［18］以及尾迹俘获机制（Wake Capture）［19］三种机制。（1）打开-合拢机制1973年，Sane S P［17］在研究大黄蜂翅膀运动规律的基础上提出了“打开-合拢”机制。该机制指出在扑翼飞行时，昆虫的翅膀拍打至上冲程极限处并保持两翅膀平面互相平行，然后从上冲程至下冲程过程中绕翅膀的后缘迅速地打开，打开到一定的角度后，两个翅面彻底分开作平动，因为翅膀打开迅速，导致翅膀周围的气流无法绕过翅膀前缘来到翼面上方，在翼面上会形成一个提供升力的负压区，如图2所示，且形成时的升力大小主要取决于翅膀打开的角速度和角加速度。
图2 Clap-Fling过程示意图Fig.2 Diagram of the Clap-Fling process（2）
延时失速机制和前缘涡1996 年，Ellington 等［18］通过烟雾来可视化真实气场流动，对鹰蛾扑翼动作进行观察，发现在快速平动的过程中翅膀上方会形成一个低气压区，且随着翅膀扭转角的增加，流过翅膀的气流漩涡在穿过前缘时分离，但在到达后缘前重新附着。由于流体重新附着，流体继续从后缘平稳流动，这种状态循环维持。在这种情况下，因为翅膀在较大的偏转角下变换，赋予流体更大的向下动量，从而大大提高升力。图3为二维线性平移与三维扑动平移的比较，翅膀在平动过程中，涡旋沿着前缘和后缘交替脱落。当翅膀扑动时，前缘涡的大小趋于稳定，后缘没有产生额外的涡量，翅膀传递给流体的净向下动量会产生下洗流，导致稳定旋转翅膀上净空气动力的恒定值略微降低。研究表明，前缘涡是昆虫翅膀产生的气流及其产生的力的重要特征。
图3 二维线性平移与三维扑动平移的比较Fig.3 Comparison of linear translation in 2D and flapping translation in 3D（3）
尾迹俘获机制和翻转效应Dickinson等［19］研究还发现在翅膀拍动的过程中，会交替产生一组升力峰值，如图4所示。两个峰值产生的原因有差异，第一个峰值是拍动翅膀时扰动的空气在尾部形成气流被俘获引起的，称为“尾迹俘获”，第二个升力峰值是由于翅膀快速扭转拍打而产生的，称为“翻转效应”。
图4 翅膀拍动过程交替产生的升力峰值Fig.4 The lift peak produced by the wing beat process alternately
2.2 扑翼飞行的空气动力学
翅膀是决定扑翼飞行性能的关键因素，翅膀的形貌结构、质量分布以及面积大小等对飞行性能起着至关重要的作用。为方便定量分析翅膀对飞行性能的影响规律，需建立翅膀结构的参数化模型，真实的昆虫翅膀是复杂的三维结构，但其总厚度通常只有数十微米［20］，因此通常忽略其垂直翅膀平面的厚度，只考虑其翅面的几何形状和质量分布，如图5所示。
图5 双翅目昆虫翅膀平面轮廓和几何参数Fig.5 Plane profile and geometric parameters of the wings of diptera insects
使用等效的单自由度集总参数线性模型［21］对微纳扑翼飞行器的驱动器-传动-翅膀系统进行建模，如图6所示，来描述驱动器、传动机构和翅膀的特性，该模型的特征为有效质量、刚度和阻尼系数。假设空气动力与局部动压成正比，弦向微元条绕翅膀绕拍动轴线的瞬时速度为 ，
在每个微元条上产生的力（升力或阻力）为［22］
（1）
式中， 
是空气密度，CF是力系数（扭转角
的函数）。
图6 等效的单自由度集总参数线性模型Fig.6 Equivalent single degree of freedom lumped parameter linear model
由于昆虫翼流的不规则和高度三维特性［23］，假设由诱导流引起的 的局部变化忽略不计，通过积分可得瞬时的升力和阻力为
（2）
（3）
式中
， 为翅膀的二阶面积矩回转半径的无量纲的参数，在Whitney等［24］的实验中验证了升力系数和阻力系数与翅膀扭转角度 存在关系
（4）
（5）
3 微纳扑翼飞行器的关键技术
3.1 结构设计
扑翼飞行器主要通过仿生和宏观机械结构微型化的方式进行结构设计，在设计中主要模仿对象是扑翼飞行的鸟类和昆虫，在传动机构方面主要以连杆结构［25-26］、齿轮系［27-29］以及绳传动［30］为主，如表1所示。
表1 微型扑翼飞行器的传动结构Table 1 Transmission structure of micro flapping wing vehicle
