针对仿生射流表面减阻技术在变换流速的主流场中,很难达到最佳减阻效果的问题,设计一种能实现射流流态调节的仿生鳃结构,对仿生射流表面减阻理论,在实际工程中的应用有着重要的意义。本文在国家自然科学基金项目:仿生射流表面减阻特性及减阻机理研究(51275102)的资助下完成,旨在通过对鲨鱼鳃部射流运动特征分析,研制一种仿生鳃机构,并使之可以实现调节射流流态的功能。研究了鲨鱼头部外鳃裂部分的体态特征,得到了其头部和鳃部各特征的基本尺寸参数;通过实验研究,获取了射流孔结构组成与调节射流流态参数的原理,得到了鲨鱼鳃部肌骨结构的运动控制规律。基于IPMC人工肌肉材料柔性驱动特点,提出了仿生鳃单元的总体设计方案;建立了射流流态调节功能的理论模型;分析了仿生鳃板在流场中的受力情况,建立了流体动力学理论模型。使用拉格朗日法建立了仿生鳃摆动系统的动力学模型。提出了使用衬套连接的柔性连接件,创建IPMC直线驱动单元仿真模型的方法,并验证了该方法的准确性;使用CFD计算方法,研究了鳃板在不同摆动角度与不同流场速度中的受力情况,采用基于三角形的三次插补法,拟合了鳃板所受动压力与两者的二元函数关系;通过仿真分析,获取了IPMC直线驱动单元运动与射流流态调节的控制规律,验证了机构设计的合理性;研究使用橡胶薄板制成的仿生鳃板,在动压力作用下的大挠度变形问题,使之与刚性鳃板条件下射流流态参数的变化规律进行对比,求得了流态真实值到理论值的修正量λ的近似解。研究了关键零部件的3D打印加工方法,利用三维制造技术完成了仿生鳃单元骨骼系统的加工制造;基于ABS塑料在二次成型后,材料机械性质降低的情况,对鳃弓主要受力部件做了强度及刚度校核,验证了设计机构的机械性能可以达到使用要求;完成了仿生鳃单元的加工及装配,并用实验方法验证了机构设计的可行性与合理性。