微型扑翼飞行器（Flapping Wing Micro Air Vehicle,简称FWMAV）是一种模仿自然界昆虫或鸟类飞行动作的一种新式微型飞行器,具有体积小、重量轻、机动灵活性强、成本低等优点,因此在军事领域和民用领域都具有广阔的应用前景。但其能量利用率低造成的续航时间不足的问题对研究人员造成了极大的困扰。机翼作为飞行器中产生升推力的关键结构之一,其几何形态和运动方式对飞行效率具有很大的影响。在众多飞行类的昆虫中,蜻蜓飞行速度快、灵活机动性强,已经发展成为自然界中最稳定的飞行生物之一,因此本文以蜻蜓前翅为仿生对象,研究形貌特征对翅翼气动性能的影响,在此基础上设计一种具有良好气动特性的仿生机翼。首先,对蜻蜓翅膀形态学和运动学进行了研究。以昆虫高升力机理为基础解释了蜻蜓飞行机理;通过高速摄像机对蜻蜓在固定空间内的翅膀自身柔性变形和整体运动情况进行了捕捉,在此基础上将翅膀置于惯性坐标系中建立了运动学模型;通过各种数学方法对蜻蜓翅膀几何参数进行了测量,确定了其基本尺寸、重量和面积分布情况;通过宏观观察和显微镜观测,分析了翅膀具有的一些基本构形特征。其次,研究了不同特征对仿生翼气动性能产生的影响。介绍了通过计算流体力学方法对机翼模型进行数值模拟的流程,对平面刚性翼气动性能进行了数值模拟,验证了方法的可行性;在此基础上分别对平面形状、网格分布和翼型褶皱结构对仿生机翼气动性能的影响展开研究,结果表明,平面形状对机翼气动性能有较大的影响,翼型褶皱结构不同也会产生一定的影响,网格分布情况几乎不产生影响。然后,设计和制作了仿生机翼,并对其气动性能进行了分析。在机翼气动性能影响因素研究的基础上,结合分析结果,设计了蜻蜓仿生机翼并通过数值模拟对其气动性能做了验证;进而对翅脉和翅膜进行了加工,制作了机翼实物模型。最后,对机翼实物模型进行实验验证。设计了一种具有三自由度的扑动装置,搭建了机翼气动力测试实验系统,在风洞环境下对仿生机翼实物运动过程中产生的气动力大小进行了测量,将其与仿真结果进行比较,具有良好的一致性,说明了本文设计的可行性。