单发直升机遭遇发动机失效后,只能采用自转飞行的方式着陆,着陆安全与否很大程度地取决于自转的操纵规律。本文从理论上分析了直升机自转的飞行状态,并用最优控制理论求解了最优自转轨迹。建立直升机自转的数学模型时,只考虑水平、垂直和俯仰方向的运动。取水平位移x、下降高度z、水平速度u、下降率w、俯仰角Θ、俯仰角速度q和旋翼转速Ω为状态变量,取总距θ0和纵向周期变距θs为控制变量,取直升机的接地速度为目标函数,可以将直升机的自转着陆问题表示成最优控制问题的形式。分析中考虑了驾驶员操纵滞后,着陆时俯仰角和俯仰角速度的限制,增距前旋翼转速下限,增距过程中总距、俯仰角和旋翼转速上限等因素的影响。优化计算采用参数优化法,将最优控制问题转化成SnOpt软件可以求解的参数优化问题,并以S-58直升机为例进行了求解。数值计算得到的自转最优过程与试飞数据吻合。通过优化计算,本文重点分析了驾驶员操纵滞后和旋翼转动惯量对自转的影响,求解了自转着陆点的范围,并得出了S-58直升机的高度—速度曲线。