螺旋桨电推进系统是临近空间低速飞行器的主要推进动力方式,其性能直接影响着临近空间飞行器长期区域驻空与巡航机动的能力。然而,临近空间螺旋桨电推进系统工作在低密度、高低温和低气压的大气环境中,其系统效率、可靠性、环境适应性等测试方法均与常规试验方法有所不同,尤其是临近空间大气密度与地面环境密度的巨大差异,使得地面常规试验无法完全反映出推进系统在临近空间工况下的真实性能。另一方面,目前对于临近空间螺旋桨电推进系统的优化设计方法研究通常是针对电机、螺旋桨部件以及二者的参数匹配,没有考虑不同功率单元数的推进方案对整个动力能源系统总重的影响,对于整个临近空间飞行器性能的提升非常有限。因此,针对以上两个方面的问题,本文围绕临近空间螺旋桨电推进系统的试验体系构建和优化方法研究两个方面,主要完成了以下研究工作:（1）针对临近空间螺旋桨电推进系统试验的难点,构建了基于多试验平台的临近空间推进系统试验体系。首先,给出了临近空间螺旋桨、电机和推进系统试验需要涵盖的测试项目,详细分析了临近空间高空低密度的大气环境和飞艇大跨高度宽速域工况导致的试验难点;然后,针对性地提出了以变海拔高度车载试验系统、地面通用负载模拟器以及临近空间飞艇搭载试验平台为核心的推进系统性能试验方法;并结合临近空间螺旋桨和电机的结构、环境适应性和可靠性等测试项目,最终构建了临近空间螺旋桨电推进系统试验体系。该试验体系不但能够为推进系统的设计方法提供基础数据,而且是实现临近空间飞行器工程化的重要保证。目前该试验体系获得了业内的一致认可,并应用于国内多家单位的临近空间飞行器推进系统的设计和研制项目中,取得了显著的效果。（2）针对临近空间螺旋桨低雷诺数高亚声速的气动特性的测试需求,分别搭建了全尺寸和缩比螺旋桨变海拔高度车载试验硬件系统,从而实现了高低空不同工况下的临近空间螺旋桨气动效率验证。首先,结合车载试验的功能需求,提出具备运载平台、试验平台和测控系统三部分的试验系统硬件结构组成;其次,分析了螺旋桨车载试验的干扰因素,针对全尺寸和缩比螺旋桨车载试验的不同特点,设计并校准了两种新型的螺旋桨测力天平,有效削弱了车载平台振动干扰的影响;然后,分别对系统三个组成部分的硬件进行了选型和设计,以Compact DAQ-9188测控终端作为测控中心,通过配置合适的数字和模拟I/O模块实现了车载试验的测量需求;最终系统地建立了全尺寸和缩比螺旋桨车载试验平台的整个硬件系统。（3）在基于虚拟仪器的Lab VIEW软件编译环境下,完成了螺旋桨车载试验系统的测控软件和数据处理软件的架构和设计。首先,结合车载试验对电机控制和数据采集的要求,构建了基于生产者/消费者设计模式的车载测控软件架构,并分别完成了电机伺服控制、多路数据采集、数据实时处理与试验数据存储模块的程序设计;然后,结合车载试验的步骤,布置了软件系统的运行流程,并设计了功能完备、模块分明的人机交互界面;最后,研究了一套针对螺旋桨车载试验的数据处理方法,包括有效数据段截取、粗大误差剔除和气动参数计算等,进而完成了基于事件驱动模式的数据处理软件架构和程序设计。（4）利用数值仿真和风洞实验分别对全尺寸和缩比螺旋桨车载试验系统进行了有效性验证,并应用于某型临近空间螺旋桨电推进系统的高低空性能测试。其中,通过全尺寸螺旋桨车载试验系统获得推进系统低空工况下的性能参数,通过缩比螺旋桨车载试验系统与电机地面负载模拟器试验相结合获得高空工况下的推进系统性能数据。试验结果表明,变海拔高度螺旋桨车载试验系统能够满足临近空间推进系统性能测试的需求,在具体的临近空间推进系统试验中发挥了良好的作用,可以为临近空间螺旋桨电推进系统的设计和研制提供有效的试验数据支持。（5）研究了临近空间复合材料螺旋桨气动效率和结构铺层设计方法,在此基础上发展了临近空间螺旋桨电推进系统的最佳功率单元优化设计方法。首先,通过螺旋桨动量叶素理论和结构有限元软件的二次开发研究了临近空间复合材料螺旋桨的气动外形和结构铺层设计方法;在此基础上,采用最优拉丁超立方抽样方法进行设计变量样本空间设计,并分别建立推进系统电机和螺旋桨部件的效率和重量的响应面近似模型;然后,结合桨机参数匹配,综合考虑飞艇的力、能源的平衡约束条件,构建了临近空间推进系统的最佳功率单元优化设计模型;最后,完成了某型临近空间飞艇的推进系统方案功率单元数、桨径、转速等参数的优化设计和权衡分析。设计结果表明采用最佳功率单元的推进方案,飞艇动力能源系统总重减小了7.2%,从而有效增加了飞艇的任务载荷量,间接提高了推进系统整体效率。