安装角变化模型构建、螺旋桨水空工况下设计进速系数选取。（2）设计了两种水空两用螺旋桨优化设计算法。第一种是基于线性加权法的水空两用螺旋桨优化算法,综合考虑水中运行工况、空气运行工况和水中进速系数波动的多工况。第二种算法是基于Pareto前沿和目标距离排序法的多目标优化算法,通过对两组双目标优化问题使用NSGA-II算法获得Pareto最优解,再使用目标距离排序法对四个目标函数的多目标优化问题进行快速求解。分别使用两种算法进行优化设计,并研究讨论了两种算法优化结果的特点与区别。对优化设计后的螺旋桨模型进行了CFD数值计算,分析对比CFD数值计算结果和螺旋桨动力性能预报程序计算结果。（3）完成了基于四旋翼无人机的空中试验平台的设计与搭建,实现了有来流的试验工况。提出了螺旋桨在一定进速系数工况下的动力特性参数实验推导方法,通过试验测量无人机匀速上升时间、电子调速器的占空比和锂电池的耗电量,推导出螺旋桨的推力、转矩和效率等重要的动力特性参数。最后将试验结果与面元理论计算程序的计算结果对比并进行研究讨论。设计了螺旋桨水动力特性测量平台,实现不同进速系数下螺旋桨的水动力性能测量。将每组试验工况得到的螺旋桨推力平均值与螺旋桨动力性能预报程序结果对比并进行研究讨论。（4）对两栖驱动系统的工作原理和机械结构进行设计,可针对运行工况调节螺旋桨总螺距以保证效率和推力,并通过转矩变换机构使电机在两种介质中的工作点均在最优效率点附近。对水空两用螺旋桨驱动系统进行了机械结构设计,硬件设计和原理样机的制作、搭建与调试。可以同时实现螺旋桨的螺距调节和输出转矩变换功能,并能保证螺旋桨和电机在水空工况下的工作点均在电机最大输出效率点附近。本文提出的水空两用螺旋桨设计方法和试验方法,可为现阶段的两栖航行器的螺旋桨驱动系统优化设计提供一定的参考。