周彦玲 范军 王斌 李兵

(上海交通大学, 海洋工程国家重点实验室, 高新船舶与深海开发装备协同创新中心, 上海 200240)

本文提出一种具有深度梯度的环形凹槽结构, 可用于调控水中有限长刚性圆柱体散射声场空间指向性.基于声学相位阵列理论分析了环形凹槽圆柱声散射空间指向性改变的机理, 研究表明: 凹槽深度方向相位延迟和凹槽间Bragg散射的相互作用使得平面声波垂直于圆柱方向入射其正横方向散射声波发生偏转.采用有限元方法讨论了凹槽结构参数如占空比、梯度等对圆柱散射声场空间分布特征的影响规律.多个不同深度梯度环形凹槽单元组合圆柱体散射声场数值计算和实验结果显示: 具有环形凹槽结构圆柱体正横方向散射声波均匀偏转到预定的空间范围内, 使得圆柱体声散射场空间指向性均衡化, 改变了圆柱整体的散射特征, 这为水下目标声隐身设计和声波定向传播提供了新的方法.

1 引 言

声学超表面打破传统超材料的限制, 在很小的尺度上实现调控, 具有紧凑、成本低、损耗小以及便于集成等优势, 具有广泛的应用前景, 对于声学领域的基础研究和新型声学器件的拓展具有重要的指导意义.由于声学超表面具有界面相位突变的特点, 可以根据结构的几何尺寸任意调控0—2π的相位分布, 实现声波波阵面的调控[1], 声学超表面的出现为自由调控声波提供了一种新的途径.近几年, 出现了很多……