扑翼飞行器因为其独特的飞行方式和优异的飞行性能,在军用和民用领域有着广泛的前景,所以在近年来成为了航空界研究的前沿和热点话题。由于扑翼飞行器同时具有大尺寸的运动变形和小尺寸的柔性结构变形,因此关于柔性扑翼飞行器在低雷诺数非定常流场条件下气动特性的研究一直是研制扑翼飞行器的重点和难点。本文以海鸥等大型鸟类为仿生对象,确定了一种双段式大变形柔性扑翼飞行器的设计方案,分别对其总体布局、外形参数、操纵方式、驱动传动结构、机翼结构与尾翼结构进行了设计。为了研究柔性结构变形对扑翼飞行器气动特性的影响,提出了一种适用于低雷诺数非定常流场中大变形柔性扑翼飞行器的流固耦合计算方法,利用格子玻尔兹曼粒子法计算低雷诺数非定常流场,有限元方法求解扑翼的动态结构变形,并利用浸入边界法将两个求解器耦合。随后建立了该扑翼飞行器的仿真模型,仿真分析了扑翼飞行器在低雷诺数非定常流场中的流场结构和气动力的产生机理,最后重点研究了各参数对其气动特性的影响。根据气动仿真结果,对不同设计参数进行了分析,建立了优化目标函数,优化计算了内段机翼扑动角分配比例和外段机翼扑动角,并且与之前的气动计算结果进行了对比,最终进一步对结构设计中各连杆的尺寸进行了优化。最后,制作了大变形柔性扑翼飞行器的样机,并通过飞行试验验证了设计的合理性,为柔性扑翼飞行器的进一步研究提供了重要的参考依据。