第1章 简介

1.1 四旋翼飞行器发展历史

无人机是一种通过无线电遥控设备或自备程序算法自行控制的不载人飞行器。早在20世纪初，无人机就在多次局部战争中施展其无与伦比的优越性，并且为美国、以色列等国在战争中取得胜利起了重要作用。近三十年的时间里，随着微电子技术、通信技术、材料及推进系统等技术的迅猛发展，无人飞行器不仅外形上更加独特新颖，而且性能和功能上更加先进。从一开始通过地面摇杆控制飞行器，到用人眼控制飞行器，近些年又出现了用人脑来控制飞行器。由于无人机在作战中的优异表现，并且具有先天零伤亡的优势，各国在军事研究上都将其置于优先发展的地位，国际上也掀起了研究的热潮，其中以美国和以色列位居榜首。

在无人机迅猛发展的同时，能够垂直起降的无人机备受关注，其中发展最快、研究最多的是四旋翼飞行器。它具有其他固定翼无人机无可匹敌的优越性，不仅能够执行各种非杀伤性任务，同时又能执行如侦察、目标截获、监视、通信中断等各种具有软硬杀伤性的任务。其结构与普通的单旋翼无人机设计不同，飞行器只能通过改变两对螺旋桨的转速来实现各种姿态的变化，通过四个螺旋桨的升力来实现各种飞行轨迹的控制。与传统的无人机比较，飞行器具有如下几点明显的优势：

·体积小、重量轻，并且可以灵活地垂直起降；

·易于控制，具有很好的机动性，并且能够快速地进行姿态控制；

·结构简单、造价低廉，并且适用于一些比较危险的场合。

四旋翼飞行器具有相互交叉的两对旋翼，通过控制旋翼的转向和转速，可抵消每对螺旋桨产生的反桨扭矩。此外还可以通过调节两对旋翼的转速改变其扭矩大小和升力，实现对飞行器姿态的控制，而不需要调节繁杂的机械装置，从而减轻了飞行器重量、减少了飞行器的体积、提高了其负载能力。

20世纪初就有学者对四旋翼飞行器进行了研究。直到近几年来，随着传感器、处理器以及能源供给等相关技术的发展，同时又出现了新型的飞行控制理论，为解决四旋翼飞行器的各种疑难问题提供了极大的帮助。早期的飞行器如图1-1和图1-2所示。

图1-1 LouisBreguet（1907）

图1-2 GeorgedeBothezat（1922.12）

Curtiss-WrightVZ-7是垂直起降飞机，是Curtiss-Wright公司专为美国陆军设计的，如图1-3所示，VZ-7通过改变4个螺旋桨的推力实现控制。

图1-3 Curtiss-WrightVZ-7（1958）