旋翼自转是自转旋翼飞行器定常飞行时的旋翼工作状态,自转旋翼无需发动机驱动,旋翼从相对来流中获得能量,维持稳定自转并产生拉力;同时,旋翼自转也是直升机旋翼的重要工作状态,它直接影响到直升机的飞行安全以及机上人员的生命安全;此外,很多复合式直升机在大速度前飞时,旋翼也会进入自转状态。因此,研究自转旋翼飞行器的飞行特性对于整个旋翼类飞行器都具有重要的意义。相比传统构型的直升机,自转旋翼飞行器由于其构型、操纵方式以及旋翼工作原理的不同,使得自转旋翼飞行器的飞行特性较为特殊,其建模方法也较为特殊和复杂。本文针对自转旋翼飞行器的飞行特性问题,开展了相关建模方法研究。将自由尾迹方法应用于自转旋翼的气动特性建模,引入自转旋翼桨叶挥舞运动模型和自转旋翼配平模型,解决了自转旋翼特有的转速配平问题,并采用加速算法解决了自转旋翼转速配平带来的计算量庞大、计算效率低的问题,建立了一种基于自由尾迹的自转旋翼气动特性分析方法,并经试验数据对比验证了该方法的有效性。相比传统的动态入流模型,该模型提高了气动特性分析的精细度和准确度。采用该方法对自转旋翼的气动特性进行了详细分析,揭示了自转旋翼诱导入流分布及尾迹形态的特点。针对传统的工程经验方法或半经验方法准确度低、普适性差的问题,提出了两种用于自转旋翼飞行器飞行性能分析的理论建模方法,并经试验数据对比,验证了两种建模方法的有效性。两种建模方法都可以准确分析自转旋翼飞行器的飞行性能,在基本分析法模型中,为了考虑桨盘诱导速度非均匀分布对需用功率的影响,本文应用自由尾迹模型的计算结果对诱导速度进行了修正;配平分析法相对基本分析法更精细、准确度更高,适合用于详细的飞行性能分析计算。采用上述建模方法对自转旋翼机及复合式自转旋翼机的飞行性能进行了分析,验证了增加机翼可以显著提高最大前飞速度的技术方案。建立了一种适用于分析复合式自转旋翼机的配平方法,解决了自转旋翼机增加机翼后带来的配平问题。机翼的增加虽然可以提高自转旋翼机的飞行性能,但对配平特性会有很大的影响。本文基于该模型,对两种自转旋翼飞行器,尤其是目前研究较少的复合式自转旋翼机的配平特性进行了研究,揭示了增加机翼升力面后的新的配平特性以及需要引起重视的设计问题。并基于该模型,进一步对复合式自转旋翼机的自转旋翼与机翼升力分配这一关键技术问题进行了研究。重新推导了增加自转旋翼转速自由度后的自转旋翼飞行器状态空间数学方程,并引入运动模态飞行轨迹及时域响应分析等方法,建立了一种适用于自转旋翼飞行器的操稳特性分析方法,对自转旋翼飞行器尤其是复合式自转旋翼机的操稳特性进行了详细研究。研究发现:机翼的增加对于自转旋翼转速模态的稳定性是不利的,可以考虑增加旋翼桨尖配重来提高此模态的稳定性。此外,机翼纵向位置对复合式自转旋翼机的纵向稳定性有显著影响,机翼纵向位置的选择应该综合考虑迎角稳定性和自转旋翼转速稳定性的要求。