进入21世纪以来,城市交通、城内执法和抢救、规模化农场化农业、军事运输等需求使飞行(陆空)车辆开发和研究成为热潮。自转旋翼飞行车辆以其跳飞、定点降落、发动机空中停车安全降落、简单廉价等优点,成为飞行车辆的重点发展方向之一。本文采用理论、计算流体力学(CFD)和试验的分析方法,研究了两个典型飞行工况下自转旋翼飞行车辆的空气动力学特性。论文研究对自转旋翼飞行车辆的设计具有指导意义。自转旋翼飞行车辆平飞时自转旋翼的气动力学模型由旋翼诱导速度模型、桨叶挥舞模型、自转旋翼的力和力矩组成;车辆平飞动力学模型由各构件的气动力学模型组合而成。本文采用Glauert格式Dress系数的诱导速度模型,根据动量理论和叶素理论,推导了桨叶挥舞模型及自转旋翼的力和力矩,对螺旋桨、车身和尾翼建模,建立了平飞时自转旋翼气动力学模型和车辆平飞动力学建模。利用两模型仿真自转旋翼飞行车辆(1:3缩比样机)平飞工况,计算自转旋翼气动特性和飞行车辆(1:3缩比样机)平飞性能。平飞性能参数可作为流场数值模拟的初始条件的参考值,两模型可指导飞行车辆设计。建立了自转旋翼飞行器(飞行车辆)平飞时自转旋翼非定常场数值模拟方法,经Niemi试验验证,计算精度达85%;又建立了平飞时整机(车)非定常场数值模拟方法,经VPM M16飞行试验验证,计算精度达80%。将两方法应用到自转旋翼飞行车辆(1:3缩比样机)平飞工况,分别计算了自转旋翼、螺旋桨、车身(车身/尾翼)、自转旋翼/螺旋桨、自转旋翼/车身、螺旋桨/车身以及整车(自转旋翼/螺旋桨/车身)非定常场,总结了自转旋翼非定常场中旋翼诱导速度的分布规律和自转旋翼、螺旋桨和车身间的气动干扰规律,量化了螺旋桨和车身对自转旋翼的气动干扰系数。并利用气动干扰系数修正了自转旋翼飞行车辆平飞动力学模型。建立了考虑瞬态总距突增的跳飞旋翼气动响应模型,经NACA试验验证了有效性;又建立了考虑瞬态总距突增和地面效应的自转旋翼飞行车辆跳飞动力学模型,通过自转旋翼飞行车辆试验样机(1:8缩比样机)的跳飞试验进行了验证,计算精度达95%。统计了四个简化跳飞模型和本文跳飞模型对试验样机跳飞的仿真结果和试验数据间的跳飞高度间均方差百分比(PSME)和最大跳飞高度误差(MHE),进一步分析了总距突增、地面效应和诱导速度对旋翼气动特性和样机跳飞性能的影响,分析结果表明:估算跳飞性能或快速设计跳飞系统时,可以忽略总距突增、采用数值诱导速度、重视地面效应。分析了试验样机跳飞旋翼诱导速度分布规律,得出:某站位处诱导速度随跳飞时间先线性后呈抛物线,某时刻诱导速度随径向站位近似呈线性。最后利用本文建立的跳飞动力学模型计算了自转旋翼飞行车辆(1:3缩比样机)的和原型车的跳飞性能。跳飞动力学模型可用于跳飞性能的预测或系统设计。针对外廓尺寸受限,桨盘载荷大,常规的旋翼预旋跳飞和动力学模型对自转旋翼飞行车辆原型车失效的问题,提出了飞轮跳飞方案。基于飞行车辆尾翼能够克服的反扭矩,推导了飞轮惯量计算模型,以跳飞动力学模型为基础,构建大桨盘载荷自转旋翼飞行车辆的非零前进比飞轮跳飞动力学模型。分析了飞轮对飞行车辆跳飞性能的影响,并利用新建模型计算了原型车的跳飞性能。飞轮跳飞可将具有传动系统的自转旋翼飞行车辆的滑跑起飞改造为跳飞,提高了飞行车辆的机动性。