一种基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷制造技术

本发明专利技术属于声学技术领域，具体涉及一种基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷，采用超表面单胞沿弧形曲线法线方向排列拼接组成，通过转子活动体在弧形定子上、下端盖内旋转角度的变化来改变单胞内部圆环形声通道的长度，进而实现对反射声波相位在0～2π的范围内连续调节。本发明专利技术提供的地毯式隐身斗篷可通过设置弧形超表面内部转子活动体阵列的旋转角实现在不同频率和不同入射角度下的地毯式隐身，达到实时调节的目的，同时所具有的弧形外形曲线结构可为制造贴近任意物体表面的弧形隐身斗篷提供重要的理论基础。

A two-dimensional carpet invisibility cloak based on arc adjustable acoustic hypersurface

【技术实现步骤摘要】
一种基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷
本专利技术属于声学
，具体涉及一种基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷。
技术介绍
超表面是指一类厚度在亚波长尺度范围内的层状结构材料，可以通过其内部的微细结构对波的传播特性进行调控。超表面最早出现在电磁领域，在近些年逐步拓展到声学领域，广大的科技工作者们从理论分析、数值模拟和实验验证等方面利用声学超表面实现了一系列新颖的声学现象，诸如异常反射、任意聚焦、自弯曲、矢量波束、行波转倏逝波、增强吸收、幻像和地毯式隐身等。相比于传统的声学器件和声学超材料，声学超表面展示出了对声波卓越的调控能力，具有功能调节灵活、结构可变性高、几何尺寸小等优点，可广泛应用于医疗监测、环境降噪、航天航空和国防军事等方面。地毯式隐身是指一种覆盖在地面上的隐身斗篷，可模拟地面对声波的反射，有效的迷惑外界声纳对斗篷下方物体的主动探测，从而达到隐藏目标物体的目的。地毯式隐身作为一种十分重要的声学物理效应，在近几年也吸引了大量学者的研究。然而，在所报道的二维柱形地毯式隐身结构中，大多的隐身斗篷均采用三角形的结构设计，会造成斗篷上方在三角形两边的交汇处引起不必要的散射，从而降低斗篷的隐身性能。另外，这些地毯式隐身斗篷在加工制造之后，仅能在所设计的目标频率和入射角度下的小范围内起到较好的隐身效果，如果要在不同的频率和不同的入射角度下发挥作用，就需要制造多个隐身斗篷，缺乏可调节性，从而造成人力和资源的浪费。因此，如何使一个隐身斗篷能根据实际工作情况进行实时调节，确保隐身斗篷能更好地工作在较宽的频率范围和不同的入射角度显得格外重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷，具体涉及到由圆弧和椭圆弧两种弧形可调超表面构建的二维地毯式隐身斗篷。本专利技术所设计的地毯式隐身斗篷能实现对隐身声波频率和入射角度的连续调节，同时，所基于的弧形超表面结构包括有凹形和凸形的圆弧或者椭圆弧，可为设计贴近任意物体外形曲线的地毯式隐身斗篷提供关键的研究基础。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷，包括多个相同的弧形可调声学超表面，多个所述弧形可调声学超表面在平行于地平面方向阵列拼接组成一个柱形的隐身斗篷，所述隐身斗篷的外形曲线采用轴对称的弧形结构，在顶部平滑连接，在左右两侧与地平面水平相切，所述隐身斗篷与地平面之间弧形过渡平滑连接。这种结构设计增强了隐身的效果，这种隐身斗篷达到了声学地毯式隐身效果。作为本专利技术所述的基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷的一种改进，所述弧形可调声学超表面由多个超表面单胞沿弧形曲线法线方向排列拼接组成。在实际应用中，根据工作的需要可以灵活地设置多个超表面单胞，以适应不同的应用场合。作为本专利技术所述的基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷的一种改进，所述超表面单胞整体为长方体结构。这种结构设计增加了整体结构工作的稳定性。作为本专利技术所述的基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷的一种改进，所述超表面单胞包括定子上端盖、定子下端盖和转子活动体，所述定子上端盖、所述定子下端盖在顶部中心均开设有声通道入口，在内部中心均开设有声通道和凹槽，在内部左侧均固定有扇形叶片状的连接件，在上下表面均设有沉头孔。这种结构设计有利于增强整体结构的隐身效果。作为本专利技术所述的基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷的一种改进，所述弧形可调声学超表面包括弧形定子上端盖骨架、转子活动体阵列和弧形定子下端盖骨架，所述转子活动体阵列容置于所述弧形定子上端盖骨架与所述弧形定子下端盖骨架之间。在实际应用中通过采用转子活动体阵列在弧形定子上、下端盖骨架内旋转角度的变化，实现连续可调的声学地毯式隐身功能。作为本专利技术所述的基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷的一种改进，所述转子活动体用于在所述弧形定子上端盖骨架与所述弧形定子下端盖骨架之间转动。