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