电控旋翼,也被称为无自动倾斜器旋翼,具有其特有的气动特性,是21世纪初提出的一种新概念旋翼系统。电控旋翼气动力模型和电控旋翼直升机飞行力学模型是开展电控旋翼直升机气动特性研究的“基石”。鉴于此,本文首先建立了适用于电控旋翼气动特性分析的电控旋翼气动力模型,并结合电控旋翼直升机其他部件气动力模型发展了可用于飞行特性分析的电控旋翼直升机飞行力学模型,在此基础上对与电控旋翼直升机气动特性相关的若干关键问题进行了深入研究。主要研究工作包括以下几部分:(1)电控旋翼气动特性研究。首先,建立电控旋翼气动力模型,完成了带襟翼翼型气动力模型,包括带襟翼翼型非定常气动力模型和基于CFD数值吹风查表法的带襟翼翼型气动力模型;建立了精确的电控旋翼入流模型,包括电控旋翼自由尾迹模型和电控旋翼有限状态尾迹模型;推导出电控旋翼挥舞响应的显式表达及襟翼操纵与桨叶变距之间的关系。其次,基于改进型电控旋翼试验系统进行电控旋翼稳态操纵响应试验,试验结果与理论值符合程度总体良好,验证了所建立的电控旋翼气动力模型的正确性。最后,建立电控旋翼风洞配平模型,在此基础上开展电控旋翼气动特性理论分析,并对比了电控旋翼与常规旋翼的气动特性差别。(2)电控旋翼直升机配平与操纵特性研究。基于电控旋翼直升机各部件气动力模型完成其飞行力学模型,以样例电控旋翼直升机为研究对象,首先,开展电控旋翼直升机配平特性分析,总结出桨叶预安装角变化对电控旋翼直升机配平特性的影响规律,并对比其与常规直升机的配平特性差别;其次,针对电控旋翼特有的操纵耦合问题,提出一种电控旋翼直升机操纵解耦方法,该方法可有效解决电控旋翼直升机特有的操纵耦合问题,显著提高了电控旋翼直升机的操纵特性。(3)基于主动控制的电控旋翼直升机性能改进研究。首先,基于改进后的电控旋翼直升机飞行力学模型,在开环控制下分析主动控制对电控旋翼性能的影响规律,总结并揭示出利用主动控制改进电控旋翼性能的机理,并开展相应的常规直升机性能改进研究,对比前述两种直升机性能改进效果。其次,基于高阶谐波控制算法,建立一套适用于电控旋翼直升机性能改进的闭环控制算法,并进行了仿真验证。通过本文仿真测试及试验研究,从根本上掌握了电控旋翼直升机的气动特性。气动特性分析研究表明,将主动控制技术与电控旋翼技术结合可充分挖掘电控旋翼潜力,恰当的高阶谐波操纵可有效提升电控旋翼直升机性能。