项目情况简介
项目名称可变螺距四旋翼
项目类别文科类（）理科类（√）
关键词
（最多五个）
可变螺距四旋翼续航
项目研究
内容摘要
（200字以内）
将传统四旋翼的固定螺距桨改为可变螺距螺旋桨。

变螺距四旋翼在桨速不变的情况下，通过舵机牵引连杆改变翼面攻角控制旋翼升力大小，实现了
四轴螺旋桨的共速飞行，提高了变螺距四旋翼无人飞行器的续航能力和动态
适应性。

变距四旋翼具有更好的机动性、飞行效率，能完成定距四旋翼不能
完成的飞行动作，是多轴飞行器发展的趋势。

项目立项依据（研究意义、国内外研究现状及分析，附主要参考文献目录。

基础研究需结合科学研究发展趋势来论述科学意义；应用研究需结合国民经济和社会发展中迫切需要解决的关键科技问题来论述其应用前景。

300字以内）
可变螺距螺旋桨可以通过改变迎角来获得较优的升阻比，可以像直升机一样获得超强的机动能力，将传统的四个电机缩减至一个电机，减少了四旋翼的整体重量，提高了四旋翼的续航能力，变螺距四旋翼在桨速不变的情况下，通过舵机牵引连杆改变翼面攻角控制旋翼升力大小，实现了四轴螺旋桨的共速飞行，提高了变螺距四旋翼无人飞行器的动态适应性，能完成传统四旋翼不能完成的3D特技飞行动作，是多轴飞行器发展的趋势。

航模无人机逐渐成为了越来越受人们欢迎的新事物。

目前国内已经有几所高校在四旋翼直无人机方面进行了研究。

其中南航、北航以及清华大学研究走在国内前沿。

国外已经有许多学者发表了很多关于四旋翼无人机控制技术的相关的文章，主要包括数学建模方面以及控制技术方面。

现在关于旋翼无人机研究的关键技术主要在于以下几个方面：整体设计的最优化、动力与能源的设计、数学模型的建立、控制方法以及定位导航与通信。

传统的四旋翼是通过改变旋翼的转速来控制升力的，这样有两个缺点：1.这样的旋翼只能产生向上的升力，因此只能朝一个方向转。

2.如果四旋翼要达到军用或者商用的目的，需要将它做大，这样由于旋翼的惯性增大，转速随着电压的增大相应就会变慢，这样就无法适应控制的需求了，因此才需要通过改变螺距来适应此需求。

参考文献（禁止出现作者，但必须有文章题目、期刊名、卷期页码）
1、《微小型旋翼飞行器的研究现状与关键技术》[M],电光控制[J]，2007年12月
2、《直升机空气动力学》[M],南京航空航天大学[J]，[1]：976
3、《新型飞行器的设计与应用．航空制造技术》[M],2006第五期[J],中山大学学报．91
4、《交流异步电机的保护》[M],重庆：电工技术[J]，2005[12]：75
5、《电机单相接地故障的分析、预防与保护》[M]．重庆：电工技术[J]，2005[10]：50
项目情况简介研究内容、研究目标以及拟解决的关键问题（此部分为重点阐述内容，700字以内）
研究内容：
首先对可变螺距四旋翼进行数学建模。

介绍可变螺距四旋翼的机械结构和飞行原理；其次在分析了空气动力学的基础上，建立其动力学模型；最后，对整个飞行系统建立数学模型。

建立一个良好的数学模型是对可变螺距四旋翼研究、设计及仿真的基础，因此，在制作可变螺距四旋翼之前建立一个合理的、准确的数学模型具有很重要的意义。

设计制作含两个加速度计和陀螺仪的飞控板。

一般定距四轴机动性较差，一个加速度计和陀螺仪足以满足动态要求。

但变距四轴机动性好，进行特技飞行时加速度和角速度容易超量程，因此需要两组惯性传感器覆盖更大的动态范围设计、制板、调试。

改进控制算法，使之支持变距、调速混控。

将传统的四旋翼飞行器的四个电机减至为一个电机，4片桨都是由一个3000kv的无刷电机，通过一套非常巧妙的皮带传输系统驱动。

优化飞行姿态控制系统。

然后应用在可变螺距四旋翼飞行姿态控制系统中，做到能够使整个系统性能大大提高，完全满足整个设计的需要。

在飞行器的控制上要实现通过无线Wi-Fi对飞行器的控制，并且实现飞行数据实时回传，实现对飞行数据精确把握与观测，便于后期分析。

对整个飞行控制系统进行调试、仿真。

整体的设计工作完成之后，组装可变螺距四旋翼，并进行整体调试。

研究目标：
通过改变螺距来实现可变螺距四旋翼。

拟解决的关键问题：
1、解决通过皮带控制四个变距桨的效率问题；
2、解决飞行中2.4G遥控与图传之间的干扰；
3、实现旋翼机的稳定自动起飞降落；
4、提高变距四旋翼的续航能力和动态适应性；
5、设计一套优良的飞行姿态控制系统。

项目情况简介拟采取的研究方案及可行性分析（包括有关方法、技术路线、实验手段、关键技术等说明，500字以内）
1、通过进行反复的分析对比，使飞行器的结构达到最优化，进行实际测验，校正分析结果。

2、利用无线Wi-Fi通信技术实现对多旋翼的控制。

3、运用双余度控制系统，使飞行器拥有两套飞行控制系统，通过飞控自动切换模块，能够实现飞行控制器的无缝切换，保证飞行状态的可控性。

本项目的特色与创新之处（200字以内）
传统四轴飞行器一般通过改变桨速实现升力变化，高速旋转时控制过程具有迟滞性而变螺距四旋翼在桨速不变的情况下通过舵机牵引连杆改变翼面攻角控制旋翼升力大小实现了四轴螺旋桨的共速飞行，提高了变螺距四旋翼无人飞行器的续航能力和动态适应性。

变距以后四旋翼有了更强的机动能力，变距后能够完成普通四旋翼飞行器不能完成的飞行动作，使油动多轴成为可能。

经费预算及说明
科目申请经费备注（计算依据与说明）１、科研业务费100
（1）测试/计算/分析费100仪器的借用购买费用
（2）调研/文献/信息传播费
（3）其他
2、实验材料费1200
（1）原材料/试剂/药品购置费1100
飞行器相关的电机电调、碳管以及
相关元器件的购买
（2）其他100Pcb板的定制与制作
3、仪器设备费200
（1）购置200切割焊接工具的购置
（2）试制
合计1500
研究计划及预期研究结果
2013年12月-2015年2月，学习相关的理论知识，为实物的制作打下理论基础。

2015年2月-2015年4月，绘制相关的原理图，并制作pcb板。

2015年5月-2015年6月，购买元器件，为实物的制作做前期的准备。

2015年6月-2015年7月，实物制作。

2015年8月-2015年10月，功能测试，并改进方案。

2015年11月，撰写实验报告。