【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(dòng)器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。為滿足飛行器翼面主動(dòng)流動(dòng)控制對(duì)驅(qū)動(dòng)源響應(yīng)速度快、輸出力大、位移適中及抗復(fù)雜流場(chǎng)干擾的嚴(yán)苛要求，本研究選用BCS3-05051壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器，集成柔性動(dòng)壁實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)以模擬海豚高速游動(dòng)時(shí)的表皮駐波運(yùn)動(dòng)，旨在通過(guò)仿生流動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)減阻效果，突破傳統(tǒng)被動(dòng)控制難以適應(yīng)復(fù)雜流場(chǎng)變化的局限。
 

實(shí)驗(yàn)名稱：壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器及其仿生動(dòng)壁減阻特性研究

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/strong>本研究旨在通過(guò)壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器的位移響應(yīng)測(cè)試、動(dòng)壁實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)集成與誤差分析，結(jié)合數(shù)值模擬驗(yàn)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(shí)現(xiàn)柔性動(dòng)壁的穩(wěn)定駐波運(yùn)動(dòng)并優(yōu)化控制參數(shù)；揭示駐波運(yùn)動(dòng)對(duì)近壁面流場(chǎng)的影響機(jī)制，最終驗(yàn)證其在翼面流動(dòng)控制中應(yīng)用的可行性。

測(cè)試設(shè)備：激光測(cè)振、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、ATA-4315高壓功率放大器、示波器、隔振臺(tái)、PP塑料槽體、硅橡膠薄膜、負(fù)載測(cè)試平臺(tái)及集成壓電疊堆的動(dòng)壁實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程：首先通過(guò)激光測(cè)振儀測(cè)量單個(gè)壓電疊堆在不同幅值、頻率電壓下的位移響應(yīng)，分析其電滯特性與頻率依賴性；隨后將10個(gè)壓電疊堆分兩組安裝于PP塑料槽體，通過(guò)硅橡膠薄膜集成動(dòng)壁系統(tǒng)，利用雙通道信號(hào)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(dòng)實(shí)現(xiàn)駐波運(yùn)動(dòng)；通過(guò)線掃激光位移傳感器測(cè)量動(dòng)壁運(yùn)動(dòng)軌跡，識(shí)別倍頻誤差并優(yōu)化驅(qū)動(dòng)參數(shù)（如放大倍數(shù)≤8倍、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電壓相位）；最后基于AnsysFluent軟件，通過(guò)UDF編程實(shí)現(xiàn)動(dòng)壁駐波運(yùn)動(dòng)的流場(chǎng)數(shù)值模擬，分析頻率、振幅對(duì)渦旋結(jié)構(gòu)與阻力系數(shù)的影響。

圖1單個(gè)壓電疊堆位移測(cè)量裝置

圖2動(dòng)壁實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)安裝實(shí)物圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)果：壓電疊堆驅(qū)動(dòng)器在低頻下位移與電壓近似線性，100Hz時(shí)位移較1Hz減小10.48%，相位差可忽略；動(dòng)壁實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在優(yōu)化參數(shù)后，100Hz、10μm駐波運(yùn)動(dòng)可使勻速流場(chǎng)（0.1馬赫）中阻力系數(shù)降低5.09%；駐波頻率對(duì)減阻效果影響顯著，振幅超過(guò)5μm后減阻效果趨于穩(wěn)定；近壁面流場(chǎng)中，駐波運(yùn)動(dòng)可生成穩(wěn)定渦列，抑制流動(dòng)分離與尾部渦旋強(qiáng)度。

圖3不同幅值下壓電疊堆的位移響應(yīng)

圖4駐波運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下動(dòng)壁對(duì)流場(chǎng)的影響(a)動(dòng)壁實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的尾跡；(b)邊界層

圖5不同頻率駐波運(yùn)動(dòng)下動(dòng)壁實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的阻力系數(shù)

安泰放大器在此應(yīng)用中的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)：

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

二、寬頻帶與平坦響應(yīng)——精準(zhǔn)匹配位移測(cè)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(hào)的精確同步及長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行一致性

圖：ATA-4315高壓功率放大器指標(biāo)參數(shù)

本文實(shí)驗(yàn)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(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商，樣機(jī)都支持免費(fèi)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(hào)源、前置微小信號(hào)放大器、高精度電壓源、高精度電流源等電子測(cè)試儀器研發(fā)、生產(chǎn)和銷售的高科技企業(yè)。