空气舵系统是高超声速飞行器姿态控制的常用执行部件,其动力学特性对控制系统设计及飞行性能有重要的影响。由于空气舵系统传动机构中各运动副间存在不可避免的内部间隙,使得舵面偏转时运动副铰链会产生碰撞与摩擦,会降低空气舵系统传动精度,进而导致飞行器控制性能变差。因此,开展舵系统各部件非线性因素的识别和非线性参数测量实验研究,并揭示间隙、摩擦、碰撞等对空气舵系统动力学行为的作用规律,对空气舵系统的结构轻量化设计、控制系统综合、动态响应品质提升等具有重要意义。本文的主要研究内容如下:（1）针对空气舵系统传动机构存在非线性参数难以精确获取的困难,分别设计了舵系统连杆轴承间隙、接触刚度等非线性参数测量实验。通过将轴销的小位移测量问题转化为柔性悬臂梁大应变测量,实现了轴承间隙的精确测量;在此基础上,开展了静态加载和动态加载两种模式下的接触刚度测量。（2）设计了空气舵系统动力学实验平台并开展了空气舵系统非线性振动实验,给出空气舵系统频响特性曲线随激振力幅值变化的规律。实验结果表明,小幅值加载时空气舵系统呈现出刚度渐软特性,随着激振加载力的增加,系统又呈现出硬刚度特性。（3）针对空气舵系统非线性结构动力学建模问题,采用实验测量数据和多项式非线性状态空间辨识相结合的建模思路,发展了一种空气舵系统非线性动力学数据驱动建模方法。实验结果表明,该方法得到的低阶非线性动力学模型与实验验证数据吻合度较高,相位跟踪准确。