第1章 簡介

1.1 四旋翼飛行器發(fā)展歷史

無人機是一種通過無線電遙控設(shè)備或自備程序算法自行控制的不載人飛行器。早在20世紀初，無人機就在多次局部戰(zhàn)爭中施展其無與倫比的優(yōu)越性，并且為美國、以色列等國在戰(zhàn)爭中取得勝利起了重要作用。近三十年的時間里，隨著微電子技術(shù)、通信技術(shù)、材料及推進系統(tǒng)等技術(shù)的迅猛發(fā)展，無人飛行器不僅外形上更加獨特新穎，而且性能和功能上更加先進。從一開始通過地面搖桿控制飛行器，到用人眼控制飛行器，近些年又出現(xiàn)了用人腦來控制飛行器。由于無人機在作戰(zhàn)中的優(yōu)異表現(xiàn)，并且具有先天零傷亡的優(yōu)勢，各國在軍事研究上都將其置于優(yōu)先發(fā)展的地位，國際上也掀起了研究的熱潮，其中以美國和以色列位居榜首。

在無人機迅猛發(fā)展的同時，能夠垂直起降的無人機備受關(guān)注，其中發(fā)展最快、研究最多的是四旋翼飛行器。它具有其他固定翼無人機無可匹敵的優(yōu)越性，不僅能夠執(zhí)行各種非殺傷性任務，同時又能執(zhí)行如偵察、目標截獲、監(jiān)視、通信中斷等各種具有軟硬殺傷性的任務。其結(jié)構(gòu)與普通的單旋翼無人機設(shè)計不同，飛行器只能通過改變兩對螺旋槳的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)各種姿態(tài)的變化，通過四個螺旋槳的升力來實現(xiàn)各種飛行軌跡的控制。與傳統(tǒng)的無人機比較，飛行器具有如下幾點明顯的優(yōu)勢：

·體積小、重量輕，并且可以靈活地垂直起降；

·易于控制，具有很好的機動性，并且能夠快速地進行姿態(tài)控制；

·結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉，并且適用于一些比較危險的場合。

四旋翼飛行器具有相互交叉的兩對旋翼，通過控制旋翼的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速，可抵消每對螺旋槳產(chǎn)生的反槳扭矩。此外還可以通過調(diào)節(jié)兩對旋翼的轉(zhuǎn)速改變其扭矩大小和升力，實現(xiàn)對飛行器姿態(tài)的控制，而不需要調(diào)節(jié)繁雜的機械裝置，從而減輕了飛行器重量、減少了飛行器的體積、提高了其負載能力。

20世紀初就有學者對四旋翼飛行器進行了研究。直到近幾年來，隨著傳感器、處理器以及能源供給等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，同時又出現(xiàn)了新型的飛行控制理論，為解決四旋翼飛行器的各種疑難問題提供了極大的幫助。早期的飛行器如圖1-1和圖1-2所示。

Curtiss-WrightVZ-7是垂直起降飛機，是Curtiss-Wright公司專為美國陸軍設(shè)計的，如圖1-3所示，VZ-7通過改變4個螺旋槳的推力實現(xiàn)控制。