四旋翼无人飞行器设计 冯新宇、范红刚、辛亮 9787302467359 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

简体网页||繁体网页

☆☆☆☆☆

冯新宇，范红刚，辛亮 著

图书标签:

• 无人机
• 四旋翼
• 飞行器设计
• 控制系统
• 嵌入式系统
• 电机
• 传感器
• 建模
• 仿真
• 航空航天

店铺： 博远慧达图书专营店

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302467359

商品编码：19660271454

包装：平装-胶订

出版时间：2017-06-01

温馨提示： 我店与出版社联袂推出特价馆配图书，旨在为广大读者提供低价格，优品质的书籍。 请认准书背封底直径为1厘米方型或圆型的小孔，此为正版馆配图书的标志。 极少数图书可能略有磨损但不影响您阅读！个别图书的光盘为原盘复刻。 如阅读过程中发现图书光盘无法正常读取，本店会积极协助您网传处理。

基本信息

书名:四旋翼无人飞行器设计

定价：39.00元

售价：19.50元,便宜19.50元,折扣50

作者:冯新宇、范红刚、辛亮

出版社：清华大学出版社

出版日期：2017-06-01

ISBN：9787302467359

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

开本：32开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

---

本书系统论述了四旋翼飞行器的基本原理，基本控制方法，本书从四旋翼飞行器的遥控器设计、四旋翼飞行器核心板设计以及陀螺仪、气压计等相关电路的设计和原理讲解，从零开始一点一点实现四旋翼飞行器的设计，同时还给出了上位机的软件代码，项目都提供了全部源代码，可直接拿来二次开发，用于课程设计或科研项目。本书配套提供了全部设计源代码、设计图纸及演示视频，方便读者学习使用，提供了学习交流群（185156135），欢迎读者参与进来，和广大的STM32爱好者共同学习，及时解决设计中遇到的问题。

内容提要

---

四轴飞行器是一种无人飞行器，也是一种智能机器人，“四轴”指飞行器的动力由4个旋翼式的飞行引擎提供。人们对于四轴飞行器的研究从军用到民用、商用领域都有涉及。近几十年来，随着现代控制理论与电子控制技术的发展，运用现代控制技术，使用电机代替油动力引擎进行四轴飞行器控制研究。本书利用主流控制器STM32系列微处理器平台，从设计的方案论证、器件选型、代码调试的全过程对四轴飞行器设计透彻细致地讲解，读者可以根据书中给出的电路和代码自行设计。本书可作为电子、通信及控制等相关专业的参考书，也可以作为相关技术人员的技术参考书。

目录

---

作者介绍

---

冯新宇：从事嵌入式系统项目开发和相关教学工作。曾主持或参与嵌入式相关课题与项目开发20余项；近10年来一直作为指导教师参与全国电子设计大赛、飞思卡尔电子设计大赛、黑龙江省电子设计大赛等工作，所指导的学生多次获得各种赛事重大奖励。个人代表性著作有《ADS2009射频电路设计与仿真》《ARM 9嵌入式开发基础与实例进阶》与《ARM Cortex-M3体系结构与编程》）。

