一、多旋翼基本概念

1. 无人机（Unmanned Aerial Vehicle:UAV）,微小型无人机英文：Drone。
2. 多旋翼通常驱动多个旋翼从而产生拉力、滚转力矩、俯仰力矩、偏航力矩。（无论有多少个旋翼，都是产生这四个力）

二、多旋翼系统结构

1、多旋翼主要由机架、动力系统和控制系统组成：
2、多旋翼的拉力模型： $T=C_{T} \rho \left ( \frac{N}{60} \right ) ^{2} D_{p}^{4}$ ，其中 $T$ 为拉力（N）， $\rho$ 为空气密度（kg/m^3）， $N$ 为转速（RPM）， $D_{p}$ 为螺旋桨的直径（m）

三、四旋翼的操控

1. 悬停状态：

• （1）拉力抵消重力
• （2）四个螺旋桨拉力产生的旋转、俯仰力矩为零
• （3）偏航力矩为零，四个螺旋桨反扭矩效应均被抵消
  

2. 升降运动：

• （1）当同时同量提高四个螺旋桨的转速，拉力大于重力时，无人机上升
• （2）当同时同量降低四个螺旋桨的转速，拉力小于重力时，无人机下降
  

3. 前后运动：

• （1）当同时同量降低1和4螺旋桨的转速，同时同量提高2和3螺旋桨的转速，无人机会向前运动

• （2）当同时同量提高1和4螺旋桨的转速，同时同量降低2和3螺旋桨的转速，无人机会向后运动
  

• （3）由于前后运动会导致无人机的倾斜，使得拉力在重力方向的分量抵消不了重力，所以需要再提升拉力
  

4. 左右运动：

• （1）当同时同量降低1和2螺旋桨的转速，同时同量提高3和4螺旋桨的转速，无人机会向右运动
• （2）当同时同量提高1和2螺旋桨的转速，同时同量降低3和4螺旋桨的转速，无人机会向左运动
• （3）与前后运动原理一样，由于左右运动会导致无人机的倾斜，使得拉力在重力方向的分量抵消不了重力，所以需要再提升拉力
  

5. 偏航运动：

• （1）当同时同量降低2和4螺旋桨的转速，同时同量提高1和3螺旋桨的转速，这样使得前后和左右运动的力矩为0，通过牛顿第三定律，每个动作会产生反动作，所以当1和3螺旋桨逆时针的转速增加的时候，无人机顺时针的偏航力矩增加，同理当2和4螺旋桨顺时针的转速减少的时候，无人机逆时针的偏航力矩增加，最终产生顺时针的偏航力矩，使得无人机进行顺时针偏航运动
• （2）同理，当同时同量提高2和4螺旋桨的转速，同时同量降低1和3螺旋桨的转速，无人机无人机进行逆时针偏航运动
  

四、多旋翼无人机的局限性

1. 桨叶的尺寸越大，越难迅速改变其角速度，其公式为: $\alpha \sim \frac{1}{R^{2}}$ ，其中 $\alpha$ 为角加速度， $R$ 为多旋翼的特征长度
2. 在大载重下、桨叶上下挥舞会导致刚性大的桨很容易折断（通常情况下，直升机会采用铰链，涵道无人机使用整流片来解决这个问题），无人机想要提高载重也可以增加无人机旋翼的个数