传统的飞行器是根据特定的飞行任务进行设计的，其固定的机翼外形通常只针对某一特定设计点是最优化的。飞行过程中飞行参数连续变化，机翼的几何外形在多数情况下都不是最优状态。变体飞行器可以针对外界飞行环境来改变自身的气动布局，从而达到最优化的飞行目标。可变形蒙皮材料是实现机翼可变形飞行器的关键技术之一。机翼要实现其弦长、展长、后掠角和面积等的大幅度变化，蒙皮必须能够承受足够大的变形，且在变形过程中要有足够的刚度来维持机翼的气动外形，同时在变形过程中蒙皮材料的剪切模量要尽可能的小以减少驱动器对能量的要求。近年来，随着复合材料及其加工工艺的出现，为变体飞行器的发展提供了良好的材料基础。本文立足于机翼可变形飞行器的研究现状，考虑到可变形机翼对蒙皮材料和支撑结构的要求，首先设计并研制了三种具有特殊功能的可变形蒙皮或蒙皮内部关键结构：具有负泊松比效应的变形蒙皮，基于气动肌纤维的主动可变形蒙皮和可嵌入蒙皮的变刚度管结构，并分别从理论和实验角度对其进行了研究；接着研究了两种可用于机翼内部支撑的蜂窝结构：Anti-tetrachiral负泊松比蜂窝和SILICOMB零泊松比蜂窝，并从有限元，理论和实验角度对其力学性能做了深入探讨；最后，本文还在此基础上设计并研究了一种可用于面内剪切变形的复合式机翼蒙皮结构，并对其变形和承载的能力进行了实验验证。考虑到变形机翼对柔性蒙皮的要求，本文设计并研制了三种具有特殊功能的可变形蒙皮。首先，制作了一种具有面内负泊松比效应的纤维增强柔性复合材料蒙皮，并对其建立了三维理论模型，用于描述蒙皮结构的弹性力学性能，理论模型的准确性通过实验结果予以验证。基于理论模型，分析和讨论了蒙皮结构的材料常数和几何参数与其面内负泊松比之间的关系。研究结果显示：通过合理化选择材料基本参数，可以得到能够满足特殊面内负泊松比和弹性模量要求的复合材料蒙皮结构。分析结果可以为设计具有负泊松比效应的可变形蒙皮提供理论参考。接着，从仿生角度提出了一种基于气动肌纤维的主动变形蒙皮。本文先设计并研制了一种小型的气动肌纤维，通过力学拉伸实验和输出力实验对其性能进行了表征。在此基础上，利用气动肌纤维和硅橡胶材料制成了主动变形蒙皮，并对其进行了输出力和承载力实验验证。输出力实验结果表明，通过调整输入气压来改变变形蒙皮的收缩率，可以实现蒙皮主动变形的效果。此外，蒙皮承载力结果显示，当主动变形蒙皮处于零收缩率时，可以通过调节气压值来改变主动变形蒙皮的横向刚度，从而解决蒙皮鼓包问题。最后，本文提出了一种可改变刚度的变形蒙皮概念，此种蒙皮的关键技术就是可嵌入柔性蒙皮的变刚度管结构。本文分别设计了两种基于柔性基体和形状记忆聚合物(SMP)的变刚度管结构，两者分别通过结构设计和材料本身来实现刚度(模量)的改变。本文分别对两种变刚度管建立了理论模型，用于描述其变刚度性能，理论模型的准确性通过实验方法予以验证。在此基础上，采用理论方法分析和讨论了两种管的材料常数和几何参数对其变刚度性能的影响，分析结果可用于指导设计具有不同变刚度性能的变形蒙皮。考虑到变形机翼对内部支撑结构的要求，本文设计并研究了两种具有不同泊松比效应的蜂窝支撑结构。一方面，采用熔融沉积快速成型技术制作了具有负泊松比效应的Anti-tetrachiral蜂窝样件，推导了可以用于描述蜂窝结构面内和面外弹性常数的理论公式，并从有限元和实验角度对理论公式的准确性进行了验证。在此基础上，利用有限元和理论方法对此蜂窝的面内和面外弹性力学常数进行了预测。预测结果显示，通过合理的选择几何参数，可以使得Anti-tetrachiral蜂窝具有最小的密度和最大的横向剪切模量(或面内弹性模量)，从而能够最大限度的发挥其高模量低质量的优势。另一方面，本文基于剪纸工艺(Kirigami)制作了一种具有零泊松比效应的弯曲型SILICOMB蜂窝结构。利用全尺寸有限元方法和循环压缩实验对SILICOMB蜂窝的面外刚度性能进行了研究，同时，实验结果还显示弯曲型SILICOMB蜂窝具有较大的面外变形能力和良好的变形恢复功能。此外，还采用有限元方法分析了几何参数对此蜂窝面外刚度性能的影响。最后，针对NextGen公司的滑动蒙皮结构存在的缺点，本文综合考虑已有的柔性表皮材料和蜂窝支撑结构，利用ANSYS有限元软件设计了一种适合于面内剪切变形的复合式机翼蒙皮结构。在此基础上，利用改进后的余弦型蜂窝支撑结构和氨纶织物增强柔性表皮制作了复合式蒙皮结构样件，通过有限元模拟对其面内变形能力和面外承载能力进行了分析和预测，同时采用剪切变形和承载力实验对其进行了实验验证。承载力实验结果验证了利用有限元方法设计蜂窝支撑结构和改进蒙皮结构性能的可行性，研究结果可以为设计面内剪切变形机翼提供方法指导和数据参考。