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导读

本文以 PX4-Autopilot 官方文档中的 Autogyro Frames 索引 与 ThunderFly Auto-G2 改装记录 为骨架，结合仓库内的 Airframes Reference、机架启动脚本 与飞控源码，系统讲解自转旋翼机的气动优势、PX4 已支持的机架清单、Auto-G2 从零件清单到机械改装的全流程，以及SYS_AUTOSTART选型与全套参数默认值的含义。读完本文，你将能够在 PX4 上选择、组装并配置一架可飞行的自转旋翼机。

一、什么是自转旋翼机：工作原理与核心优势

自转旋翼机（Autogyro）是一种旋翼类飞行器（rotary-wing aircraft）。它的旋翼不被发动机驱动，而是在飞行中依靠相对气流"自转"（autorotation）产生升力，发动机只驱动推进螺旋桨。PX4 官方文档 Autogyro Frames 索引 归纳了它相比其他构型的优势：

1. 起降距离极短：相比固定翼飞机，自转旋翼机只需要很短的跑道即可起降。
2. 抗风能力强：对天气条件、尤其是阵风具有很高的耐受性。
3. 无动力旋翼带来本质安全的自动旋转：旋翼不依赖动力输入，本身即处于直升机的一种应急模式（autorotation）之中。因此出现故障时无需主动切换飞行模式，也无需降落伞等主动安全装置，飞行始终本质稳定。
4. 无下洗气流：起降时不会像直升机那样产生卷起灰尘的下洗气流（downwash）。
5. 可调的升阻比：升阻比（lift-to-drag ratio）相对较低，但可以通过构造参数调节。这一特性很有用——无人自转旋翼机在故障时虽然不像常规飞机那样能滑翔很远，但飞行依然是安全的，不会像多旋翼或直升机那样直接坠落。

需要特别说明的是，PX4 将自转旋翼机列为实验性机架（见 Vehicle Types & Setup > Experimental Vehicles）：该类型目前没有专职维护者、核心团队不进行常规测试、可能未纳入 CI、可能缺少量产机型所需的特性，也可能不支持该机型的某些常见配置。官方欢迎志愿者参与维护，贡献新特性、新机架配置或其他改进（参见 贡献指南）。

二、PX4 已支持的自转旋翼机机架

PX4 目前支持两类自转旋翼机资源，完整配置清单可在 Airframes Reference > Autogyro 中查看：

• DIY 自组机架：提供组装与配置教程。
  • ThunderFly Auto-G2（基于 Holybro pix32 飞控）——改装自 Durafly Auto-G2 遥控模型，含完整改装记录。
• 预装 PX4 的整机（RTF，即买即飞）：
  • ThunderFly TF-G2——无人自转旋翼机开发套件。
  • ThunderFly TF-G250——大气探空自转旋翼机。

从 Airframes Reference 的机架变体表中可以确认两条关键信息：

2.1 通过 SYS_AUTOSTART 启用机架

在 PX4 中，每种机架对应一个启动编号SYS_AUTOSTART。将参数SYS_AUTOSTART设置为17002（Auto-G2）或17003（TF-G2）后，系统会执行 ROMFS 中对应的启动脚本，自动加载全套参数默认值。对应脚本分别是：

• 17002_TF-AutoG2
• 17003_TF-G2

这两个脚本同时出现在 airframes/CMakeLists.txt 的 Autogyro 编号区间[17000, 17999]中，脚本头部标注了@type Autogyro、@class Autogyro，并在@output段声明了各执行器通道的用途。

三、ThunderFly Auto-G2 改装详解

ThunderFly Auto-G2 是基于 Durafly Auto-G2 Gyrocopter（翼展 821mm，PNF 套件）遥控模型改装而来的自转旋翼机，原始模型的部分零件被替换为 3D 打印件。该机架最初由 ThunderFly 开发，后演化为商业化的 TF-G2 平台。

原始 Durafly Auto-G2 的配置为：三叶旋翼，桨叶长 400mm、翼型 CLARK-Y；旋翼头仅能在 ROLL 轴倾斜；由方向舵和升降舵控制；套件内含聚苯乙烯机身、ESC、电机（约 800kV）、4 个舵机、尾翼翼型、3 片带旋翼中心件的桨叶、钢丝起落架和一个预旋器（prerotator）。

