Faits: A. Par jugement du 15 novembre 2011, le Tribunal correctionnel de l'arrondissement de Lausanne (ci-après: le Tribunal correctionnel) a libéré X._ des chefs d'accusation de menaces, contrainte, contrainte sexuelle, désagréments causés par la confrontation à un acte d'ordre sexuel, viol et actes d'ordre sexuel commis sur une personne incapable de discernement ou de résistance. Il l'a en revanche reconnu coupable d'infraction à la loi fédérale sur les étrangers et condamné à une peine pécuniaire de soixante jours-amende à 10 fr., assortie du sursis et d'un délai d'épreuve de deux ans. B. Statuant le 7 mars 2012 sur appel du Ministère public de l'arrondissement de Lausanne (ci-après: le Ministère public) et de la partie plaignante, la Cour d'appel pénale du Tribunal cantonal du canton de Vaud (ci-après: la Cour d'appel pénale) a reconnu le prénommé coupable de contrainte sexuelle, viol et infraction à la loi fédérale sur les étrangers, l'a condamné à une peine privative de liberté de quarante mois et ordonné son arrestation immédiate, ainsi que son placement en détention pour des motifs de sûreté. La condamnation pour viol et contrainte sexuelle est fondée sur les principaux éléments de faits suivants. Après avoir passé l'après-midi du 13 juin 2009 à converser dans un parc de A._, X._, né le *** 1979, a raccompagné Y._, née le *** 1987, jusqu'à la gare. Constatant qu'aucun train ne ralliait plus B._, la prénommée s'est laissée convaincre de ne pas prévenir ses parents et de suivre X._ jusqu'à son studio où il cohabitait avec cinq autres individus. Au cours de la nuit, alors que X._ était couché, vêtu d'un simple slip, aux côtés de Y._, qui ne s'était pas déshabillée, il l'a embrassée sur la bouche et sur la poitrine, après lui avoir relevé son pull. Malgré l'opposition répétée de la jeune fille, il lui a enjoint de ne pas crier afin de ne pas éveiller les autres colocataires et lui a abaissé son pantalon et son slip, avant de pénétrer d'un doigt le sexe vierge de Y._, lui causant des douleurs. Le lendemain, X._ a forcé Y._ de le suivre dans un parc, sous la menace de lui faire du mal. L'emmenant à l'écart, il lui a ordonné de baisser son pantalon, ce à quoi elle s'est refusée. Il lui a alors retiré de force son pantalon et sa petite culotte, avant de la contraindre à s'allonger sur le sol. Faisant fi de la résistance opposée, il a maintenu d'une main celles de Y._ au-dessus de sa tête en même temps qu'il s'est agenouillé sur elle, la contraignant ainsi à écarter les cuisses. Il a ensuite pénétré d'un doigt puis de son sexe à deux ou trois reprises celui de la jeune fille, étouffant ses cris de la main. X._ a ensuite abandonné Y._ dans le parc, après l'avoir menacée de mort si elle rapportait ces événements à la police ou à sa famille. Y._ est parvenue à retrouver seule le chemin de la gare et à regagner son domicile aux environs de 17h00. Alertés la veille par la famille inquiète de l'absence de leur fille, les gendarmes ont été informés de son retour à la maison sur appel téléphonique de son frère à 17h15. Apeurée par les menaces proférées par son agresseur, Y._ n'a pas osé relater les événements à ses parents ou aux gendarmes venus la questionner à son domicile, avant de finalement se confier à C._, infirmière scolaire et amie de la famille. Y._ a porté plainte pénale contre X._ le 17 juin 2009. C. Par écritures des 12 et 29 mars 2012 (mémoire complémentaire inclus), X._ interjette un recours en matière pénale contre le jugement cantonal dont il requiert la réforme en concluant à sa libération des chefs d'accusation de viol et contrainte sexuelle. En outre, il requiert le bénéfice de l'assistance judiciaire, l'octroi de l'effet suspensif et sa mise en liberté provisoire. Il n'a pas été ouvert d'échange d'écritures.