小型旋翼机导航与控制方法研究（多旋翼无人机飞行控制原理）
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旋翼机的布局与部件
旋翼机的最基本的部件是机身、发动机、旋翼系统、螺旋桨、尾面以及起落架。为了改善性能，如提高飞行速度等，还可以选择机翼等部件。
机身是所有其他部件的连接件，结构可以是焊接管、金属片、复合材料、单管栓接或混合结构方式，最大强度重量比的机身是碳纤维材料或焊接管结构。发动机在飞行中提供独立于旋翼系统的前飞动力，在地面则可以提供旋翼桨叶预转的动力。
随着旋翼机的发展，可用于旋翼机的发动机种类也越来越多。车用、船用、航空发动机都可以用于以娱乐、体育爱好为目的研制的旋翼机，而需要取得适航证的旋翼机必须安装权威管理机构认证的发动机。发动机可以是活塞式也可以是涡轮式。旋翼系统主要给旋翼机提供升力和操纵，常用的是全铰接式、半刚性跷跷板式。因不需反扭矩装置，现代旋翼机的主要型式是单一的旋翼。
目前旋翼机惯用2片或3片桨叶，广泛应用于直升机的负扭度桨叶对旋翼机来讲，并没有多大优势，所以旋翼机上常用无扭转或正扭转桨叶。个人自制的小型旋翼机常常使用可以连同桨毂桨叶一起扳动倾转的旋翼系统，也可以使用带总距操纵来改变旋翼桨叶俯仰角的旋翼系统。如果桨叶带总距操纵且具有足够的惯量，旋翼机跳飞就有可能实现。旋翼机的螺旋桨可以是拉进式也可以是推进式，也就是说，螺旋桨可以安装在机身头部，也可以安装在尾部。早期的旋翼机是由螺旋桨拉进式固定翼飞机改装而成，用旋翼替代固定翼。机翼或者固定机翼与旋翼复合使用。推进式布局避免了方向舵和平尾位于螺旋桨滑流中，具有更好的操纵性，飞行员也有更好的视野。但是在总体设计中应该充分考虑推进式布局中，由于受机身影响，螺旋桨的工作效率有所降低。
和定翼飞机一样，旋翼机尾平面包括垂尾和平尾，提供俯仰和偏航轴向的稳定和操纵。有一些旋翼机，特别是封闭式驾驶舱的旋翼机，航向稳定性很低，为了补偿航向稳定性，安装垂尾是必要的。由于垂尾面积受旋翼桨叶倾转边界和着陆俯仰角度的限制，所以许多旋翼机设计安装了多片垂直安定面和方向舵。如果采用推进式螺旋桨布局，处于螺旋桨滑流中的平尾和垂尾利用效率会更高，特别是在旋翼机起飞和着陆飞行速度比较低的时候。
旋翼机的工作原理
旋翼机和直升机简直一模一样：它们头顶都有一副大直径的旋翼，在飞行中依靠旋翼的旋转产生升力。但是除去这些表面上的一致性，旋翼机和直升机却是两种完全不同的飞行器。
旋翼机实际上是一种介于直升机和飞机之间的飞行器，它除去旋翼外，还带有一副垂直放置的螺旋桨以提供前进的动力，一般也装有较小的机翼在飞行中提供部分升力。旋翼机与直升机的最大区别是，旋翼机的旋翼不与发动机传动系统相连，发动机不是以驱动旋翼为旋翼机提供升力，而是在旋翼机飞行的过程中，由前方气流吹动旋翼旋转产生升力，象一只风车，旋翼系统仅在起动时由自身动力驱动，称之为预旋（prerotate），起飞之后靠空气作用力驱动；而直升机的旋翼与发动机传动系统相连，既能产生升力，又能提供飞行的动力，象一台电风扇。由于旋翼为自转式，传递到机身上的扭矩很小，因此旋翼机无需像单旋翼直升机那样的尾桨，但是一般装有尾翼，以控制飞行。
在飞行中，旋翼机同直升机最明显的分别为直升机的旋翼面向前倾斜，而旋翼机的旋翼则是向后倾斜的。
需要说明的是，有的旋翼机在起飞时，旋翼也可通过“离合器”同发动机连系，靠发动机带动旋转而产生举力。这样可以缩短起飞滑跑距离，几乎以陡直地向上爬升，但还不能垂直上升，也不能在空中不动（即“悬停”）。等升空后再松开离合器随旋翼在空中自由旋转。