Auto-G2 的改装点共 4 项：

1. 加装自动驾驶仪（autopilot）
2. 旋翼头改为俯仰、滚转双轴自由度
3. 三叶旋翼改为两叶旋翼，并配备可安全断裂的旋翼中心板
4. 加装更大的起落架

3.1 自动驾驶仪安装

改装完成后的整机较重，因此推荐使用低重量飞控。官方改装记录使用的飞控为 Holybro pix32（详见 Holybro Pix32 飞控页），并曾使用过已停产的 CUAV nano。

飞控应安装在自转旋翼机底部的 3D 打印减震垫上，以隔离机身振动。在 17002_TF-AutoG2 中，SENS_BOARD_ROT 8参数表示飞控安装方向为"机头朝下、垂直安装"（对应 PX4 标准旋转量表中的值 8），改装时需要按照该安装姿态摆放飞控并完成加速度计/陀螺仪校准。

3.2 双轴旋翼头

与原机相比，旋翼头被修改为允许在滚转和俯仰两个轴向上运动。凭借这一点，旋翼不仅能控制转向，还能控制爬升。相比原机的方向舵 + 升降舵方案，在低空速下用旋翼进行航向控制依然有效。

打印旋翼头由三部分组成：

• 第一部分（Pylon end）：用 M2.5 螺丝拧在原有的胶合板塔架（pylon）上。
• 第一、二部分之间：由 M3x35 螺丝构成俯仰轴自由度。
• 第二、三部分之间：由 M3x30 螺丝配合自锁螺母构成滚转轴自由度，螺丝头朝向旋翼一侧配有加大垫圈。
• 第三部分：旋翼轴使用高强度 M3x50 螺丝穿过，轴承为 623 2Z C3 SKF。该部分末端通过 M2.5 螺丝连接球头拉杆，拉杆通向塔架底部的舵机。

注意：官方建议把原机舵机更换为质量更好的型号（如 BlueBird BMS-125WV），因为原舵机较弱，且在原始结构中它们相互"帮衬"、容易过载损坏。

3.3 两叶旋翼与可断裂中心板

改装将原三叶旋翼改为两叶旋翼，主要目的是降低振动并简化结构。打印的中心件既支持国产 Durafly 桨叶，也支持 3D 打印桨叶。旋翼中心件承担三个角色：

• 允许桨叶挥舞（flapping）；
• 设有变形区，触地冲击时优先断裂，通常只需更换一个零件即可快速修复旋翼；
• 便于设定桨叶攻角（AoA）。

HobbyKing 原装桨叶：可以使用打印中心件配合原装桨叶（"Durafly™ Auto-G2 Gyrocopter 821mm - Replacement Main Blade"，已停售）。HobbyKing 桨叶的质心位置与打印桨叶不同，因此必须做好配平。

3D 打印桨叶：打印桨叶仍在开发中，初步测试显示其质量更好（得益于形状精确、没有纵向沟槽），但部分生产工艺仍需调校。

配平：桨叶配平对减小振动至关重要。配平目标是让桨叶质心位于旋翼轴的中点。打印桨叶在制造过程中已完成配平，无需再平衡。

3.4 释放装置（可选）

如果想用绞盘或牵引绳发射自转旋翼机，需要打印一个释放装置：一个小盒子，内置舵机拉出插销、释放绳索。整个部件用热熔胶粘在机身底部的发动机下方。牵引时发动机必须关闭——例如在遥控器上把发动机通道输出归零，并在释放装置开关闭合前保持。

四、完整零件清单

改装记录在 thunderfly_auto_g2.md 中给出了完整的 BOM：

电子件

• 飞控：Holybro pix32（或已停产的 CUAV nano）
• GPS：GPS Module NEO-6M（带贴片天线）
• 空速传感器：SDP3x 系列差压传感器
• 更强舵机（可选，用于替换原舵机）：BlueBird BMS-125WV
• 释放装置专用舵机（可选）

机械件

• 旋翼头轴承：623 2Z C3
• 螺旋桨：APC 10x7
• 桨毂适配器（collet 式，19mm 外径 / 4mm 轴径）

打印件（STL 均在 ThunderFly-aerospace/Auto-G2 开源仓库的 CAD/stl 目录下）

• 旋翼头：Pylon end、Pitch part、Roll part
• 旋翼：中心垫圈（上/下）、带变形区的中心板、桨叶攻角设定垫圈、旋翼锁紧螺母
• 可选：旋翼桨叶、飞控支架、释放装置、前轮

