直升机旋翼转速的变化将对直升机的飞行性能和动力学特性产生重要的影响。为了提高直升机的性能,旋翼转速优化的应用是当前国内外的一个研究热点。通过理论分析表明,合理地改变直升机旋翼的转速,可以有效地降低直升机工作过程中的需用功率。而旋翼转速的改变,会极大地增加旋翼结构动力学的复杂程度,这将对旋翼桨叶和桨毂的设计提出更高的要求。本文探索了变转速刚性旋翼系统的结构设计,设计了具有高刚度、轻质量的模型桨叶,以及刚性无铰式模型桨毂。模型桨叶采用变翼型、变弦长、带负扭,带尖削的几何外形,内部结构设计采用了碳纤维加玻璃纤维蒙皮、碳纤维“C型”大梁、碳纤维后缘条等构型。无铰式刚性旋翼桨毂以桨毂中央件承受离心力载荷和弯矩载荷,并设计了桨毂柔性片来增加桨毂挥舞方向的弯曲刚度,并对模型旋翼系统进行了强度、刚度的校核,进行优化设计。最后将模型旋翼加工出来以进行变转速刚性旋翼性能及振动载荷试验研究。本文开展了多风速、多转速、多拉力载荷的风洞试验。通过六分量天平和应变片测量了模型旋翼的桨毂载荷以及小拉杆、柔性片上的载荷,并结合理论知识对试验中测量载荷的变化规律进行了分析。此外,本文通过旋翼气弹综合模型,分析了旋翼模型桨叶的剖面载荷,分析其规律,为变转速刚性旋翼振动载荷的进一步研究打下基础。