应用案例

【概述】

本研究中使用ATA-43151高压功率放大器，搭建压电叠堆驱动器实验系统。为满足飞行器翼面主动流动控制对驱动源响应速度快、输出力大、位移适中及抗复杂流场干扰的严苛要求，本研究选用BCS3-05051压电叠堆驱动器，集成柔性动壁实验系统以模拟海豚高速游动时的表皮驻波运动，旨在通过仿生流动控制实现减阻效果，突破传统被动控制难以适应复杂流场变化的局限。

实验名称：压电叠堆驱动器及其仿生动壁减阻特性研究

实验目的：本研究旨在通过压电叠堆驱动器的位移响应测试、动壁实验系统集成与误差分析，结合数值模拟验证其减阻特性，具体包括：明确压电叠堆在不同电压、频率下的位移规律；实现柔性动壁的稳定驻波运动并优化控制参数；揭示驻波运动对近壁面流场的影响机制，最终验证其在翼面流动控制中应用的可行性。

测试设备：激光测振、函数信号发生器、ATA-43151高压功率放大器、示波器、隔振台、PP塑料槽体、硅橡胶薄膜、负载测试平台及集成压电叠堆的动壁实验系统。

实验过程：首先通过激光测振仪测量单个压电叠堆在不同幅值、频率电压下的位移响应，分析其电滞特性与频率依赖性；随后将10个压电叠堆分两组安装于PP塑料槽体，通过硅橡胶薄膜集成动壁系统，利用双通道信号发生器输出相位差π的正弦电压，经功率放大器驱动实现驻波运动；通过线扫激光位移传感器测量动壁运动轨迹，识别倍频误差并优化驱动参数（如放大倍数≤8倍、实时监测电压相位）；最后基于AnsysFluent软件，通过UDF编程实现动壁驻波运动的流场数值模拟，分析频率、振幅对涡旋结构与阻力系数的影响。

图1单个压电叠堆位移测量装置

图2动壁实验系统安装实物图

实验结果：压电叠堆驱动器在低频下位移与电压近似线性，100Hz时位移较1Hz减小10.48%，相位差可忽略；动壁实验系统在优化参数后，100Hz、10μm驻波运动可使匀速流场（0.1马赫）中阻力系数降低5.09%；驻波频率对减阻效果影响显著（100Hz时最优），振幅超过5μm后减阻效果趋于稳定；近壁面流场中，驻波运动可生成稳定涡列，抑制流动分离与尾部涡旋强度。

图3不同幅值下压电叠堆的位移响应

图4驻波运动状态下动壁对流场的影响(a)动壁实验系统的尾迹；(b)边界层

图5不同频率驻波运动下动壁实验系统的阻力系数

安泰放大器在此应用中的产品优势：

一、高电压输出能力——驱动压电叠堆同步运动，保障驻波稳定生成

二、宽频带与平坦响应——精准匹配位移测试频段，保障频率依赖性位移规律精确表征

三、低失真与高输出稳定性——保障信号的精确同步及长时间运行一致性

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