磁悬浮旋翼是磁悬浮原理在飞行器旋翼上的一种新的应用。2018年中国直升机研究所首先提出将磁悬浮支承原理利用到旋翼机桨叶支承上,并联合来武汉理工大学磁悬浮课题组对磁悬浮旋翼进行了初步研究。当飞行器旋翼采用磁悬浮外缘支承时,可以极大减小旋翼桨叶的浆尖涡,排除高速旋转时浆尖挥舞的问题,进而提升浆尖利用率,从而在相同的螺旋桨径向尺寸下获得更大的升力,而传统机械轴承无法承受旋翼桨叶高速旋转时外缘的线速度,因此只能采用非接触式的磁悬浮支承。同时由于磁悬浮支承的无摩擦,刚度、阻尼可调等特点,降低了磁悬浮旋翼的振动噪音,提高了其隐蔽性。本文首先参考前人提出的两种将磁悬浮技术运用于旋翼机外缘支承方案,针对实际旋翼的性能要求对旋翼的磁悬浮支承进行了详细设计,然后对磁悬浮旋翼的磁悬浮支承进行了动力学建模,并针对前人研究中提出的问题:磁悬浮旋翼中盘式电机的驱动磁场对磁悬浮支承系统的支承磁场会产生影响进而导致磁悬浮支承失效,进行了理论、仿真以及实验研究,结合研究结果提出磁悬浮旋翼设计的几项准则。最后通过样机实验,验证了磁悬浮支承对旋翼浆尖升力利用率的提高,表明将磁悬浮技术应用于旋翼的研究是成功的。本文的主要研究内容如下:(1)根据磁悬浮轴承原理设计磁悬浮旋翼的电磁支承结构。提出三套磁悬浮支承方案,参考磁悬浮轴承的设计过程以及旋翼机设计相关原理,对各方案磁悬浮旋翼转子轴向和径向支承进行了参数设计,然后对EMS轴向电磁支承建立了其动力学模型,分析了其支承结构的刚度。并对磁悬浮旋翼的驱动部分(包括盘式电机以及旋翼桨叶)进行了分析和选型。最后分析了电磁力变化与磁悬浮支承总质量的关系。(2)针对设计的磁悬浮支承方案以及选择的盘式电机型号,首先通过理论解析分析了磁悬浮旋翼的这两个主要部分各自的磁场特性,包括各自的磁路走向以及磁密分布等,并运用有限元分析软件,结合设计的具体参数,对磁悬浮支承部分以及盘式电机分别进行了磁场数值仿真分析以验证理论部分的正确性。然后结合上面对二者磁场的理论分析,研究了盘式电机驱动磁场分别对EMS电磁支承以及EDS电动支承的影响,获得了驱动磁场对磁悬浮支承磁场影响程度的关键结构参数,通过有限元仿真分析了该关键结构参数变化时盘式电机驱动磁场对磁悬浮支承磁场的影响程度变化情况,最后结合matlab对其相互影响的曲线进行了二项式拟合,获得关键结构参数的临界值。(3)依据设计的磁悬浮旋翼EMS轴向支承以及EMS径向支承结构,搭建了磁悬浮旋翼EMS电磁支承特性原理性实验平台,进行了EMS轴向差动悬浮实验以及EMS径向等效悬浮实验。通过实验验证了理论分析以及仿真分析所得到的关键临界尺寸。结合盘式电机对磁悬浮支承的两大影响因素:盘式电机驱动磁场峰值以及盘式电机单边力,对磁悬浮支承部分提出了相应的设计准则。(4)通过磁悬浮旋翼的样机,初步测试了采用磁悬浮支承以及不采用磁悬浮支承情况下的旋翼升力。结果表明,当采用磁悬浮支承时,旋翼的升力会得到一定的提升,验证了磁悬浮支承在旋翼上应用的可行性。