自古以来人类就梦想能够像鸟儿一样飞行,而仿生扑翼飞行器效仿了飞行生物众多优点,具有隐蔽性好、飞行效率高、噪声小、机动性能好等特点,因此研制出像飞行动物一样机动且灵活的飞行器已经成为无人机发展的一个重要方向,仿生扑翼飞行器的研究逐渐成了研究的热点。本课题的研究目标为实现扑翼飞行器复杂多样化的飞行姿态,其中以仿生学研究为基础,以动态特性分析为核心,以多飞行模式扑翼飞行器的设计与优化为最终目标,来设计多模式空间扑翼运动机构,使其实现扑动-扭转-折叠三种运动的组合运动,进而研究其运动学、动力学及空气动力学特性。本论文的主要研究内容如下:(1)根据鸟类身体结构特点,分析了鸟类扑翼飞行的特点及气动机理;通过尺度律分析、仿生尺寸参数计算,确定了设计目标;通过仿鹰扑翼气动力估算,明确了起飞、巡航、降落三种典型飞行模式下的飞行参数,为多飞行模式仿鹰扑翼飞行器设计提供理论和仿生学依据。(2)根据飞行器功能需求同时考虑到经济性、功能多样性、结构简单等原则,确定了仿鹰扑翼飞行器的结构方案及仿鹰扑翼机构多飞行模式运动机制的切换原理,同时通过虚拟样机技术对飞行器整体结构进行了建模,对其运动学可行性进行了综合分析,从理论上验证了方案的可行性。(3)建立了多飞行模式仿鹰扑翼机构的运动学和动力学数学模型;分析了仿鹰扑翼机构在不同飞行模式下的运动学特性,同时基于拉格朗日方程,建立了动力学方程,初步计算了曲柄平衡转矩、内外段翼铰接点受力等动力学参数,为飞行器结构优化和飞行稳定性和灵活性分析奠定了基础。(4)建立了多飞行模式仿鹰扑翼气动力计算模型,对扑翼飞行器扑动、扭转产生的气动力进行合成与叠加;通过XFlow软件,分析了多飞行模式仿鹰扑翼运动流场结构及气动特性,研究了巡航飞行模式下来流速度、扑动频率、扑动角度、扭转角度对复合运动扑翼气动特性的影响。(5)以巡航飞行时最小输出功率为优化目标,建立了参数优化模型;基于粒子群优化算法原理,利用MATLAB软件仿真优化运动参数,同时根据优化后的运动参数完善了仿生扑翼飞行器三维模型。