7.6 沉浮运动的升力特性分析
对本章选取的NPS微型扑翼飞行器模型，扑翼不产生升力作用而只产生推力（或阻力）作用，升力在单周期内作用为0，但升力作用在整体的功率转换上仍要考虑。本节仅在沉浮运动中讨论升力曲线特征。
图7.10是沉浮运动单周期升力变化曲线，等待仿真出的升力系数稳定后，选取其中一个周期并换算成升力。翼先上拍再下拍，T=0时翼处于拍动的最下方，速度为0。可以看出曲线先是比较波动，而在达到升力峰值前曲线较为平稳，又在峰值附近产生升力波动。
图7.10 沉浮运动单周期升力变化曲线
这个现象是前缘涡（LEV）和前半周期脱落的前缘涡（PLEV）相互耦合的结果。下拍过程中，涡产生在翼上表面会增大升力系数（升力），而产生在下表面会减小升力系数（升力）。图7.11是一个扑动周期的6个压力云图，由图可以看出，图7.11（a）中翼高速向上拍动，下表面前缘涡刚刚形成，而前半周期下表面前缘涡在尾翼准备脱落，此时两个涡都在翼下方，对应图7.10中负峰值前0.1～0.2 T范围的平滑曲线；图7.11（b）中翼刚开始向下拍动，翼速度较低，下表面LEV刚刚形成，而正在经历上表面PLEV，两个涡相互耦合，对应图7.10中0.4～0.5 T范围的小幅波动；图7.11（c）中翼高速向下拍动，上表面LEV刚刚形成，上表面PLEV正在脱落，两个涡共同诱导出升力增大的效果，对应图7.10中峰值前0.6～0.7 T附近范围的平滑曲线。同理可以分析图7.11（d）到图7.11（f）涡的漂移情形，压力云图相反。这种现象取决于扑动翼型的扑动类型和相应的动力学系数，如果其中的某一个参数发生了改变。例如，增大或减小沉浮运动的幅值，这种现象的表现形式将可能随之发生改变。上述现象可以看出涡的流动分离作用有较明显影响。
图7.11 沉浮运动单周期压力云图
（a）扑翼从中间位置开始向上扑动；（b）扑翼位于最高位置开始向下扑动
图7.11 沉浮运动单周期压力云图（续）
（c）扑翼高速向下扑动；（d）扑翼位于最低位置开始向上扑动；（e）扑翼高速向上扑动；（f）扑翼向上扑动回到中间位置