鸟类通过翅膀多形态变化实现其在复杂环境下灵活飞行,仿生扑翼机是可以模仿鸟类或昆虫的翅膀运动变化的飞行器。目前国内外对仿生扑翼机的研究大多集中于仿昆虫的单自由度扑翼机,鲜有对机翼可多自由度变形的扑翼机进行研究。相较于单自由度扑翼机,多自由度扑翼飞行器的结构设计和实现更为复杂,但其表现出了更加良好的仿生性能和高效的机动性,在民用以及军用都具有广阔的应用前景。本文以大型鸟类为仿生对象,设计和实现一种羽翼动力仿生扑翼飞行器,并对其进行了仿生结构设计、气动特性分析和飞行实验。具体研究内容如下:对自然界鸟类翅膀运动机理进行分析,基于飞行生物尺度律变化规律,确定仿生扑翼机基本尺寸,构建仿鸟飞行器模型。基于矢量运算建立机翼运动轨迹方程,并对其进行运动仿真,设计“折叠-扑打”运动模式的机翼结构,实现了机翼两个自由度运动;在机翼实现了两个自由度运动基础上,设计羽毛结构机翼替代传统膜状翼结构;对扑翼机各部位进行仿生设计;设计和实现折叠翼扑翼飞行器实物样机。建立扑翼机三维仿真模型,根据急回特性规律,构建扑翼机机翼运动模式,对扑翼机进行三维气动仿真实验,研究机翼初始攻角、扑动频率、来流速度以及展弦比等参数在折叠翼扑翼飞行器运动过程中,对其飞行气动效率的影响,为设计和优化扑翼机结构提供定量数据。最后,在设计的折叠翼扑翼飞行器样机加装飞行控制系统。进行外场飞行实验,实现了扑翼机在高空中自主调节飞行姿态,保持平稳飞行,并安全降落,并对扑翼机飞行数据进行分析,定性和定量地确定扑翼机飞行稳定性。仿真实验以及飞行实验结果验证了本文设计与实现的仿生扑翼飞行器结构的有效性以及良好的飞行能力,同时,本文设计的新型羽毛机翼对多自由度变形的机翼机构的实现具有重要的理论和实际意义。