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飞行寄托了人类向往自由的梦想，体现了人类的探索精神。飞行器从诞生之日起，其机翼构型就一直在改变，从木质和帆布的大柔性结构到金属高刚度结构，再到复合材料、智能材料，飞行器的结构刚度越来越趋于精细化设计，飞行器可以发生大变形，甚至主体结构发生改变。为适应不同的飞行环境和任务，飞行器被设计成不同种类，其外形多样化。可变体飞行器是能通过改变构型以适应多种用途的新型飞行器。近些年来，国内外科学家对可变体飞行器进行了初步研究。折叠翼方案是依据仿生学发展出的一种可变体飞行器设计方案，被认为具有很好的前景。 可变体飞行器适用于多种飞行任务，能提升飞行品质，具有明显的优势。本课题结合我国航空航天技术现状，针对以折叠翼为工程背景的多梁结构和机构的动力学特性进行研究，涉及折叠翼可变体飞行器模型的设计制作以及折叠结构和机构的动力学理论和实验研究。折叠翼基本构成包括内翼、中翼和外翼，内翼与机身相连接，中翼与内翼外端相连接并可以绕连接轴转动，外翼与中翼相连接，也可绕其连接轴转动。折叠翼可变体飞行器航行过程中，其机翼可以随飞行环境改变而调整折叠角度，也可以长时间锁定于某固定角度，以便飞行器始终具有最佳气动性能。为研究折叠翼的动力学特性，本文建立了多种Z型折叠梁动力学模型，模型中的内梁、中梁和外梁，分别对应折叠翼的内翼、中翼和外翼。折叠梁的一端固定，对应折叠翼内翼与机身的连接，其另一端为自由端，对应折叠翼外翼自由端。Z型梁折叠结构的内梁与外梁保持平行，内梁与中梁的夹角为设计可变参数，对应折叠翼的各种折叠状态。论文研究内容主要包括以下几个方面。 (1)折叠翼可变体飞行器模型设计、制作和试飞 设计折叠翼可变体飞行器模型三维虚拟模型，优化设计方案使得飞行器具有足够的刚度和强度，合理的结构，较轻的重量和较好的气动性能。利用铝合金、航空轻木等材料制作飞行器模型实体，进行飞行试验，探索折叠翼可变体飞行器的可行性，观察飞行器变形过程中机翼的变形特点并研究机翼振动特性及其对飞行性能的影响。 (2)Z型梁折叠机构刚柔耦合动力学研究 在调整过程中的机翼构型具有时变性，折叠翼处于刚体运动和柔性体振动相互耦合的状态。为研究折叠翼在角度调整中的瞬态动力学特性，本文将折叠翼简化成Z型梁折叠机构，基于柔性多体动力学理论，应用Hamilton原理建立Z型梁折叠机构的刚柔耦合动力学方程，通过假设模态法进行数值求解，分析了非线性对机构刚柔耦合运动的影响，分析了折叠角速度对机构振动的影响，研究了折叠翼在角度调整过程中的动力学特性。 (3)Z型梁折叠结构平面模型振动特性分析 为研究折叠翼锁定在固定角度时的面内振动特性，本文考虑折叠梁中每段梁的轴向运动和面内横向运动，利用Hamilton原理建立了Z型折叠梁平面模型，推导出系统动力学运动控制方程，用线性理论方法和有限元方法求出结构的线性频率和模态并相互验证，找出结构的多种内共振频率并计算对应的振型函数，利用Galerkin方法离散系统偏微分运动控制方程并研究多种内共振-主共振情况下系统的非线性动力学特性。 (4)Z型梁结构非平面模型振动特性研究 折叠翼在角度锁定后不仅存在面内弯曲，还有面外弯曲和扭转等变形。为研究折叠翼的空间振动特性，本文将折叠翼简化为Z型梁结构非平面模型，详细描述了结构的位形向量，利用Hamilton原理建立了Z型梁结构非平面模型，推导出系统的运动控制方程，基于线性振动理论分析了结构的线性频率和线性模态，设计了铝合金Z型梁结构振动实验并进行数值仿真，在对比研究了线性理论、实验和仿真结果的基础上，进一步通过Galerkin法离散得到系统的非线性二自由度常微分运动控制方程，利用摄动法以及相图、频谱、庞加莱等工具研究非平面Z型梁结构内共振-主共振情况下的复杂非线性动力学特性。