旋翼机飞行时，升力主要由旋翼产生，固定机翼仅提供部分升力。有的旋翼机甚至没有固定机翼，全部升力都靠旋翼产生。
由于旋翼机的旋翼旋转的动力是由旋翼机前进而获得。万一发动机在空中停车螺旋桨不转了，此时旋翼机因为具有惯性继续维持前飞的状态，并由于重力和空气阻力逐渐减低速度和高度，就在这高度下降的同时，也就有了自下而上的相对气流，旋翼就能可自转提供升力。这样，旋冀机便可凭飞行员的操纵安全地滑翔降落。即使在飞行员不能操纵，旋翼机失去控制的特殊情况下，也会像降落伞一样的降落，虽然也是粗暴着陆，但不会出现类似秤陀落地的情况。
直升机也是具备自转下沿安全着陆能力的。但它的旋冀需要从有动力状态过渡到自转状态，这个过渡要损失一定高度。如果飞行高度不够，那么直升机就可能来不及过渡而触地。旋翼机本身就是在自转状态下飞行的，不需要进行过渡，所以也就没行这种为安全转换所需的高度约束。
旋翼机的旋翼升力不平衡是怎么解决的？
旋翼机的旋翼依靠前方来流吹动始终处于自转状态，因而一旦发动机空中停车，可以直接依靠旋翼自转着陆，而直升机旋翼还需要一个转入自转的过程，所以旋翼机没有直升机的低速回避区，安全性更好。 旋翼机由于其旋翼自转，没有自发动机至旋翼的减速和传动装置，也不需要平衡旋翼反扭矩的尾桨，因而结构大大简化。 现代自转旋翼飞行器采用旋翼预转技术，起飞前通过简单传动装置将旋翼预先驱转，然后通过离合器切断传动链路后起飞，使得它可以跳跃式或超短距起飞（起飞距离0～30m）；自转旋翼飞行器降落时，通过操纵旋翼锥体后倾，可实现点式着陆，不需要专用机场。因而近十几年来，旋翼机再次成为航空领域关注的热点。
目前使用中的旋翼机大多是小型或轻型的，重量比（空机与总重之比）约0.6。设计任务可以确定总重Gw，也可以确定使用载荷Guse，知道二者之一，便可以求出另一者。为了拥有好的性能，例如停车下降率约为5m/s，一般要求功率载荷q小于4.5kg/hp （59.2N/kw）,桨盘载荷p小于12kg/m2 。桨叶片数k可以参考直升机方法确定，目前大多旋翼机采用两片桨叶，安装在跷跷板式桨毂上。典型两片桨叶旋翼，取实度σ为0.034～0.040。如果实度取稍大值，则桨叶挥舞增加，性能改善不多，故一般都取偏小值。 螺旋桨直径根据发动机转速来确定，大的直径对爬升率和低速推力很重要，但是如果取得过大，则全机尺寸高，停放不易。螺旋桨一般与发动机输出轴直接连接，所以螺旋桨转速rpm就是发动机轴转速，螺旋桨桨尖速度ωRp和旋翼机前飞速度的合速度一般不超过声速的90%，目前常用的旋翼机螺旋桨桨尖速度（ωRp）max ≤290m/s。知道发动机转速后，即可确定螺旋桨桨叶直径。
旋翼机的最基本的部件是机身、发动机、旋翼系统、螺旋桨、尾面以及起落架。为了改善性能，如提高飞行速度等，还可以选择机翼等部件。
机身是所有其他部件的连接件，结构可以是焊接管、金属片、复合材料、单管栓接或混合结构方式，最大强度重量比的机身是碳纤维材料或焊接管结构。
发动机在飞行中提供独立于旋翼系统的前飞动力，在地面则可以提供旋翼桨叶预转的动力。随着旋翼机的发展，可用于旋翼机的发动机种类也越来越多。车用、船用、航空发动机都可以用于以娱乐、体育爱好为目的研制的旋翼机，而需要取得适航证的旋翼机必须安装权威管理机构认证的发动机。发动机可以是活塞式也可以是涡轮式。