文摘

---

序言

---

《翼上云端：现代旋翼飞行器原理与实践》 内容概述 本书旨在为广大航空爱好者、工程技术人员以及相关专业学生提供一本系统、深入且实用的旋翼飞行器设计与应用指南。不同于市面上仅关注某一特定型号或技术点的书籍，《翼上云端》着眼于旋翼飞行器这一类别的共性原理、核心技术以及前沿发展趋势，力求构建一个从基础理论到实际应用的全景式知识体系。本书将详细剖析旋翼飞行器的空气动力学特性、结构设计、动力系统、飞控系统、导航与通信技术，以及其在各个领域的广泛应用，并辅以大量案例分析和工程实践建议，帮助读者建立扎实的理论基础，掌握关键的设计方法，并能应对实际工程中的挑战。 第一篇：旋翼飞行器基础理论与空气动力学 本篇将从最基础的原理入手，为读者构建旋翼飞行器工作的宏观认知。 第一章：旋翼飞行器概览与发展历程 对旋翼飞行器的定义、分类（包括直升机、多旋翼无人机等）进行清晰界定。 追溯旋翼飞行器从早期探索到现代发展的漫长历程，重点介绍关键的技术突破和里程碑式事件。 分析不同类型旋翼飞行器在设计理念、性能特点和应用场景上的差异与互补。 展望旋翼飞行器未来的发展方向，例如与人工智能、新材料等的融合。 第二章：旋翼空气动力学原理 深入讲解旋翼产生升力和推力的基本原理，包括叶素理论、动量理论等。 详细分析旋翼在不同飞行状态下（如悬停、前进、侧飞、后退）的空气动力学特性，包括诱导速度、相对风速、攻角等关键因素。 探讨旋翼效率、功率消耗与转速、桨叶参数（翼型、展弦比、扭角等）之间的关系。 介绍旋翼可能遇到的空气动力学问题，如桨叶颤振、失速、地面效应等，并提出相应的理论解释和初步解决方案。 通过图示和简单算例，帮助读者直观理解复杂的空气动力学现象。 第三章：气动外形设计与流体动力学基础 分析旋翼飞行器整体外形设计对气动性能的影响，包括机身、尾桨（如有）的气动优化。 介绍基础的流体动力学概念，如雷诺数、边界层、涡流等，以及它们在旋翼飞行器设计中的重要性。 探讨如何通过计算流体动力学（CFD）等数值模拟方法来优化气动设计，预测飞行性能，发现潜在的气动问题。 结合实际设计案例，说明气动外形如何影响飞行稳定性、操控性、续航能力和噪声水平。 第二篇：旋翼飞行器结构设计与材料选择 本篇将聚焦于构成旋翼飞行器的实体部分，探讨如何实现轻质、高强、高可靠性的结构设计。 第四章：旋翼系统结构设计 详述旋翼桨叶的结构组成、材料特性要求（如高强度、高韧性、低密度）以及常见的结构形式（如刚性桨、铰接桨、半铰接桨）。 分析旋翼毂和传动系统（如齿轮箱、传动轴）的设计要点，包括载荷传递、耐久性、减震降噪等。 介绍旋翼系统在振动、疲劳和故障模式方面的设计考虑，以及如何通过结构优化来提升可靠性。 探讨新型桨叶材料（如复合材料、智能材料）在旋翼设计中的应用及其优势。 第五章：机身与承载结构设计 分析旋翼飞行器不同类型机身的结构特点和设计需求，包括桁架式、承载式、混合式等。 重点讨论载荷路径、应力集中、刚度与强度的平衡，以及如何进行有限元分析（FEA）来评估结构性能。 介绍机身材料的选择原则，权衡材料的力学性能、成本、加工性以及环境适应性。 讲解连接件、固定件的设计要求，以及如何确保结构的整体性和安全性。 结合无人机和直升机等不同应用场景，阐述结构设计的差异化需求。 第六章：材料科学与先进制造技术在旋翼飞行器中的应用 系统介绍适用于旋翼飞行器制造的各类材料，包括铝合金、钛合金、镁合金、碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料等，并分析其优缺点。 探讨高分子材料、泡沫材料等在减重和吸能方面的应用。 介绍3D打印（增材制造）等先进制造技术在旋翼飞行器部件制造中的潜力，以及其带来的设计自由度和效率提升。 讨论材料的疲劳、断裂、腐蚀等失效机制，以及如何通过材料选择和工艺控制来提高部件寿命。 第三篇：动力系统与控制技术 本篇将深入探讨为旋翼飞行器提供动力的关键系统，以及使其能够精准操控的电子大脑。 