太阳能无人机作为一种将太阳辐射能转化为推进能源的飞行器,理论上能够实现长时间巡航飞行,在地质测绘、通信侦查等应用领域具有广阔的发展潜力。螺旋桨是太阳能无人机产生动力的主要部件,设计适用于太阳能无人机的高效螺旋桨,对提高太阳能无人机载重、续航等性能具有重要意义。本文围绕某型太阳能无人机,开展了螺旋桨理论设计、数值计算、加工制作和风洞试验等工作。此外,结合太阳能无人机采用螺旋桨分布式布局的特点,本文后续参考所提出的螺旋桨设计方法,从螺旋桨理论设计角度,进行太阳能无人机螺旋桨滑流的影响研究。本文具体研究工作包括以下几个方面:首先,围绕某型太阳能无人机,进行高效螺旋桨理论设计工作。在对现有螺旋桨设计理论梳理总结的基础上,结合该型太阳能无人机的飞行工况和飞行跨度曲线,提出一种适用于太阳能无人机的定距螺旋桨设计方法,并基于该方法完成螺旋桨设计与建模工作。其次,利用CFD数值计算与风洞试验方法对设计螺旋桨性能进行验证。在数值计算阶段,开展计算方法验证和网格无关性验证工作,研究表明基于MRF法使用SST k-w两方程湍流模型可以有效计算螺旋桨性能参数,采用桨叶面网格尺寸5mm、体网格数量405万的网格划分形式可以减小网格因素对计算结果的影响;最后基于验证的数值计算方法和网格划分形式,计算得到设计螺旋桨在不同设计点附近的拉力、扭矩等性能参数;完成CFD计算的初步验证之后,进行螺旋桨试制与风洞试验。数值计算和风洞试验结果对比表明:设计螺旋桨CFD数值计算与风洞试验的效率误差保持在5.3%以内,CFD计算结果可信度高,螺旋桨在三个设计点附近最大效率值分别达到70.1%、73.2%和73.9%。在功率范围内,本文设计的螺旋桨性能较为理想,所提出的螺旋桨设计方法合理,对未来太阳能无人机高效螺旋桨设计具有一定的参考价值。最后,参考提出的螺旋桨设计方法,完成三款基于不同拉力分布形式的太阳能无人机螺旋桨设计;在简化的太阳能无人机构型中,运用CFD数值计算进行不同螺旋桨滑流研究。结果分析表明:螺旋桨滑流可以通过调节桨叶拉力沿径向的分布进行控制,其中采用拉力分布缓和设计的螺旋桨虽然自身效率有所下降,但是其产生的滑流能够提高后方机翼的气动性能。