自由翼是继固定翼和之后的一种特殊机翼，代表飞机设计的原始概念，机翼通过一根展向旋转轴与机身之间实行铰接，可绕展向轴自由转动。类似风向标可自适应调节阵风或其他突发性相对迎角的改变，自由翼不会失速；可通过自由翼的升降副翼控制平衡迎角；机翼的转动惯量小，抗突风、紊流等外界扰动能力强。由于国内外自由翼技术的研究工作刚刚起步，开展自由翼的气动特性研究，具有广泛的发展空间和应用前景，特别适用于舰载侦察机的起降、侦查和多功能民用飞机创新研发。本文主要研究自由翼的基本气动特性和设计原则，通过数值模拟技术和风洞试验相结合的方式来，探索影响自由翼气动特性的因素，给出升降副翼控制自由翼的平衡迎角的控制规律。分析了自由翼在无人机应用的短距起降特性，以及未来自由翼在无人机的特殊功能要求的应用形式。从自由翼的翼型设计开始，采用数值模拟计算的方法，分析和提出符合自由翼的空气动力学特性的中弧线反折翼型，具有纵向自稳定性的特点。对比分析几种典型流场状态的中弧线反折翼型。选取GOE741翼型，设计制作自由翼基本模型，通过风洞试验研究，以天平测力为主要手段，研究了来流风速、升降副翼偏角、转轴位置和转轴阻尼度等对自由翼气动特性的影响，获得了自由翼的平衡原理和平衡迎角控制规律。在理解自由翼的基本设计原则基础上，通过风洞试验研究自由翼与固定翼的组合气动特性，探索地面效应对自由翼气动特性的影响。通过理论计算的方式，分析了自由翼相比于固定翼飞机的的短距起降特性。设计制作了自由翼无人机模型，进行风洞全机测力试验，研究和预估了自由翼飞行器的全机气动特性和操纵特性；最后，进行自由翼飞行器的外场试飞测试，验证自由翼飞机的飞行性能和短距起降特性，为后续研究和应用奠定技术基础。