近年来,蜻蜓仿生学的微型飞行器(MAV)尤其是扑翼式飞行器的研究引起了广泛关注。作为一种微型无人驾驶飞行器,可以被用在多个领域,例如野外探查。由于尺度效应等因素,MAV的设计需要克服翼面粘性力;此外,其飞行机动性如急转弯、快速启动和急停也是设计难点之一。然而蜻蜓的飞行具有高机动性和低能耗等特性,通过对蜻蜓飞行机制的深入研究能显著优化MAV的机翼设计。现有研究表明蜻蜓翼面上的多边形结构脉网为其提供了良好的形变灵活性,同时,翼面适度的粗糙度使其具有了超疏水性,避免了水珠的粘附。然而,前人针对翼面结构的研究并未充分探讨其所对应的空气动力学特性。为了实现对包括MAV在内的仿生飞行器设计的优化,本研究通过改变翼面“多边形结构”和“粗糙程度”等与位置相关的诸多表面形貌设计参数,通过实验和仿真计算研究不同翼面结构诱导的空气动力学行为的影响关系。为了实现实验研究蜻蜓翼脉多边形结构对空气动力学的影响,本研究通过建模及3D打印,构建了四种多边形结构。同时,在3D数字显微镜下,测量并分析了蜻蜓翼膜的粗糙度变化,并建立了相应的简化模型。最后,利用风洞实验和计算流体力学(CFD)仿真,研究了不同空气动力学特性下每个翼面模型的表面摩擦系数C_f,并探讨了翼面粗糙程度对空气动力学的影响。对多边形结构效应的实验和仿真研究表明:(1)在层流和过渡流的条件下,具有五边形结构的翼脉模型比具有方形结构的模型显示出更大的C_f值,且仅具有五边形结构的模型展示出最大的C_f值:(2)在湍流条件下,正方形和五边形的组合产生了最大的C_f值。此外,对蜻蜓翼膜粗糙度的显微观察和仿真模拟得出结论如下:(3)蜻蜓翅膀的后部区域覆有五边形脉网结构,且后部的表面粗糙度R_a和平均粗糙度R_z值大于前部:(4)对于弦向前部区域具有较大粗糙度的模型,其后部会产生较大的涡旋(α=8),从而增大了阻力系数C_d值:(5)升力系数C_l值与迎角正相关,其值的曲线与粗糙度的分布有关,这提示飞行器翼面的后部应避免较大粗糙度的结构设计。该研究结果为飞行器的结构性能优化提供了理论基础。