推荐备件

• 质量更好的舵机（原舵机不耐用）
• 螺旋桨 APC 10x7
• 带变形区的旋翼中心板（3D 打印）
• 旋翼桨叶（HobbyKing 原装或 3D 打印）

五、固件层配置：从启动脚本到参数语义

机架选择后，PX4 通过启动脚本自动写入参数默认值。以下是 17002_TF-AutoG2 中的全部参数及其含义：

5.1 电源与安装

5.2 空速与油门

5.3 姿态与速率控制

5.4 执行器分配：旋翼与舵面

说明：CA_SV_CS*系列参数由控制分配器（Control Allocator）模块消费。从 src/modules/control_allocator 的源码结构看，分配器会依据各执行器的力矩贡献矩阵把期望力矩映射到每个通道，因此自转旋翼机可以通过舵面类型与力矩系数声明，把"升降舵/方向舵"与"旋翼头倾斜舵机"统一纳入同一套分配逻辑。@output段中 Auto-G2 的通道定义（Motor1=throttle、Servo1/2=rotor_head_L/R、Servo3=elevator、Servo4=rudder、Servo5=rudder 第二路、Servo6=wheel）正是这一分配结果的物理映射。

5.5 PWM 频率

自转旋翼机的舵机（旋翼头、升降舵、方向舵）均为常规模拟/数字舵机，因此三组输出统一采用 50Hz 标准舵机频率。

六、源码级佐证：为何自转旋翼机需要关闭空速缩放

在 fw_rate_control_params.yaml 中，参数FW_ARSP_SCALE_EN的说明明确写道：

"使用气动舵面时启用（例如固定翼）；使用旋翼类升力面时禁用（例如自转旋翼机）。"

该参数启用后，速率控制器会根据当前空速与配平空速（FW_AIRSPD_TRIM）的偏差，自动调整气动舵面的输出以补偿真实力矩变化。对固定翼这是必要的；但对自转旋翼机而言，主要控制力来自旋翼头而非常规气动舵面，空速缩放逻辑并不适用，因此在整机调参时（通常通过fw调参工具或 QGroundControl 的固定翼调参界面）应将该参数关闭。这一细节是官方文档未展开、但从源码可以直接确认的自转旋翼机专属调参要点。

七、从选型到试飞：完整操作路线

1. 选型：在 Airframes Reference > Autogyro 中确定机架。DIY 玩家选择 Auto-G2（SYS_AUTOSTART=17002），购买整机或开发套件的用户选择 TF-G2（SYS_AUTOSTART=17003）。
2. 固件烧录与机架选择：为飞控（如 Holybro pix32）烧录 PX4 固件，在 QGroundControl 的 Airframe 页面选择对应自转旋翼机配置，系统自动写入 17002_TF-AutoG2 或 17003_TF-G2 中的参数默认值。
3. 机械组装：按上文旋翼头、两叶旋翼、配平、释放装置的流程完成改装（仅 Auto-G2 需要）。
4. 传感器校准：完成加速度计、罗盘、水平、空速计与 RC 校准；注意SENS_BOARD_ROT的安装方向（Auto-G2 为 8，TF-G2 为 4）。
5. 执行器方向检查：依据@output通道定义逐一核对旋翼头左右舵机、升降舵、方向舵的行程方向，确保与飞控指令一致。
6. 调参：在固定翼调参流程基础上，关闭FW_ARSP_SCALE_EN（旋翼类升力面），并按 5.2/5.3 节 的空速与速率限制参数设定安全包线。

八、结语与贡献方向

自转旋翼机是 PX4 生态中一种兼具安全性与工程趣味性的实验性构型：短距起降、强抗风、故障时本质稳定的自转特性，使其在巡飞、大气探空、航测等场景具有独特价值。目前官方提供的配置仅有 Auto-G2 与 TF-G2 两条，属于"有维护者、可复现"的实验性机架；如果你有新的自转旋翼机改装方案，欢迎参考 贡献指南 提交新机架启动脚本（编号落在[17000, 17999]Autogyro 区间）与对应的 Airframes Reference 条目，共同完善这一机型的支持度。

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