● 摘要
直升机贴地飞行能力是直升机低空突防技术的关键，改善直升机贴地飞行控制系统，可以提高直升机低空突防的生存力。本文围绕直升机贴地飞行控制相关技术进行了研究，主要包括：直升机建模，综合控制系统设计，数字地图预处理，航迹规划以及飞行仿真验证。
研究了直升机的操纵特点，详细推导了直升机质心动力学和运动学方程，应用小扰动线化理论建立了直升机模型。对直升机动力学特性进行了分析，结果显示直升机在自然工作状态下存在严重的不稳定性和耦合性。
独创性地将特征结构配置方法与广义预测控制理论相结合，设计了直升机贴地飞行综合控制系统。基于特征结构配置的方法，根据《美国军用旋翼飞行器驾驶品质要求》（ADS-33E），设计了直升机内环控制律，实现了直升机的增稳和解耦。在内环控制律设计的基础上，基于广义预测算法完成了直升机外环航迹跟踪控制律的设计，并在MATLAB环境中对经典机动飞行科目进行了仿真验证。仿真结果显示，该综合控制系统能够指导直升机在很小的误差范围内完成经典机动科目的跟踪飞行。
完善了直升机贴地飞行安全飞行曲面的建立和基于最优控制理论的航迹规划。在数字地图的建立过程中，考虑直升机机动飞行能力的限制将其转化为任务地形的限制，通过将坡度限制法和曲率限制法有机结合形成了综合地形的平滑算法，完成了直升机贴地飞行安全飞行曲面的建立。通过将地形模型和飞行器运动方程有机结合，将有约束控制问题转化为无约束控制问题，降低了方程的阶次，利用极大值原理获得了航迹规划的求解方程，最终完成了以飞行时间和隐蔽性为综合性能指标的直升机贴地飞行航迹规划。