复合式共轴高速直升机兼具高速飞行、垂直起降等诸多优势,在多个领域内具有广阔的应用前景,但亦存在动力学模型复杂,操纵冗余等问题,本文重点分析高速直升机动力学特性,建立数学模型,并设计全包线飞行控制律。首先,本文针对复合式共轴高速直升机的特殊构型,在分析其复杂的气动布局和交叉耦合特性的基础上,建立了共轴高速直升机的非线性数学模型,包括机体各部件气动模型、共轴双翼桨叶的挥舞运动方程以及共轴直升机非线性全量运动方程。其次,针对共轴高速直升机两套操纵机构的不同特点,将其操纵模式划分为悬停/小速度模式、过渡模式和高速模式等三种模式,设计了基于操稳性和最优推进功率的过渡模式及高速模式操纵分配策略,对共轴高速直升机不同前飞速度下进行了模型配平和分析,并通过配平结果对高速直升机模型进行了小扰动线性化分析和处理。再次,深入研究了共轴高速直升机两套操纵机构舵效分配机制,分别设计了悬停/小速度模式、过渡模式以及高速模式的控制律,并结合L1制导法设计了高速直升机高速模式轨迹跟踪制导律。最后,针对控制模式切换产生的控制量突变问题,采用惯性环节模式切换方法,实现全包线三模式自动平滑切换。数字仿真结果表明,所设计的控制律能有效稳定地实现高速直升机全包线飞行控制。最后,针对高速直升机低空悬停/小速度飞行任务,设计了悬停/小速度段的鲁棒H∞双回路抗扰控制器。仿真结果表明,本文所设计的鲁棒控制器能有效抑制低空悬停/小速度飞行过程中的扰动。并针对高速贴地飞行过程中障碍物规避问题,设计了以响应速度为控制目标的大机动飞行控制器,并形成了以航路重规划技术和大机动导引角避障技术为核心的贴地飞行避障策略。仿真结果表明,该避障策略效果良好,实用性较高,保证了共轴高速直升机的安全飞行。