仿生扑翼飞行器由于其同时具有起飞、加速、悬停等各种功能,并且机动性能良好、飞行效率高,因此是目前最具发展前景的飞行器。目前,国内所研制的扑翼飞行器机翼主要分为两种:一种为两段式机翼;另一种为平直翼。但是这两种机翼在沿着翼面方向上都是不可折叠变形的,故有容易损坏、不易携带、灵活性差等缺点。因此,研究鸟类翅膀变形结构及其骨骼运动机理并将之应用于扑翼飞行器机翼设计当中对于扑翼飞行器未来的广泛应用将具有极其重要的意义。本论文主要以大中型鸟类为仿生对象,分别设计、研制了三种机翼可主动折叠变形的扑翼飞行器并对其进行了仿真分析研究和实验。具体研究内容如下:首先,从仿生学角度,在对鸟类翅膀结构及其骨骼系统的运动机理进行剖析的基础上,分别设计了单关节可折叠机构和多关节可折叠机构并应用矢量法对机构进行运动学及力学分析以建立各参数之间的关系。然后根据鸟类尺度律公式初步确定各仿生参数,在此基础上对两种可折叠机构进行参数设计。最后在SolidWorks中建立折叠机构的三维模型,再通过ADAMS对多关节可折叠机构进行折叠运动的仿真分析。结果表明:多关节折叠机构具有良好的折叠运动性能。其次,通过分析鸟类飞行机理及规律,在可折叠机构设计基础之上,分别设计了单关节主动折叠变形扑翼飞行器、单段式多关节主动折叠变形扑翼飞行器和两段式多关节主动折叠变形扑翼飞行器并绘制其三维模型。然后通过ADAMS对三种主动折叠变形扑翼飞行器在扑动运动情况下进行运动学和力学分析以验证其运动可行性并为样机制造提供指导。结果表明:三种主动折叠变形扑翼飞行器的扑动性能优良且两段式主动折叠变形扑翼飞行器的内外翼运动符合设计目标。第三,对飞行器机翼的气动特性进行数值模拟研究。基于流体力学和计算流体力学的理论,在FLUENT中运用动网格方法分别选择机翼在不同变形程度下的周围的压力场和速度场进行数值模拟并生成升力与阻力特性曲线。结果表明:在机翼变形程度较大的情况下飞行器拥有更大的升力,因此在选用机翼翅脉时应使其具有足够的柔性变形能力。根据上述的分析和设计,确定扑翼飞行器各零部件材料选型以及加工工艺初步制作样机,并对样机进行试验,实验表明样机实现了设计目标,并通过了不同的实验方法和仿真分析对样机的主要性能值进行了测定。