第七章：动力系统设计与选择 详细介绍旋翼飞行器常用的动力源，包括活塞式发动机、涡轴发动机、电动机等，分析其工作原理、性能特点、效率和优缺点。 讲解动力系统的匹配问题，包括发动机功率与旋翼转速的匹配、推力与重心的匹配等。 深入探讨燃油系统、冷却系统、润滑系统等辅助系统的设计要点。 介绍电池技术（如锂离子电池、固态电池）在电动旋翼飞行器中的发展及其续航能力瓶颈。 探讨氢燃料电池等未来动力技术在旋翼飞行器上的应用前景。 第八章：飞控系统原理与硬件组成 解析飞控系统的核心功能，包括姿态控制、航向控制、高度控制、速度控制等。 介绍飞控系统的工作流程：传感器信息采集、状态估计、指令计算、执行器输出。 详细介绍飞控系统常用的传感器，如陀螺仪、加速度计、磁力计、气压计、GPS等，以及它们的工作原理和应用。 讲解惯性测量单元（IMU）及其在姿态测量中的作用。 分析飞控计算机（主控板）的硬件组成、处理能力要求和软件接口。 第九章：飞行控制算法与软件实现 深入讲解经典的飞行控制算法，如PID控制器，分析其在旋翼飞行器中的应用和参数整定方法。 介绍更高级的控制策略，如模型预测控制（MPC）、自适应控制、模糊逻辑控制等，以及它们在提升飞行性能方面的优势。 探讨自动驾驶、自主导航、路径规划等高级飞行功能的设计原理。 分析飞控软件的架构设计、任务调度、故障处理和安全冗余机制。 讲解仿真测试和实际飞行调试在飞控系统开发中的重要性。 第十章：导航、定位与通信技术 深入介绍全球导航卫星系统（GNSS）如GPS、北斗、GLONASS等的原理及其在旋翼飞行器中的应用。 探讨惯性导航系统（INS）与GNSS的融合，以提高定位精度和鲁棒性。 介绍视觉导航、激光雷达导航（LiDAR）等新兴导航技术。 分析旋翼飞行器的通信系统组成，包括遥控、遥测、数传等，以及常用的通信协议和频段。 探讨抗干扰通信技术和数据安全问题。 第四篇：旋翼飞行器的应用与发展 本篇将展示旋翼飞行器在各个领域的蓬勃发展，以及未来的无限可能。 第十一章：旋翼飞行器在不同领域的应用 工业与商业应用： 详细阐述在航空摄影、影视制作、测绘勘探、电力巡检、石油管道监测、农业植保、物流配送、消防救援等领域的具体应用案例。 军事与安全应用： 介绍在侦察监视、目标指示、火力支援、情报收集等方面的应用。 科学研究与探索： 讨论在气象探测、环境监测、地质勘探、生物多样性调查等方面的作用。 个人娱乐与竞技： 分析竞速无人机、航拍爱好者等细分市场。 第十二章：旋翼飞行器的安全性、法规与标准 深入探讨旋翼飞行器的安全性设计原则，包括冗余设计、故障诊断与容错控制、应急处置机制。 分析旋翼飞行器潜在的安全风险，如撞击、坠毁、失控等，并提出相应的预防和应对措施。 介绍全球范围内关于旋翼飞行器（尤其是无人机）的法规、标准和适航认证体系，以及相关法律法规的演变。 强调合法合规飞行以及责任边界的重要性。 第十三章：未来发展趋势与挑战 展望旋翼飞行器技术未来的发展方向，例如大型化、智能化、集群化、长航时、低噪声、环境友好等。 探讨人工智能与旋翼飞行器的深度融合，如自主决策、智能避障、协同作业等。 分析新材料、新能源技术对旋翼飞行器性能提升的驱动作用。 讨论旋翼飞行器发展面临的挑战，如续航能力、载荷能力、飞行安全性、空域管理、成本控制、社会接受度等。 鼓励读者积极投身于旋翼飞行器领域的研究与创新。 本书特色 体系全面： 涵盖了旋翼飞行器从基础理论到实际应用的各个环节，构建了完整的知识框架。 内容深入： 对每个技术点都进行了细致的讲解，避免了流于表面。 原理清晰： 强调理论推导与物理含义的结合，帮助读者理解“为什么”。 实践导向： 穿插大量工程实践案例、设计要点和问题分析，提升读者的实际操作能力。 图文并茂： 配备了丰富的示意图、工程图和性能曲线，增强了阅读的直观性和趣味性。 前瞻性： 关注行业最新技术动态和未来发展趋势，引导读者思考。 《翼上云端：现代旋翼飞行器原理与实践》是一本集理论深度、实践指导和前沿视野于一体的著作，无论是初学者入门，还是资深工程师进阶，都能从中获得宝贵的知识和启示，共同探索旋翼飞行器在天空中的无限可能。

