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第1章 概述1

1.1与多旋翼无人机相关的基本概念1

1.1.1基本的物理概念和定律1

1.1.2系统论的基本概念4

1.1.3控制论的基本概念5

1.2多旋翼无人机系统的基本概念6

1.2.1多旋翼无人机的定义6

1.2.2多旋翼无人机系统及其飞行机组8

1.3多旋翼无人机的构型、用途及分类10

1.3.1多旋翼无人机的构型和用途10

1.3.2多旋翼无人机的分类12

1.4多旋翼无人机的发展历程和市场前景14

1.4.1多旋翼无人机的发展历程14

1.4.2多旋翼无人机市场17

1.4.3多旋翼无人机的典型案例19

1.5民用多旋翼无人机飞行管理23

1.5.1航空空域的划分23

1.5.2与民用多旋翼无人机飞行相关的法律问题25

1.5.3民用多旋翼无人机飞行管理文件27

本章小结28

习题29

第2章 多旋翼无人机的飞行原理和翼型设计30

2.1多旋翼无人机的飞行原理和控制方式30

2.1.1多旋翼无人机的飞行原理30

2.1.2多旋翼无人机的飞行控制32

2.2多旋翼无人机的特点和对比分析35

2.2.1多旋翼无人机的特点35

2.2.2多旋翼无人机的对比分析36

2.3翼型的几何参数和主要类型38

2.3.1翼型的定义和几何参数38

2.3.2空气在翼型表面的流动和压力分布40

2.3.3翼型的主要类型41

2.4翼型空气动力特性和影响因素42

2.4.1翼型空气动力特性43

2.4.2影响翼型空气动力的因素46

2.4.3翼型的选择49

2.5多旋翼无人机飞行速度受限的原因和翼型设计50

2.5.1多旋翼无人机飞行速度受限的主要原因50

2.5.2多旋翼无人机桨叶翼型设计51

本章小结55

习题56

第3章 DIY 4旋翼无人机组装57

3.1 DIY多旋翼无人机的基本概念57

3.1.1 DIY精神和DIY多旋翼无人机的定义57

3.1.2 4旋翼无人机的组成和DIY步骤58

3.2 DIY4旋翼无人机部件的要求和选择60

3.2.1 DIY4旋翼无人机部件的要求60

3.2.2 DIY 4旋翼无人机机架、旋翼与动力装置的选择61

3.2.3 DIY4旋翼无人机自动驾驶仪的选择66

3.2.4 DIY 4旋翼无人机传感器的类型71

3.2.5 DIY 4旋翼无人机遥控系统的选择75

3.3 DIY 4旋翼无人机的组装78

3.3.1 DIY4旋翼无人机组装前的准备工作78

3.3.2 DIY4旋翼无人机自制或组装机架79

3.3.3 DIY4旋翼无人机整体组装前的准备81

3.3.4 DIY 4旋翼无人机的整体组装82

3.4 DIY4旋翼无人机的调试84

3.4.1 DIY 4旋翼无人机无桨调试84

3.4.2 DIY 4旋翼无人机有桨调试85

3.5 DIY 4旋翼无人机的操作练习87

3.5.1飞行前的检查工作88

3.5.2 DIY 4旋翼无人机基本操作练习88

3.5.3 DIY 4旋翼无人机日常飞行练习91

3.5.4航模模拟器92

3.6民用飞机的适航管理93

本章小结94

习题94

第4章 多旋翼无人机动力装置96

4.1多旋翼无人机动力装置的基本概念96

4.1.1多旋翼无人机发动机的分类、功用和要求96

4.1.2多旋翼无人机动力装置的组成97

4.2直流电动机98

4.2.1直流电动机的基本概念98

4.2.2无刷直流电机99

4.2.3有刷直流电机101

4.2.4空心杯电机103

4.3航空活塞式发动机104

4.3.1航空活塞式发动机的类型和结构104

4.3.2航空活塞式发动机的工作系统和原理107

4.3.3旋转活塞式发动机109

4.3.4航空活塞式发动机的工作特性110

4.4涡轮轴发动机111

4.4.1涡轮轴发动机的分类和工作原理111

4.4.2涡轮轴发动机的基本结构112

4.4.3涡轮轴发动机的工作特性114

4.4.4多旋翼无人机燃油发动机不同类型的比较114

4.5多旋翼无人机燃油系统和滑油系统116

4.5.1多旋翼无人机燃油系统116

4.5.2多旋翼无人机滑油系统119

4.6多旋翼无人机传动系统122

4.6.1多旋翼无人机传动系统的结构和部件122

4.6.2多旋翼无人机传动系统的动力学和临界转速126

4.6.3旋翼/动力/传动系统的动力学问题127

本章小结128

习题129

第5章 多旋翼无人机空气动力学130

5.1旋翼飞行器空气动力学的基本概念130

5.1.1空气动力学的基本概念130

5.1.2旋翼飞行器空气动力学的定义、内容和工具131

5.2旋翼的几何参数和工作原理132

5.2.1旋翼的功用和几何参数132

5.2.2旋翼参数的无因次化134

5.2.3旋翼的工作原理135

5.3旋翼动量理论的基础知识137

5.3.1垂直飞行的动量理论137

5.3.2前飞时的动量理论139

