本文主要针对直升机的飞行控制系统和机动飞行科目仿真进行展开研究。设计了直升机解耦控制器,研究了直升机的各模态控制规律。针对直升机的典型飞行任务,采用VisualC++6.0平台与OpenGL仿真软件开发了一套实时可视化演示系统。首先,建立直升机飞行动力学模型。通过计算各部件所产生的气动力与力矩,得出用于直升机机动飞行仿真的非线性动力学模型。同时在某些特殊飞行状态下(如悬停和低速飞行)进行小扰动线性化,该线性化模型用于直升机的俯仰、滚转偏航和高度等通道的控制器设计。其次,根据直升机在悬停和低速前飞状态的小扰动线性化模型,利用LQ方法对直升机的纵向通道和侧向通道进行控制器的设计,根据预先定义的性能指标,合理选择加权矩阵Q,R,然后通过对黎卡提方程进行求解得出最优反馈控制增益矩阵。再次,对直升机全状态方程进行解耦设计。本文利用隐模型跟踪解耦控制中内外回路设计的思想,将解耦设计分解为内回路和外回路两部分。在内回路采用基于特征结构配置的方法进行设计,使内回路获得良好的解耦控制效果。而外回路的则基于单回路经典设计方法,从而使得整个回路的解耦控制得到简化。然后,对直升机机动飞行科目进行仿真。为了使直升机机动飞行任务直观、形象化同时能够实时反映出直升机各状态的变化情况。本文采用VisualC++6.0开发平台,利用OpenGL三维仿真软件来渲染地理环境,如地形、天空、太阳、海浪的绘制,同时结合3DMax直升机模型导入到VC平台下显示。通过对直升机非线性动力学模型进行数值迭代解算,以及对直升机飞行控制模块的解算,针对直升机的纵向与横向机动飞行科目,如纵向机动飞行科目:悬停着陆,急跃升与急跃降,加速/减速机动飞行和鱼跃飞行,以及横航向飞行:协调转弯、蛇形飞行等进行三维仿真,并实时绘制直升机当前飞行状态如速度,位置,角速度以及操控量的动态变化曲线,通过状态变化曲线来判断直升机完成机动飞行任务的能力。最后,对本文的研究内容进行了总结,并针对直升机飞行仿真和控制系统设计方面提出了需要进一步研究的工作。