【概述】

本研究中使用ATA-4315高壓功率放大器，搭建壓電疊堆驅(qū)動器實驗系統(tǒng)。為滿足飛行器翼面主動流動控制對驅(qū)動源響應速度快、輸出力大、位移適中及抗復雜流場干擾的嚴苛要求，本研究選用BCS3-05051壓電疊堆驅(qū)動器，集成柔性動壁實驗系統(tǒng)以模擬海豚高速游動時的表皮駐波運動，旨在通過仿生流動控制實現(xiàn)減阻效果，突破傳統(tǒng)被動控制難以適應復雜流場變化的局限。
 

實驗名稱：壓電疊堆驅(qū)動器及其仿生動壁減阻特性研究

實驗目的：本研究旨在通過壓電疊堆驅(qū)動器的位移響應測試、動壁實驗系統(tǒng)集成與誤差分析，結(jié)合數(shù)值模擬驗證其減阻特性，具體包括：明確壓電疊堆在不同電壓、頻率下的位移規(guī)律；實現(xiàn)柔性動壁的穩(wěn)定駐波運動并優(yōu)化控制參數(shù)；揭示駐波運動對近壁面流場的影響機制，最終驗證其在翼面流動控制中應用的可行性。

測試設(shè)備：激光測振、函數(shù)信號發(fā)生器、ATA-4315高壓功率放大器、示波器、隔振臺、PP塑料槽體、硅橡膠薄膜、負載測試平臺及集成壓電疊堆的動壁實驗系統(tǒng)。

實驗過程：首先通過激光測振儀測量單個壓電疊堆在不同幅值、頻率電壓下的位移響應，分析其電滯特性與頻率依賴性；隨后將10個壓電疊堆分兩組安裝于PP塑料槽體，通過硅橡膠薄膜集成動壁系統(tǒng)，利用雙通道信號發(fā)生器輸出相位差π的正弦電壓，經(jīng)功率放大器驅(qū)動實現(xiàn)駐波運動；通過線掃激光位移傳感器測量動壁運動軌跡，識別倍頻誤差并優(yōu)化驅(qū)動參數(shù)（如放大倍數(shù)≤8倍、實時監(jiān)測電壓相位）；最后基于AnsysFluent軟件，通過UDF編程實現(xiàn)動壁駐波運動的流場數(shù)值模擬，分析頻率、振幅對渦旋結(jié)構(gòu)與阻力系數(shù)的影響。

圖1單個壓電疊堆位移測量裝置

圖2動壁實驗系統(tǒng)安裝實物圖

實驗結(jié)果：壓電疊堆驅(qū)動器在低頻下位移與電壓近似線性，100Hz時位移較1Hz減小10.48%，相位差可忽略；動壁實驗系統(tǒng)在優(yōu)化參數(shù)后，100Hz、10μm駐波運動可使勻速流場（0.1馬赫）中阻力系數(shù)降低5.09%；駐波頻率對減阻效果影響顯著，振幅超過5μm后減阻效果趨于穩(wěn)定；近壁面流場中，駐波運動可生成穩(wěn)定渦列，抑制流動分離與尾部渦旋強度。

圖3不同幅值下壓電疊堆的位移響應

圖4駐波運動狀態(tài)下動壁對流場的影響(a)動壁實驗系統(tǒng)的尾跡；(b)邊界層

圖5不同頻率駐波運動下動壁實驗系統(tǒng)的阻力系數(shù)

安泰放大器在此應用中的產(chǎn)品優(yōu)勢：

一、高電壓輸出能力——驅(qū)動壓電疊堆同步運動，保障駐波穩(wěn)定生成

二、寬頻帶與平坦響應——精準匹配位移測試頻段，保障頻率依賴性位移規(guī)律精確表征

三、低失真與高輸出穩(wěn)定性——保障信號的精確同步及長時間運行一致性

圖：ATA-4315高壓功率放大器指標參數(shù)

本文實驗素材由西安安泰電子整理發(fā)布。Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當規(guī)模的儀器設(shè)備供應商，樣機都支持免費試用。西安安泰電子是專業(yè)從事功率放大器、高壓放大器、功率信號源、前置微小信號放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測試儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)。