扑翼飞行是人们最熟悉但也是最复杂的一种飞行方式,随着微型飞行器(MAV)的兴起,扑翼飞行方式才重新进入人们的视野,虽然已有多种微型扑翼飞行器试飞成功,但仍有大量扑翼飞行的流动现象等待探索。在众多的探索方法中,风洞实验是一种重要的研究手段。和固定翼的风洞实验相比,扑翼的风洞实验存在着流场要求高、运动模拟困难、测控难度大、数据处理繁杂、数据量大等特点。论文以微型扑翼飞行器的风洞实验方法为研究对象,搭建了扑翼风洞实验的测控系统,并开展了对扑翼实验的数据处理方法、测控系统性能检测、变形测量方法、复杂运动模拟等方面的研究,解决了扑翼风洞实验中的多项难题。论文建立的扑翼风洞实验系统成功应用于课题组的项目研究,有效推动了微型扑翼飞行器的研究。论文结合微型扑翼飞行器风洞实验的特性和要求,建立了基于高精度变幅扑动机构的微型扑翼飞行器风洞实验的硬件环境。根据扑翼实验的要求,以扑动机构作为硬件环境的基础,先后设计并制作了三套用于扑翼实验的扑动机构,实现了系统对扑动频率控制精度高,扑动幅度可调的要求;并从扑翼实验的参数测量需求出发,建立了对扑翼能量特性、扑动规律、翼根扑动转矩等扑翼特有参数的测量方法,并分析了扑翼对实验风洞、测力天平、环境参数的要求;最后,以基于FPGA(Field-Programmable Gate Array,即现场可编程门阵列)的CompactRIO-9036(一款可重新配置的嵌入式测控系统,后文简称C-RIO)测控终端作为测控中心,通过选择合适的测量和控制I/O模块,将扑翼实验的测量和控制功能有机的结合,系统地建立了微型扑翼飞行器风洞实验的整个硬件环境。论文研究并建立了微型扑翼飞行器风洞实验的软件环境,以硬件环境为基础,在基于虚拟仪器的LabVIEW软件编译环境下,构建了包括上位机、C-RIO和FPGA在内的三平台软件运行架构;分别完成了FPGA程序、C-RIO实时系统程序、上位机程序、FPGA与C-RIO之间的数据通信和C-RIO与上位机之间的数据通信五个方面的程序设计;最后构建了FPGA的项目管理器,并按照软件系统的运行流程,设计了功能完备、操作简便、模块分明、界面清晰的人机交互界面。论文研究了扑翼风洞实验的实验方法和数据处理方法,并测试了实验系统的测控性能。结合扑翼实验的特点,提出了采用正交实验设计和全面实验相结合的实验方法;并研究了用于扑翼实验的几种数据处理方法,包括滤波处理、惯性力与气动力的分离处理、轴系的换算处理和扑动翼输入功率的计算方法;最后通过零漂测试、静态加载测试、动态加载测试、以及各传感器的校准测试等方法对整个实验系统的测量性能进行了测试,并分析了系统的测量精准度,测试结果表明,测控系统的控制和测量性能都能够满足扑翼实验的要求。论文利用建立的微型扑翼飞行器风洞实验系统,对某型具备扑动/滑翔能力的微型飞行器的气动特性进行了研究,主要分析了扑动翼分别在滑翔和扑动状态下的气动特性,并对扑动翼的功率特性进行了初步研究。实验结果表明,论文建立的实验系统在具体的扑翼风洞实验中发挥了良好的作用,功能和性能能够满足扑翼实验的要求。作为有效、可靠的研究手段,论文所建立的风洞实验系统为微型扑翼飞行器的设计提供了大量研究数据,并作为研究成果的一部分重要内容,团队所研制的某型扑动/滑翔微型飞行器获得了2016年度陕西省科技发明一等奖。论文研究了测量扑动翼柔性变形的方法,首先研究了基于高速摄像系统的变形测量方法,该方法利用数字图像的相关性处理技术计算实验模型的空间坐标,并通过数据处理获得扑翼模型的局部变形,该方法能够连续测量在数个扑动周期内的变形;然后针对第一种方法的缺陷设计并制作了一种分光器,能够达到将一台相机当做“两台相机”使用的效果,通过与闪光灯的配合使用,使系统的测量能力大大提升;最后研究了不依赖图像处理的变形测量方法,通过测量角度实现对外段翼扭转变形的测量;该方法的针对性很强,具有较大的使用局限性。最后论文研究了适用于微型扑翼飞行器的两种新型实验方法,针对微型扑翼飞行器风洞实验中仍存在的流场、洞壁干扰、运动模拟等问题,提出了两种新的实验方法,设计了可用于扑翼实验的导轨式移动实验平台和两自由度姿态控制台,进一步完善了微型扑翼飞行器的风洞实验方法。