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随着旋翼式飞行器在各个领域的广泛应用,旋翼的空间结构布局也朝着更加紧凑的方向发展。本文选取微型共轴式双旋翼飞行器为研究对象,从空气动力学角度定性分析低雷诺数下粘性效应和翼间干扰对旋翼气动性能的影响,将数值模拟和试验研究结果互为验证,对旋翼系统重要的气动参数进行优化,从而得到较优的气动布局方案,并为旋翼式飞行器的优化提供一定的理论基础和相关试验数据。基于旋翼成熟的气动性能分析理论,利用修正的动量-叶素法对低雷诺数下计入粘性效应的旋翼气动性能进行了理论计算,并得到相关理论计算公式。同时明确了粘性效应对翼型气动特性的影响,并建立了悬停和自然来流状态下空气动力学模型,定性地分析了翼间气动干扰。建立了一套针对微型旋翼流场特性分析的数值模拟方法,主要得到翼型的升阻力系数以及桨尖压强、流线和速度矢量分布等,分析了翼型升阻特性和旋翼流场在低雷诺数下的分布特点。此外,搭建了微型单旋翼气动性能测试试验台,将所得试验数据与模拟结果进行对比,验证了模拟方法和试验台的准确性和可靠性。在微型单旋翼性能测试装置的基础上进行改进,搭建微型共轴旋翼气动特性测试试验台,得到不同间距和转速下的旋翼拉力和功耗,试验测量误差均小于2%。同时,利用验证有效的数值模拟方法,细致分析了间距比对流场分布的影响。综合试验数据和模拟分析的结果,初步得出微型共轴双旋翼的最佳气动布局。此外,为了测试共轴双旋翼的来流抗风扰性能,对比无来流的状态,选取自然环境中典型的二级风和三级风,利用低速风洞进行来流吹风试验,结合数值模拟结果综合分析来流速度和方向对旋翼气动特性的影响,得出改善旋翼系统气动性能的方法,初步探索微型共轴旋翼系统的抗风扰能力。研究结果表明:(1)本文采用的翼型具有较好的升阻比和悬停性能;(2)翼型在低雷诺数工作环境中的气动性能下降;(3)间距比h/r=0.38为共轴双旋翼最佳气动布局,随着间距比增大,共轴拉力和功耗均降低并逐渐与间距大小无关;(4)共轴双旋翼在低转速下具有较高的功率载荷;(5)上旋翼对共轴双旋翼总拉力的贡献大于下旋翼;(6)在竖直来流环境中,共轴双旋翼的气动性能下降,随来流速度增大性能下降加剧,而在水平来流环境中具有较好的抗风扰性能,其气动性能随来流速度增大得到提高。