振动翼装置源于仿生,其运行轨迹为垂荡与转动结合的二自由度运动。依据机翼与来流的相对速度及形成的攻角关系,振动翼能从来流中采集能量,即能量采集模式;振动翼也可以像鸟翼或者鱼尾一般产生推力,即推进模式。振动翼在风能、潮流能利用与水下航行器推进领域具有很好的应用前景。结合当前的研究进展,本论文针对单个翼的能量采集、串列翼的能量采集与串列翼的推进性能及涡干扰机理进行研究。首先建立了分析机翼非定常水动力的边界元法(BEM)与粘性CFD模型,并验证了它们的有效性。对比已有的几种振动翼样机设计的优缺点,提出了一种合理的全被动式振动翼发电装置。试制原理样机并在循环水槽进行实验。实验样机机械损耗较低,实现了较高的能量捕获效率。同时进行的CFD数值模拟分析了振动翼能量采集过程中的流场,数值结果与实验数据吻合良好。通过数值模拟进一步分析了不同转角幅值与斯特罗哈数等参数对单个翼装置的能量采集性能影响,分析了机翼振荡运动涡流场变化及对应的机翼瞬时受力特性,研究单翼能量采集效率的力学机理,发现提出的振动翼装置在转角幅值700时能量采集效率可达32%。对比分析CFD与BEM模型计算结果的差异,发现差异的主要原因在高St时是流体的粘性作用,在低St时在于首缘涡分离。串列双翼的能量采集与推进性能主要考虑上游翼泻出涡与后方翼的涡干扰研究。论文引入全局相位参数Ψ来系统描述串列机翼的相对位置关系。对于给定的运动频率与幅值,全局相位参数Ψ取决于垂荡运动相位差与水平间距。论文基于数值模拟分析了串列双翼的能量采集与推进性能随着全局相位Ψ的变化规律。对于串列翼能量采集模式,发现下游翼存在低效率、中效率、高效率三种涡干扰模式;对于串列翼推进,发现下游翼存在效率与推力最低、推力最大、效率最高三种涡干扰模式。通过流场与瞬时受力的分析发现上游泻出涡会改变下游翼局部流速及攻角,进而影响下游机翼水动力性能。CFD与BEM模型均能够较好的分析上游泻出涡对下游翼瞬时受力的影响,得到相似的涡干扰规律。