技术突破 | 面向吨级货运无人机的中大型复合材料螺旋桨

发布时间：

2025-03-17

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近年来，低空经济作为经济发展的新兴引擎，已然站在国家战略与地方实践的交汇点。作为新质生产力的重要载体，低空经济的核心价值在于通过技术创新驱动产业链向深度数字化、智能化转型。其中，中大型无人机等前沿技术装备的规模化应用，不仅显著提升了生产效率，更催生了新型经济业态。在此背景下，发展低空经济不仅是把握时代机遇、实现产业能级跃升的核心战略抓手，也为南昌市构建现代产业新体系提供了关键的增长点与动力源。

当前，我国吨级货运无人机领域在螺旋桨技术上面临高推重比与轻量化设计矛盾、气动特性制约、能耗经济性不足等核心技术瓶颈，严重制约了飞行效能与商业应用潜力。针对这一技术挑战，北京大学南昌创新研究院（以下简称“北大南昌院”）技术团队开展了航空器零部件的系统性研发工作。通过构建“正向研发-适航审定-集成验证"三位一体的研发体系，在推进系统拓扑优化、复杂工况气动补偿、航电系统能量管理等领域实现关键技术突破，形成覆盖总体设计、适航审定、总装集成、运维保障的全流程技术支撑体系，显著提升了货运无人机技术成熟度与产业化可行性。

本项目聚焦吨级货运无人机动力系统升级需求，基于复合材料结构优化设计与先进制造技术，开展核心部件研发。针对传统螺旋桨推重比低、气动效能不足等问题，重点突破高推重比、高能效的先进复合材料螺旋桨系统开发，通过新型翼型构型设计，显著提升推进系统能量转化效率与服役可靠性，为突破无人机有效载荷-航程性能边界提供关键技术支撑。

01 复合材料螺旋桨桨叶的技术突破与应用

中大型无人机螺旋桨采用夹层结构复合材料制造工艺，其桨叶蒙皮采用三维编织技术成型，有效维持了气动外形并提升抗冲击性能。主承力梁结构选用高性能碳纤维复合材料，负责承载桨叶离心力和气动弯矩，同时在桨根处采用倒楔形设计，确保桨叶在高速旋转和振动工况下的结构稳定性。在气动设计方面，螺旋桨选用优化翼型设计和后掠气动布局，满足了高效率、低噪声的性能需求。内部填充高密度泡沫芯材为蒙皮提供可靠支撑，同时配备防冰和防雷击装置系统。桨根部位通过滚珠+轴承与桨毂连接，为变距、定距调节以及桨叶安装维护提供了极大便利，显著提升了系统的可维护性和使用寿命。

相较于传统金属螺旋桨叶片，该复合材料螺旋桨叶片设计在多个关键性能指标上实现了显著提升，包括减重效率、推进效率、耐腐蚀性以及降噪性能等。此外，还具有易安装、高耐疲劳性等优势，进一步增强了其在实际应用中的可靠性。

目前，研究团队已完成复合材料螺旋桨叶片DEMO产品的研发与制造，并通过一系列实验验证了其结构设计和制造工艺的可行性。

02 空中可调自动变距桨毂

本项目还重点开展了复合材料桨叶配套桨毂的轻量化设计与制造技术研究。桨毂主体结构采用高强度铝合金精密加工而成，并选用电动变距的方式，使得桨毂内部可对变距结构的空间进行优化设计，变距机构创新性地采用丝杆与滑块形式，可实现四叶桨同时变距，确保了变距精度和系统可靠性。在桨叶与桨毂的连接方面，采用了燕尾榫自锁结构设计，便于后续的安装与维护操作。