柔性翼仿生弹药是一种具有柔性机翼结构的微小型固定翼飞行器,其能够在复杂环境中使用,能够对目标进行抵近侦察和攻击,是一种新概念无人作战系统。本文以柔性翼仿生弹药项目为课题背景,将微小型柔性翼飞行器作为本文的研究对象。由于柔性翼飞行器具有速度低、尺度小、质量惯量小等特点,其会面临飞行稳定性不理想、抗阵风能力弱的问题。本文基于柔性机翼的主动与被动结构变形研究了抗阵风扰动的控制方法,完成了对动力学建模与仿真方法的研究,并开发研制了柔性翼仿生飞行器。本文旨在为柔性翼仿生弹药发展奠定理论与技术基础。本文的主要工作包括:首先,研究了动力学建模方法。针对柔性翼飞行器的刚柔耦合运动以气动耦合关系为主的特点,在柔性机翼准定常气动弹性模型基础上,建立了柔性翼飞行器的线性化动力学模型。进一步根据柔性翼弹性模态频率明显高于飞行器短周期运动频率的特点,利用飞行状态与机翼结构变形慢时变分量间的准定常气动耦合关系,对动力学模型进行降阶,得到了低阶线性化动力学模型。此模型描述了柔性翼飞行器刚柔耦合运动的主要特征,降低了阵风减缓控制器的设计难度,提高了控制器的控制精度。其次,提出了刚柔耦合运动的时域仿真方法,为阵风响应与主动减缓控制方法研究提供了分析手段。在准坐标系方法基础上,将气动耦合关系与惯性耦合关系以作用力的形式引入飞行器的飞行动力学方程和柔性翼的结构动力学方程,通过交替计算刚体和弹性体运动状态,利用时间积分方法实现了刚柔耦合运动的数值仿真。本文提出的时域仿真方法能够给出飞行状态、机翼变形状态、翼根载荷等动态信息,能够全面地分析与评估阵风响应与主动减缓控制方法的控制效果。然后,研究了柔性翼主动变形进行阵风减缓的控制方法。本文设计了位于柔性翼翼尖的主动阵风减缓装置,其利用气动弹性原理控制柔性翼的扭转与弯曲变形。根据最优控制理论,设计了对飞行器姿态与加速度等多种运动状态进行控制的阵风减缓控制器。通过协调尾翼控制和柔性翼主动变形控制,使柔性翼飞行器获得了显著优于常规控制方法的阵风减缓控制效果。通过对机动飞行控制指令进行优化,还能够利用柔性翼主动变形显著提升柔性翼飞行器的机动飞行能力。最后,开展了柔性翼仿生飞行器的开发研制工作,并研究了柔性机翼的设计方法与加工工艺。本文借鉴了关于飞行生物的仿生学研究成果,设计了模仿鸟类翅翼的柔性翼仿生弹药。经过对设计方案的不断优化,最终使柔性翼的主动变形控制赋予柔性翼仿生飞行器更理想的飞行品质与更灵活的机动飞行能力。数值仿真与柔性翼仿生飞行器的飞行试验表明,采用柔性机翼有利于提高小型弹药对复杂环境的适应能力,柔性翼的主动变形控制能够使飞行器获得更好的阵风扰动减缓控制效果,并增强飞行器的机动飞行能力。