扑翼飞行器具有适应性强、隐蔽性好、飞行效率高等特点,在军事发展方面具有一定的战略意义,在民用方面具有巨大的实用价值与经济潜力。在扑翼飞行器的研究领域,机械设计与气动特性是两个重要研究点,但其中仍然有较多的问题亟待解决。本文的研究工作主要以这两个研究点展开。扑翼飞行器的扑动结构是其核心部分,为了确定扑翼飞行器的扑动结构与扑动函数,对扑动机构进行了筛选分析,针对四连杆机构的运动特点,对扑动机构进行了机械设计,并进行了机构的运动仿真,得到了扑动机构的运动曲线,且对运动曲线进行了拟合,归纳出了该类扑动机构运动函数的一般形式。该函数的一般形式与其他学者通过摄影拟合法得到的鸟类平飞扑动函数一致,从数学函数的角度证实了四连杆作为扑动机构的适用性。扑翼飞行器刚性翅气动特性是其飞行力学研究的基础,为了研究刚性翅的气动特性,以鸽子翅翼为仿生对象,进行了翅翼的建模,采用Fluent动网格技术,对刚性翅的扑动过程进行了数值计算,得到了刚性翅的升阻力系数曲线。另外,对刚性翅在不同攻角、频率、幅度下的升阻力特点作了研究,并得出了结论:升阻力都会因为攻角、幅度、频率的增加而增大,但幅值与频率的增加对升力的提升都是有限的,阻力却是持续增加的。扑翼飞行器的柔性翅气动特性是其飞行力学研究的核心。为了研究影响柔性翅气动特性的因素,建立了四种柔性翅模型:碳纤维柔性翅、无支架橡胶柔性翅、1mm厚支架柔性翅、2mm厚支架柔性翅。运用双向流固耦合技术进行了数值计算,得到了四种翅翼的升阻力系数曲线。通过比对有支架柔性翅与刚性翅的升阻力曲线,发现了大变形柔性翅的波动时域特征与高峰值特征,并分析了特征成因,提出了波动时域规律。为了验证波动时域规律的正确性,设计了高速摄影实验,对鸽子扑动过程中翅翼的变化情况进行了分析,分析表明鸽子的飞行过程与波动时域理论相吻合,证明了波动时域在柔性翅扑动中的重要性。