从飞行器诞生到现在只有较少的固定翼飞机能够实现垂直起飞并得到实际应用,其中包括英国的“鹞”式、前苏联的雅克-141和美国的F35B凭借自身的动力系统实现垂直起飞。虽然在垂直起飞飞机的研制过程中取得了大量的研究成果,但是在固定翼飞机垂直起飞过程中均不可能避免的消耗大量的燃油,无法实现最大载荷起飞。同时在飞机起飞完成后,升力发动机一直处于不工作状态,成为不利于飞机飞行的死重。本文提出一种利用具有垂直起飞功能的飞机（称为:驮机）驮载常规三角翼固定翼飞机（称为:目标飞机）实现其垂直起降,并将此种方法称之为复合垂直起降方法,相比于实现单架飞机垂直起降,这种方法在垂直起降阶段并不消耗自身燃油,并且驮机的驮载能力保证了目标飞机实现更远的飞行距离或者装载能力。本文在研究复合垂直起降方法过程中,主要分为复合垂直起飞和降落两部分进行研究。首先基于计算流体力学方法对复合垂直起飞进行研究。利用设计的两架飞机的气动外形（分别为驮机的气动外形和常规三角翼飞机的气动外形）对复合飞行过程的气动参数进行理论计算和动态分离过程进行仿真评估。得到在不同的安装参数（包括:安装高度、安装角）和飞行状态（包括:飞行攻角、飞行速度、飞行高度）下的气动数据。通过对得到的相关数据进一步分析,可以得到满足分离条件的可行域,并在可行域内成功实现目标飞机的分离过程的动态模拟,在理论上证明分析方法的可行性。其次通过设计无人驮机和改装的仿苏35气动外形的固定翼飞机进行复合垂直起飞实验。对无人驮机的动力布局与动力学建模、机体结构设计与有限元分析,加工组装无人驮机、连接分离机构设计和制造、控制系统设计和调试。通过计算流体力学分析无人驮机螺旋桨与苏35的气动外形的气动耦合,得到两架飞机在不同安装参数与飞行速度下的气动力（包括升力、阻力、扭转力矩、五个螺旋桨的转速）变化规律。通过分析数据,得到两架飞机满足分离的安装参数和分离时的速度区间。在实际的多次无人驮机驮载固定翼飞机垂直起飞、空中悬停、水平加速、空中分离实验中,成功验证该方法与技术路线的可行性,为驮机的进一步设计提供具有实用工程意义的参考。最后对复合垂直降落中关键技术——空中对接技术进行研究。提出了基于视觉导航技术,实现了两架飞机在飞行过程中进行垂直自主对接的新方法。由于飞机在飞行中受到气流扰动和自身的控制等因素,导致两架飞机在空中进行对接过程中位置与姿态会发生小范围的变化;为了解决上述问题,提出了用摄像机以一定角度固定在驮机上,通过采集和识别目标飞机的三组起落架轮胎中心的像素坐标和P3P（Perspective-3-Point）算法,解算出目标飞机起落架相对于追逐飞机的位置与姿态。通过规划追逐平台的路径和对接速度完成对接。为了验证此对接方案的可行性,在目标飞机的位置分量与姿态分量产生多自由度变化时进行对接实验,成功的实现追逐平台与目标飞机起落架的动态对接,证明了导航对接方法的可行性。本文主要研究了垂直起飞与降落阶段的基本原理、仿真评估和实验。验证了复合垂直起降方法的可行性,以及利用单目视觉实现自动对接在垂直降落阶段的可行性。通过本文的研究,期望为将来实现固定翼飞机的垂直起降提供一种通用解决方法,为实现我国固定翼飞机的垂直起降作出贡献。