小型无人直升机有垂直起降、机动灵活迅速等优点,能够通过自身携带的各类传感器执行侦查监视、情报收集等任务,在军事与民用领域都有着广泛的研究与应用。本文选择斜铰旋翼作为研究对象,重点研究该系统设计和原理性操纵中所遇到的关键技术。虽然目前国外已经研制出类似的旋翼机构,但是至今为止,与本文研究对象相关的文献资料很少,仅有的两篇文章是对其工程应用进行的研究,并不涉及机理分析,自然也无法科学地进行结构、性能优化与扩展应用。为了更进一步全面深入地研究斜铰旋翼技术,本文通过建立可靠精准的数学模型,揭示斜铰旋翼的变距机理,完成样机的原理验证实验,实现斜铰旋翼的操纵控制,从机理上挖掘其潜在的推进能力。本文具体内容如下:首先,通过与传统直升机操纵机构对比,详述斜铰旋翼样机的机械结构组成,并揭示斜铰旋翼周期变距机理,分析推进单元的操纵特性,搭建试验样机以及对应的测控环境;然后,建立斜铰旋翼非线性动力学模型。使用D-H法,得出旋翼桨叶特有的挥舞运动规律;应用牛顿欧拉法,建立其非线性动力学模型;并针对未知参数,通过实验数据,辨识得到完整的参数化模型;接着,从桨叶的姿态运动模型入手,运用小偏差方法对非线性模型进行线性化,深入探讨斜铰旋翼系统拉力和力矩的调节原理,得到转速控制的必要性,提出针对电机-旋翼系统的模型预测控制,并验证控制算法的有效性;最后,设计与动力系统模型相关的实验,利用研究平台,进一步分析旋翼力矩的瞬态响应特性以及稳态特点,给出斜铰旋翼的操纵规律,验证操纵机构推力的有效性以及数学模型的正确性。