进入21世纪以来,随着控制技术、计算机技术、微型传感器技术、无刷电机技术等领域的迅速发展,多旋翼无人机因具有可空中悬停、垂直起降的优点,能适应于狭小的飞行空间,具有较为广泛的应用前景。多旋翼无人机是一个时变非线性、存在着欠驱动、强耦合的系统,其精确的动力学模型的建立是一个难点;另外,由于其在空中飞行,如果飞行失控,其带来的后果是十分严重的,因此,对无人机进行可靠性分析也非常重要。本文以四旋翼无人机为研究对象,建立了四旋翼无人机的动力学模型,分析了其可靠性,通过故障树与蒙特卡罗仿真相结合的方法,对搭建的四旋翼飞行平台进行仿真,量化了可靠性指标,指出了无人机易发生故障的部件,为无人机设计提供了理论依据。首先,介绍了以四旋翼为代表的无人机研究背景、发展状况及发展趋势,定义了四旋翼无人机样机的机体坐标系与地面坐标系,推导出了相应的坐标转换矩阵。运用动量理论、涡流理论及叶素理论,对四多旋翼无人机的旋翼进行动力学分析,得到桨叶叶素所受到的空气动力及力矩,通过积分处理,求出旋翼所受到的空气动力及力矩,运用牛顿-欧拉法建立起四旋翼无人机的十二参数的非线性数学模型。接着,搭建了四旋翼无人机的样机。利用故障树分析理论,建立了其对应的故障树模型,从顶事件的选择、割集及最小割集的确定、典型系统的结构函数等入手,分析了基于故障树的四旋翼无人机故障模式。最后,对四旋翼无人机系统进行故障树建模,采用蒙特卡罗方法对建立的模型进行仿真,得到搭建的故障树模型的仿真结果,确定了在95%的置信区间里,所研究的四旋翼无人机的飞行任务失效时间概率拟合函数。结果表明,所研究的无人机系统中可靠性较好的元、部件分别为操纵手柄、机架、旋翼、遥控接收机,可靠性较差的元、部件为电子调速器、电机、地磁计、电池,为多旋翼无人机的设计做出合理科学的改进,提供了理论依据。