倾转旋翼机是一种介于直升机和固定翼飞机之间的飞行器，兼有直升机垂直起降、空中悬停和固定翼飞机高速飞行的特点与优势。倾转旋翼机虽然具备诸多优点，但也带来许多新的技术挑战：机械结构复杂、纵向稳定性差等。为了解决倾转旋翼机的纵向稳定性、机械结构复杂以及如何获得更大飞行速度、载重量等问题，本文提出一种新型倾转四旋翼机：采用四台涡桨发动机与可变距螺旋桨构成推进系统，抛弃了传统倾转旋翼机所采用的复杂周期变距机构，可降低机械结构复杂程度，提高系统的可靠性和可维护性，而且可有效地避免旋翼周期变距的操纵耦合特性，同时由于对称的动力布局可提高系统纵向稳定性，而动力系统的提升，就能够大幅度提高飞行速度和载重量。因此，倾转四旋翼机是一种非常有前景的飞行器。为了探讨倾转四旋翼机的操控性能及可行性，本文针对该型飞机开展了飞行/推进系统的建模、控制及试验技术研究：　　(1)建立了倾转旋翼机推进系统综合模型：首先针对涡桨发动机，基于部件级建模方法，按照发动机气路顺序建立了涡桨发动机各部件的数学模型；其次基于经典的动量理论和叶素理论建立了螺旋桨的空气动力学模型，推导了螺旋桨受到的力、力矩以及消耗的功率，并考虑了螺旋桨在地面悬停时所产生的地面效应；通过功率的供求关系将涡桨发动机数学模型和螺旋桨数学模型综合在一起，获得了倾转旋翼机推进系统综合模型，建立了综合模型的稳态和动态求解平衡方程；最后对推进系统分别进行了稳态和动态仿真，结果表明所建立的模型是可靠有效的。　　(2)提出了涡桨发动机全状态调节计划，并基于RT-LAB开展了推进系统实时控制仿真研究：首先对RT-LAB平台的架构、工作原理和外部接口进行研究；其次以推进系统模型为基础，开展螺旋桨控制回路和燃油控制回路的控制律研究，提出了一种基于GSA-LSSVM推力估计器，并基于此设计了直接推力控制器；在此基础上提出了基于推力闭环的调节计划，然后设计并分析了每一个飞行状态下的控制规律，最后建立了控制系统的数学模型，开展了涡桨发动机全状态控制仿真试验，结果表明调节计划和控制律设计合理、有效，可以获得较为理想的推力控制效果。　　(3)建立了倾转旋翼机数学模型并进行了稳定性分析：以XV-15倾转双旋翼机为参照，采用分体法，建立飞机各部件的空气动力学模型，从而求得各部件所产生的力和力矩；通过用于建立螺旋桨模型的叶素理论来建立旋翼的动力学模型和旋翼挥舞角表达式，采用成熟的升力线理论建立机翼、机身、平尾和垂尾的动力学模型，同时考虑了旋翼对机翼的气动干扰、短舱倾转对重心和惯性矩的变化；在Matlab/Simulink仿真环境中建立倾转旋翼机非线性仿真模型，对倾转旋翼机各个飞行模式进行了配平，并与NASA的GTRS模型以及XV-15实际配平结果进行比较，验证了所建模型的准确性和合理性；最后对非线性仿真模型进行线性化获得状态空间矩阵，对特征值和倾转旋翼机的稳定性导数进行了分析，进而阐述了倾转旋翼机各个飞行模式下的稳定性。在此基础上建立了新型倾转四旋翼机数学模型，为飞行控制研究提供了对象。　　(4)提出了新型倾转四旋翼机的操纵策略和直升机模式下飞行控制律设计方法，实现了对给定轨迹的精确跟踪：首先，在研究传统倾转旋翼机飞行操纵分配的基础上，提出了倾转四旋翼机在各飞行模式下的操纵分配策略；其次分析了非线性反演法的优点和缺陷，结合了非线性反演控制抗扰动的鲁棒性和PID控制抗不确定性的鲁棒性特点，针对其直升机模式提出了一种姿态、高度和位置的积分反演控制器设计方法；最后通过给定复杂飞行轨迹仿真验证了飞行控制律的有效性。　　(5)提出了两种捷联航姿系统设计方法：1）研制了基于DSP和MEMS传感器设计的低成本捷联航姿系统，极大地减小航姿系统的体积、降低功耗，大大降低了成本；通过基于扩展卡尔曼滤波器的多传感器数据融合算法大大提高了系统精度。最终通过仿真分析表明系统的精度达到了设计要求。2）提出了基于基准参考向量反馈的航姿解算算法：分析了航姿系统的核心问题-陀螺仪漂移，从控制的角度提出一种通过加速度传感器和磁阻传感器对陀螺仪进行修正的多传感器数据融合算法，提高了系统精度，解决了陀螺仪漂移问题，给航姿系统的算法设计开辟了一条新的道路。　　(6)研制了一种倾转四旋翼机的飞行控制系统并进行了直升机模式下的飞行验证：首先，在飞控电路板上集成了飞行控制计算机、惯性导航系统和大气数据测量系统，完成了机载飞行控制系统的综合，包括：飞控电路板、电源模块、无线数据传输电台、GPS定位接收模块、电子调速器、高精度数字舵机、PPM信号合成模块等；其次完成了机载飞行控制软件和地面测控软件的设计；最后对直升机模式进行了复杂航迹飞行试验验证，结果表明具有良好的位置控制精度，验证了倾转四旋翼机飞行控制律的有效性。