旋翼系统主要给旋翼机提供升力和操纵，常用的是全铰接式、半刚性跷跷板式。因不需反扭矩装置，现代旋翼机的主要型式是单一的旋翼。目前旋翼机惯用2片或3片桨叶，广泛应用于直升机的负扭度桨叶对旋翼机来讲，并没有多大优势，所以旋翼机上常用无扭转或正扭转桨叶。个人自制的小型旋翼机常常使用可以连同桨毂桨叶一起扳动倾转的旋翼系统，也可以使用带总距操纵来改变旋翼桨叶俯仰角的旋翼系统。如果桨叶带总距操纵且具有足够的惯量，旋翼机跳飞就有可能实现。
旋翼机的螺旋桨可以是拉进式也可以是推进式，也就是说，螺旋桨可以安装在机身头部，也可以安装在尾部。早期的旋翼机是由螺旋桨拉进式固定翼飞机改装而成，用旋翼替代固定机翼或者固定机翼与旋翼复合使用。推进式布局避免了方向舵和平尾位于螺旋桨滑流中，具有更好的操纵性，飞行员也有更好的视野。但是在总体设计中应该充分考虑推进式布局中，由于受机身影响，螺旋桨的工作效率有所降低。和定翼飞机一样，旋翼机尾平面包括垂尾和平尾，提供俯仰和偏航轴向的稳定和操纵。有一些旋翼机，特别是封闭式驾驶舱的旋翼机，航向稳定性很低，为了补偿航向稳定性，安装垂尾是必要的。由于垂尾面积受旋翼桨叶倾转边界和着陆俯仰角度的限制，所以许多旋翼机设计安装了多片垂直安定面和方向舵。如果采用推进式螺旋桨布局，处于螺旋桨滑流中的平尾和垂尾利用效率会更高，特别是在旋翼机起飞和着陆飞行速度比较低的时候。
起落架使旋翼机在地面具有机动性。早期的旋翼机一般采用后三点式起落架布局，现今的旋翼机大都采用前三点式起落架布局。
旋翼机可以选装机翼，这样就可以实现短距离起飞和以飞机速度巡航，例如Cartercopter旋翼机。采用这类布局，在前飞时，机翼会承担旋翼机绝大多数载荷，旋翼也就被卸载了。如果此时发生发动机停车，旋翼不具有安全着陆的能量，必须相对旋翼机所处的飞行状态采取相应的措施，设法让旋翼尽快进入自转状态。
科学家受到什么启示发明什么？
首先更正一下一楼是根据风筝的原理发明了飞机
任何航空器都必须产生大于自身重力的升力才能升空飞行，这是航空器飞行的基本原理。 相信大家小时候都玩过风筝或是竹蜻蜓，这两种小小的玩意构造十分简单，但却蕴含着深刻的飞行原理。 飞机的机翼包括固定翼和旋翼两种，风筝的升空原理与滑翔机有一些类似，都是靠迎面气流吹动而产生向 上的升力，但与固定翼的飞机有一定的差别；而旋翼机与竹蜻蜓却有着异曲同工之妙，都是靠旋翼旋转产 生向上的升力。 机翼是怎样产生升力的呢？让我们先来做一个小小的试验：手持一张白纸的一端，由于重力的作用， 白纸的另一端会自然垂下，现在我们将白纸拿到嘴前，沿着水平方向吹气，看看会发生什么样的情况。哈， 白纸不但没有被吹开，垂下的一端反而飘了起来，这是什么原因呢？流体力学的基本原理告诉我们， 流动慢的大气压强较大，而流动快的大气压强较小，白纸上面的空气被吹动，流动较快，压强比白纸下 面不动的空气小，因此将白纸托了起来。 对于固定翼的飞机，当它在空气中以一定的速度飞行时，根据相对运动的原理，机翼相对于空气的运动可以 看作是机翼不动，而空气气流以一定的速度流过机翼。由于机翼一般是不对称的，上表面比较凸，而下表面比较平， 这使空气在流过机翼时被分为上下两股，流过上表面的空气速度快、压力小，流过下表面的空气速度慢、压力大， 这就在机翼上下产生了一个压力差，这股向上的压力就是飞机的升力，它拖着飞机在空中飞行。
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