5.4旋翼叶素理论的基础知识140

5.4.1垂直飞行的叶素理论140

5.4.2前飞时的叶素理论143

5.5旋翼经典涡流理论的基础知识144

5.5.1垂直飞行的经典涡流理论145

5.5.2前飞时的经典涡流理论147

5.6旋翼现代涡流理论的基础知识149

5.6.1悬停时旋翼自由尾迹分析149

5.6.2前飞时旋翼自由尾迹分析151

5.7旋翼CFD理论基础知识154

5.7.1计算流体力学的定义和特点154

5.7.2旋翼流场的控制方程155

5.7.3控制方程的离散化方法157

本章小结160

习题161

第6章 多旋翼无人机结构动力学162

6.1多旋翼无人机结构动力学的基本概念162

6.1.1多旋翼无人机结构动力学的定义和特点162

6.1.2多旋翼无人机结构动力学的研究方法和模型164

6.1.3多旋翼无人机振动的类型165

6.1.4简谐振动与谐波分析167

6.1.5单自由度系统的自由振动168

6.2多旋翼无人机旋翼结构动力学分析170

6.2.1旋翼的结构形式170

6.2.2多旋翼无人机的旋翼桨叶振动172

6.2.3多旋翼无人机旋翼整体振型178

6.3多旋翼无人机传动系统结构的动力学分析180

6.3.1多旋翼无人机传动轴的临界转速180

6.3.2多旋翼无人机传动系统的扭转振动182

6.4多旋翼无人机机体结构动力学分析185

6.4.1多旋翼无人机机体结构的类型和特点185

6.4.2多旋翼无人机机体结构动力学的研究方法186

6.4.3多旋翼无人机机体动力学有限元分析187

本章小结189

习题190

第7章 多旋翼无人机气动弹性力学192

7.1多旋翼无人机气动弹性力学的基本概念192

7.1.1多旋翼无人机气动弹性力学的定义和特点192

7.1.2非定常气动力基础195

7.1.3非定常气动力计算的常用方法201

7.2旋翼桨叶运动自由度之间的耦合204

7.2.1旋翼桨叶运动自由度耦合的基本概念204

7.2.2旋翼桨叶运动自由度耦合的主要形态205

7.3多旋翼无人机旋翼气动弹性静力学208

7.3.1旋翼气动弹性静力学的基本概念208

7.3.2旋翼桨叶发散的基本原理和临界速度209

7.4多旋翼无人机旋翼气动弹性动力学212

7.4.1旋翼桨叶颤振的基本概念212

7.4.2旋翼桨叶的经典颤振213

7.4.3旋翼桨叶的失速颤振215

7.4.4旋翼桨叶其他类型的耦合稳定性分析216

7.5多旋翼无人机旋翼与机体耦合气动弹性稳定性218

7.5.1旋翼—机体耦合系统的动不稳定性218

7.5.2旋翼—机体耦合振动系统分析219

本章小结221

习题222

第8章 多旋翼无人机飞行控制技术223

8.1多旋翼无人机飞行控制系统的基本概念223

8.1.1多旋翼无人系统的基本概念223

8.1.2多旋翼无人机飞行控制的基本概念225

8.2多旋翼无人机飞行姿态的数学表示227

8.2.1坐标系统与欧拉角227

8.2.2旋转矩阵表示方法229

8.2.3四元数表示方法231

8.2.4多旋翼无人机姿态表示方法的比较233

8.3多旋翼无人机飞行动力学建模234

8.3.1建模假设和模型结构234

8.3.2多旋翼无人机刚体运动学模型和动力学模型235

8.3.3多旋翼无人机控制分配模型236

8.3.4多旋翼无人机飞行控制通道和线性简化模型237

8.4多旋翼无人机PID控制和卡尔曼滤波238

8.4.1 PID控制的基本概念238

8.4.2 PID参数调试241

8.4.3卡尔曼滤波器244

8.5多旋翼无人机的自动飞行控制246

8.5.1飞行控制系统的总体结构和分层结构246

8.5.2多旋翼无人机位置控制247

8.5.3多旋翼无人机姿态控制250

8.5.4多旋翼无人机控制分配251

8.5.5多旋翼无人机动力控制253

本章小结254

习题254

第9章 多旋翼无人机总体设计256

9.1多旋翼无人机设计的基本概念256

9.1.1 多旋翼无人机研制流程和设计定义256

9.1.2多旋翼无人机设计的重要性、设计要求和原则257

9.1.3多旋翼无人机设计任务和工作要求260

9.2多旋翼无人机总体设计及后续过程260

9.2.1多旋翼无人机总体设计定义和概念设计261

9.2.2多旋翼无人机初步设计和总体设计特点262

9.2.3多旋翼无人机详细设计、设计定型和生产定型263

9.3多旋翼无人机的类型分析与选择265

9.3.1多旋翼无人机的类型分析265

9.3.2多旋翼无人机类型的选择270

9.4多旋翼无人机总体参数的分析与选择273

9.4.1多旋翼无人机旋翼参数的分析与选择273

9.4.2多旋翼无人机重量与动力参数的分析与选择278

9.5多旋翼无人机总体布局设计284

9.5.1多旋翼无人机总体布局设计的任务和要求284

9.5.2多旋翼无人机总体布局设计的内容285

本章小结289

习题290

参考文献291