四旋翼飞行器是近年来最常见的垂直起降飞行器,其相对于其他飞行器,不仅具有垂直起降功能,而且体积小,结构简单,容易操控,能够用于执行各种任务,如航拍,巡察等,广泛应用于军事和民事领域。本文首先介绍了四旋翼飞行器的国内外发展现状,并且分析了它的发展前景和主要研究方向,引出了本文的主要研究内容及意义。随后,从四旋翼飞行器的飞行原理出发,分别介绍了‘+’型和‘X’型四旋翼飞行器飞行时的控制方法,并且基于飞行原理和各部件动力学模型建立了四旋翼飞行器的动力学模型和运动学模型。为了提高四旋翼飞行器的飞行航时和航程,提出了一种具有倾转结构的四旋翼飞行器结构方案,并针对其设计了新的姿态控制方法,通过对其进行进一步的建模和仿真论证了其可行性。对提出的倾转四旋翼飞行器方案进行结构设计,利用CATIA三维绘图软件对倾转四旋翼飞行器各组件,包括机身、倾转机构、机翼等进行了详细设计和三维建模。为进一步提高四旋翼飞行器性能,对其主要动力单元旋翼进行了设计与性能分析。提出了一种基于片条理论的旋翼快速工程设计方法,并且通过实验验证该设计方法能够得到满足工程需要的结果。围绕四旋翼飞行器飞行性能这一目标,对其动力系统进行了数学建模并推导出飞行器各项性能的计算公式。随后通过算例分析了其各项性能,并对飞行器电池质量对悬停时间和最大航程的影响作出了分析,为进一步的设计提供参考。