近年来旋翼无人机由于轻便、灵活、体型小的特点而备受瞩目,其应用场景也逐渐丰富。在一些场景中飞行器进入受限环境中工作,与近处的平面如地面、顶面、墙面等发生近面效应,气动特性发生变化,可能影响飞行器的飞行轨迹和控制稳定性。为了避免近面效应的不利影响,并尽可能将其转化为有利因素,对近面效应原理和规律的研究显示出了迫切且重要的意义。本文针对小型旋翼无人机的近面效应问题,从旋翼的气动特性研究入手,借助计算机数值模拟技术和实验手段,对近面效应进行了测试和分析,主要开展了以下研究工作:首先明确了小型旋翼飞行器近面效应的定义,并根据旋翼近处平面的形状、位置以及作用方式将近面效应划分为多种情形,然后对本研究涉及的计算流体力学基础和数值计算方法的流程和步骤进行了详细阐述。随后分别对无限近面效应和有限近面效应下的流场进行了数值求解模拟,获得了旋翼气动特性数据和可视化流场。旋翼升力数据表明,近面效应对旋翼升力的影响与平面的位置和形状有密切的关系。基于旋翼升力数据对近面效应造成的旋翼升力变化建立了数学模型,模型拟合的曲线表明所建模型可准确地描述近面效应下的旋翼升力变化。基于可视化流场对近面效应的原理进行了分析和讨论,结果表明近面效应影响了旋翼周围流场的气流方向、压强及涡度等量的分布,进而影响了旋翼升力。之后进行了四旋翼无人机的飞行控制仿真,建立了四旋翼无人机的动力学模型,设计了加入旋翼升力前馈补偿的控制器并分析了系统稳定性,搭建了四旋翼无人机飞行控制系统仿真环境,对近面环境下的四旋翼无人机高度控制进行了仿真。仿真结果表明在顶面效应影响下的四旋翼飞行器高度控制效果欠佳,而加入升力前馈补偿后控制效果有较大提升。最后进行了近面效应旋翼升力验证实验和近面环境下的飞行控制实验。近面效应旋翼升力测试结果与数值计算所得数据一致性良好,且所建模型可以准确地描述实际环境中旋翼的升力变化,验证了本课题通过计算机数值模拟技术所得结论和模型的合理性和可靠性。应用本文设计的控制器,四旋翼无人机在近面环境下的实际飞行效果良好,验证了控制仿真结果,证明了本文近面效应研究的正确性和实用性。