扑翼飞行器是具备鸟类或昆虫飞行特性的一种智能机器人,其通过扑动翅翼从而获得飞行所需的动力。由于其具备较强的灵活性和隐蔽性,因此在军事和民用等领域有较强的应用前景。现有的大部分扑翼飞行器都具备柔性翅翼,但有关柔性翅翼的基本设计参数、气动力模型等研究较不完善,一些针对其流体仿真的研究中并未体现翅翼柔性变化的影响。为了解决上述的问题,本文设计了一台具备柔性翅翼的大型扑翼飞行器,对其进行气动力理论建模、机械结构设计、流体仿真分析等研究工作,并最终加工装配样机,完成飞行试验。相关研究内容如下:研究分析鸟类的身体结构、羽毛组成、飞行方式和翅膀的受力情况,根据上述研究设计扑翼飞行器的基本方案,通过鸟类的尺度率得到飞行器基本设计参数;分别对飞行器的柔性翅翼与尾翼进行气动力建模分析,并使用Matlab进行数值模拟仿真,分别得到翅翼的推力、升力曲线和尾翼的滚转力矩、俯仰力矩、偏航力矩曲线,验证了扑翼飞行器理论模型的方案可行性。对扑翼飞行器的机械结构进行设计建模。根据电机转速与扑动频率间的关系设计齿轮减速机构;由翅翼在扑动时的变化规律,设计了相应的结构实现方案;分别对扑动机构与尾翼机构建立相应的运动学模型,根据机构中各角度的关系分别计算出各杆件的长度,并在Solidworks完成三维建模工作后,在Adams中进行运动学仿真,验证了该设计方案的可行性;后续对各机构在机体上的位置进行规划,以保证扑翼飞行器重量的分配合理性。对扑翼飞行器模型进行流体仿真分析。分别采用XFlow流体仿真和XFlow×Abaqus流固耦合联合仿真两种研究方法分析气动力的产生过程,经结果对比后发现针对柔性翅翼的分析,采用流固耦合仿真的方法更贴合实际变化过程,并且柔性翅翼拥有更好的气动性能。将流固耦合仿真的结果与气动力理论模型做对比分析,找出二者间存在差异的影响因素。之后分别从翅翼的斜梁位置、柔性程度、空气相对流速、机体俯仰状态、扑动角度等条件下进行研究,得出影响气动力的因素,为后续的样机制作和飞行试验提供指导。对扑翼飞行器上各零部件进行加工并装配成实体样机。在样机上安装遥控系统后,测量其重量和尺寸等基本参数。为保证其在空中飞行的可靠性,在地面上测试遥控系统和样机整体结构的稳定性。最后在飞行场地完成扑翼飞行器的飞行试验,并记录相关飞行数据。