评分☆☆☆☆☆

对于我而言，一本优秀的工程技术书籍，应该兼顾理论的深度和实践的可操作性。仅仅停留在理论层面，固然能建立起坚实的知识基础，但缺乏实际操作的指导，则难以将理论转化为实际的设计和应用。《四旋翼无人飞行器设计》似乎在这方面做到了很好的平衡。我期望书中能够详细介绍各种设计参数的选择依据，以及在实际搭建过程中可能遇到的问题和解决方案，从而帮助我更好地理解如何将理论知识落地。

评分☆☆☆☆☆

我一直相信，知识的传播不仅仅是单向的灌输，更是一种启发和引导。一本好的教科书，应该能够像一位经验丰富的导师，带领读者一步步走入专业领域，解答心中的疑惑，激发探索的兴趣。《四旋翼无人飞行器设计》这本书，从它的名字和作者的背景来看，无疑承载着这样的使命。我期待它能够用清晰的语言，生动的案例，以及严谨的逻辑，为我打开一扇通往无人机设计世界的门。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，一本优秀的科技书籍，不仅在于知识的深度，更在于其讲解的清晰度和逻辑性。从我过去的阅读经验来看，许多关于复杂技术的书籍，常常会让非专业读者感到晦涩难懂，充斥着各种抽象的公式和概念，让人望而却步。然而，《四旋翼无人飞行器设计》在这一点上，似乎给我带来了一种不同的感受。虽然我尚未深入细读，但仅仅从目录结构和章节标题来看，作者们显然是经过深思熟虑，将一个庞大而复杂的系统，拆解成了若干个易于理解的模块。这种层层递进、由浅入深的编排方式，预示着即便没有深厚的专业背景，也能循序渐进地掌握核心知识。

评分☆☆☆☆☆

从我之前对无人机技术的零散了解来看，四旋翼无人机在空气动力学、控制理论、嵌入式系统、通信技术等多个领域都有着高度的交叉。因此，一本全面的设计书籍，必然需要对这些相关学科进行深入浅出的阐述。我非常期待《四旋翼无人飞行器设计》能够在我关心的这些领域，提供足够的支持。例如，在空气动力学方面，它是否能解释四旋翼的升力、阻力以及如何优化桨叶设计以提高效率；在控制理论方面，它是否能清晰地讲解PID控制、姿态稳定算法等核心概念；在嵌入式系统方面，它是否能介绍常见的飞控硬件和软件架构。

评分☆☆☆☆☆

在信息爆炸的时代，能够找到一本结构清晰、内容详实、讲解透彻的专业书籍是多么不容易。尤其是在无人机这样一个发展迅速的领域，技术更新迭代的速度非常快，一本能够立足于基本原理，同时又紧跟时代步伐的书籍，其价值将更加凸显。我希望《四旋翼无人飞行器设计》能够满足我的这一期望，成为我学习和探索无人机设计领域的重要工具。

评分☆☆☆☆☆

初次翻开《四旋翼无人飞行器设计》，被其厚实的体量和严谨的排版所吸引。封面设计简洁大气，虽然没有华丽的插画，但字体清晰，书名和作者信息一目了然，给人一种专业、扎实的初步印象。我一直对航空航天领域，特别是无人机技术怀有浓厚兴趣，而四旋翼无人机作为当前最普及、应用最广泛的无人机类型之一，其设计原理和实现细节更是我想深入了解的重点。这本书的书名直接点明了其核心内容，让我对接下来的阅读充满期待。

评分☆☆☆☆☆

在初步浏览这本书的章节安排时，我发现它并没有止步于理论的讲解，而是将理论与实践紧密结合。这对于我这样希望将知识转化为实际应用的学习者来说，无疑是巨大的福音。我特别关注那些涉及具体设计流程、元器件选型、仿真测试以及实际装配的章节。因为我知道，任何一个成功的无人机项目，都离不开对每一个环节的精细把握。这本书是否提供了详细的设计步骤，是否列举了常见的元器件及其优缺点，是否介绍了如何进行有效的仿真验证，这些都是我非常看重的。

评分☆☆☆☆☆

我一直认为，一本优秀的技术书籍，其价值不仅仅在于传授已有的知识，更在于激发读者的创新思维。即使我目前的知识储备尚不足以立刻设计出一架高性能的无人机，我也希望通过阅读这本书，能够理解设计过程中存在的各种权衡和取舍，从而形成自己对问题的独立思考。这本书是否能够引导我分析不同设计方案的优劣，是否能提供一些启发性的设计思路，这些都是我非常期待的。

评分☆☆☆☆☆

从书本的装订和纸张质量来看，《四旋翼无人飞行器设计》的制作是相当精良的。厚实的封面能够提供良好的保护，纸张的光洁度适中，印刷字体清晰锐利，久读不易疲劳。我一直认为，一本在物理形态上就做到用心的书籍，往往更能体现作者和出版社对内容本身的重视。这让我对接下来的阅读体验充满了信心。

评分☆☆☆☆☆

在购买任何一本技术书籍之前，我都会仔细研究它的目录和前言，试图从中窥探作者的写作思路和本书的侧重点。《四旋翼无人飞行器设计》在这方面给我留下了深刻的印象。它似乎没有回避任何一个可能存在的难点，而是将复杂的设计过程分解为一个个清晰的环节，每一个环节都有着详细的讲解和必要的理论铺垫。这种“不怕慢，就怕站不住”的写作风格，让我对接下来的深度阅读充满信心。