这种结构设计有利于实现对隐身功能的调节。作为本专利技术所述的基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷的一种改进，所述转子活动体的转动角范围为0～330°。这种结构设计实现了对弧形可调声学超表面各点处进行相位补偿，使得入射声波在所述弧形可调声学超表面和地平面上具有相同的反射波前特征，达到声波地毯式隐身的目的。作为本专利技术所述的基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷的一种改进，所述凹槽用于放置转子活动体；在凹槽中心开有第一通孔；所述沉头孔用于放置螺栓和螺母。这种结构设计有利于减小整体结构的体积。作为本专利技术所述的基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷的一种改进，所述转子活动体包括扇形叶片状柱体和圆柱体，所述扇形叶片状柱体与所述定子上端盖、所述定子下端盖内部声通道配合，所述圆柱体与所述凹槽配合；所述转子活动体中心设置有第二通孔，所述第二通孔与所述第一通孔同轴。这种结构设计有利于对隐身效果进行灵活地调节。作为本专利技术所述的基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷的一种改进，所述第一通孔与所述第二通孔之间通过螺栓连接。这种结构设计有利于对转子活动体进行位置固定，同时有利于根据工作需要对转子活动体灵活地调节。与现有技术相比，本申请的有益效果是：本专利技术所设计的地毯式隐身斗篷能实现对隐身声波频率和入射角度的连续调节，同时，所基于的弧形超表面结构包括有凹形和凸形的圆弧或者椭圆弧，可为设计贴近任意物体外形曲线的地毯式隐身斗篷提供关键的研究基础。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例中提供的一种基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷的结构示意图；图2为本专利技术实施例中提供的弧形可调声学超表面的结构示意图；图3为本专利技术实施例中提供的超表面单胞的结构示意图；图4为本专利技术实施例中提供的超表面单胞在x-z平面上等效截面的结构示意图；图5为本专利技术实施例中提供的一种圆弧弧形可调声学超表面构成的二维地毯式隐身斗篷在x-z平面上等效截面的结构示意图之一；图6为本专利技术实施例中入射声波为平面波，声波频率为3.2kHz，入射角度为0度(沿z轴负方向垂直入射)时的地毯式隐身效果示意图；图7为本专利技术实施例中入射声波为平面波，声波频率为5.2kHz，入射角度为0度(沿z轴负方向垂直入射)时的地毯式隐身效果示意图；图8为本专利技术实施例中为入射声波为平面波，声波频率为3.2kHz，入射角度为35度(与z轴负方向夹35度倾斜入射)时的地毯式隐身效果示意图；图9为本专利技术实施例中为本专利技术实施例二提供的一种椭圆弧形可调声学超表面构成的二维地毯式隐身斗篷在x-z平面上等效截面结构示意图之一；图10入射声波为平面波，声波频率为3.2kHz，入射角度为0度(沿z轴负方向垂直入射)时的地毯式隐身效果示意图；图11为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷，其特征在于：包括多个相同的弧形可调声学超表面，多个所述弧形可调声学超表面在平行于地平面方向阵列拼接组成一个柱形的隐身斗篷，所述隐身斗篷的外形曲线采用轴对称的弧形结构，在顶部平滑连接，在左右两侧与地平面水平相切，所述隐身斗篷与地平面之间弧形过渡平滑连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷，其特征在于：包括多个相同的弧形可调声学超表面，多个所述弧形可调声学超表面在平行于地平面方向阵列拼接组成一个柱形的隐身斗篷，所述隐身斗篷的外形曲线采用轴对称的弧形结构，在顶部平滑连接，在左右两侧与地平面水平相切，所述隐身斗篷与地平面之间弧形过渡平滑连接。


2.如权利要求1所述的基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷，其特征在于：所述弧形可调声学超表面由多个超表面单胞沿弧形曲线法线方向排列拼接组成。


3.如权利要求2所述的基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷，其特征在于：所述超表面单胞整体为长方体结构。


4.如权利要求3所述的基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷，其特征在于：所述超表面单胞包括定子上端盖、定子下端盖和转子活动体，所述定子上端盖、所述定子下端盖在顶部中心均开设有声通道入口，在内部中心均开设有声通道和凹槽，在内部左侧均固定有扇形叶片状的连接件，在上下表面均设有沉头孔。


5.如权利要求4所述的基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷，其特征在于：所述弧形可调声学超表面包括弧形定子上端盖骨架、...

【专利技术属性】
技术研发人员：王艳锋，周红涛，汪越胜，樊世旺，李晓双，付文筱，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12