小型无人飞行器在飞行过程中,由于近地空间复杂气流等扰动的作用,极易产生钟摆振动、精度降低、失控坠落等运动失稳现象。针对多变量、非线性的小型无人飞行器动力学方程难以建立等问题,通过引入伪速度矢量分析其动力学特性,从而获得更简洁的动力学方程形式并以小型无人飞行器为对象,对其进行动力学建模及仿真分析。在此基础上,由于求解动力学方程或李雅普诺夫第二法分析系统的运动稳定性存在着方程难以求解及李雅普诺夫函数难以构建等问题,而优化无人飞行器的结构参数对于提高无人飞行器运动稳定性具有重要意义。因此,本文从机械结构设计出发,通过李雅普诺夫指数方法建立无人飞行器结构参数与系统运动稳定性之间的量化关系,以此指导系统的机械结构设计及控制系统优化,为提高系统执行飞行任务的可靠性和稳定性奠定理论基础。最后,以四旋翼无人飞行器起飞和偏航阶段为对象,通过实验验证理论仿真分析过程中得到的结论。该方法与李雅普诺夫第二法相比最大的优点李雅普诺夫指数计算是其可构建性并使许多负责非线性系统成为可能。