四旋翼无人机是近年新兴的可垂直起降飞行器。具有用途广泛、构造简单、可靠性高、机动性强等优点,在军事、民用等领域都有着非常广阔的应用前景。本文主要进行了重载四旋翼民用无人机的总体设计、结构设计、三维建模、强度计算与结构优化工作。介绍了四旋翼无人机的基本结构及飞行原理,结合设计要求确定了重载四旋翼民用无人机的总体性能参数及结构布局方式。根据设计飞行参数完成了动力系统设计,通过计算确定了系统各部件的配置方案。运用三维建模软件完成了中心板、机臂、起落架等机身几何结构的设计。设计了一款采用机械锁定方式的机臂折叠头,其结构简单、操作简便、牢固可靠,减小了无人机在携行状态下的体积。运用三维模拟装配技术对机身几何结构进行了虚拟装配,明确了各部件间的装配关系。采用树脂基碳纤维复合材料对机臂及中心板结构进行设计与分析,建立了碳纤维机臂及中心板的有限元模型。基于实际工况对机臂和中心板进行了有限元数值仿真,分析并计算了机臂和中心板结构的强度、刚度及稳定性。依据初始分析结果对机臂和中心板铺层方案进行了优化,给出了碳纤维复合材料机臂和中心板的最优铺层方案。优化后的机臂和中心板结构既满足设计的强度、刚度及稳定性要求,又具有相对最低的结构重量。优化后单根机臂减重90克,整机机臂减重360克,机臂减重达43%;优化后的中心板减重达203克,约减重35%。整机减重共计563克。对无人机结构静力试验结果与修正模型分析结果进行了对比分析,验证了结构有限元模型的可靠性。基于现有民用四旋翼无人机的技术手段,搭建了重载四旋翼民用无人机的飞行控制系统。根据设计要求对无人机结构部件进行了加工、组装和调试。阐述了采用手糊湿法铺设、真空袋加压、常温固化工艺制作碳纤维复合材料层合板的工艺流程。对碳纤维方管制作工艺进行了研究及改进,提出了制造质量高、易于脱模的低成本工艺方案。