飞行器栖落机动的研究灵感来自于自然界鸟类的栖落飞行过程。飞行器栖落机动的特点是利用大迎角姿态产生高阻力,快速减速并实现精准的着陆而无需滑行跑道或大的回收空间。无人机也可以通过栖落机动停歇在制高点执行侦察等任务,而不需要消耗能量。飞行器栖落机动需要经历过失速阶段,气动力特性变得非常复杂,极大影响其飞行特性。本文以固定翼滑翔机为对象,通过飞行实验数据建立飞行器栖落机动的气动模型,然后以此为基础着重研究飞行器栖落机动的轨迹优化和控制问题。首先,建立了飞行器栖落机动的气动模型。运用FLUENT分析机翼在大迎角状态下的流动特性变化;根据飞行实验数据并参考气动理论模型提取滑翔机纵向运动气动系数;最后在得到飞行器气动模型的基础上建立动力学模型。其次,研究了飞行器栖落机动的轨迹优化问题。基于所建立的动力学模型,运用GPOPS优化软件设计了不同优化指标和约束条件下的最优的栖落机动飞行轨迹。研究分析了三种优化指标和不同飞行初始速度情况下的标称轨迹变化结果。随后,研究了飞行器栖落机动的飞行状态跟踪控制问题。针对栖落机动的落点控制问题,设计了比例导引与PI相结合的控制器,同时检验了控制系统的鲁棒性。仿真结果表明,PI-?控制比PI-?控制的轨迹跟踪效果好,但两种控制的鲁棒性比较差。为了提高控制性能,利用分段线性系统逼近原始系统,设计了分段线性时变最优控制律,并进行了理论证明与仿真分析。最后,研制了滑翔机栖落机动室内飞行实验平台并进行了栖落机动飞行实验。设计了栖落机动系统的硬件和软件架构,在实验平台上实现了基于俯仰角姿态反馈的闭环控制律。研究结果表明,栖落机动闭环控制比开环控制的落点精度高,从实验上验证了所提出的栖落机动控制方案的可行性。