无人驾驶飞机在军事和民用领域的优势日渐被人们所认识,正是由于无人机越来越多地被使用,其发生事故的次数也在逐渐增加,方向舵卡死故障是众多故障中的一种。方向舵卡死后,当航向稳定性大于横向稳定性时无人机容易步入螺旋运动,而螺旋运动是尾旋的前期表现,如果不对步入螺旋运动的无人机加以控制,其一旦步入尾旋,最终只能坠毁。本文针对方向舵卡死无人机步入螺旋运动的问题展开了研究。首先通过分析方向舵卡死产生的力与力矩,结合螺旋运动的物理成因,得出了方向舵卡死且在一定的条件下,无人机会步入螺旋运动。然后以正常无人机模型为基础,把方向舵卡死产生的力与力矩当作常值扰动,分别建立了常规布局无人机和差动平尾无人机与螺旋运动相关的模型。并在所建模型的基础上,从理论上分析得出补偿方向舵卡死产生影响所需其它舵面的补偿量,并且提出了根据其它舵面最大可控范围确定方向舵卡死角度范围的方法。算例分析表明,该方法是正确和可行的。在上述分析的基础上,本文重点进行了无人机改出螺旋运动的控制律设计。当方向舵面为不可控舵面时,提出了仅通过设计副翼通道的控制律使无人机步出螺旋运动的方法。在正常无人机侧向控制律的基础上,分别运用经典PID控制方法与特征结构配置方法设计了步出螺旋运动的控制律。仿真试验结果表明,本文所设计的控制律是可行的。最后,本文给出了基于VC++与Matlab混合编程的无人机螺旋运动控制软件包的设计与实现。