声隐身斗篷多重散射机理及其应用研究

利用声隐身斗篷能够使声波绕开物体而不产生反射和声影，与传统的吸波隐身法相比，具有对入射声场无扰动、可屏蔽外界声场、厚度可远小于声波波长等众多优点。将声斗篷应用到抑制低频声散射方面目前在国际上得到广泛的关注。然而，目前声隐身斗篷的隐身机理仅仅被简单归结于各向异性有效声学参数所引起的空间变换效应，其深入的作用机制还不甚清楚，特别是对声隐身斗篷多重散射机理还缺乏定量的研究，还无法对实际声隐身斗篷的设计加以指导，已影响到声隐身斗篷的进一步研究和应用。本项目拟从散射叠加相消的微观角度深入研究分层介质声斗篷多重散射的机理及其在声隐身中的作用，通过定量表征以低阶次为主的各阶散射声波的能量传播，探索声波在声斗篷中的弯曲、偏转传输过程，寻找分层介质关键参数对稳态声散射抑制效率及动态散射强度的影响规律，并在理论研究的基础上进一步开展实验工作。

将声斗篷应用到抑制低频声散射方面目前得到了国际上的广泛关注。与传统的吸波隐身相比，声斗篷能够使声波绕开物体而不产生反射和声影，具有对入射声场无扰动、厚度可远小于声波波长等众多优点。为了定量研究声隐身斗篷多重散射机理，以期对实际声隐身斗篷的优化设计加以指导，我们开展了本项目的研究工作。项目执行三年来，基本按照预定研究计划进行，取得的研究结果达到了项目计划书的预期要求。. 首先，我们建立了分层介质的声传递矩阵理论模型，从散射叠加相消的微观角度研究了分层介质声斗篷多重散射机理及其在声隐身中的作用；通过定量表征以低阶次为主的各阶散射声波的能量传递，探讨了声波在声斗篷中的弯曲、偏转传输过程。其次，我们应有限元数值模拟的方法研究了不同声波模式在声斗篷中的传输过程，探索了分层介质关键参数对稳态声散射抑制效率及动态散射强度的影响规律，研究发现层厚对于短波长声波入射时的隐身效果影响较大，深化了对其调控作用的认识。在进一步的研究中，我们利用变换声学理论提出了负折射型双通声学斗篷的设计方案，发现声波会经历有效的“正-负”负折射、梯度弯曲、“负-正”负折射过程，波阵面可以无失真地进入被隐身区域且没有产生对外部声场的扰动；研究还发现该设计可以在很宽的频带范围内具有良好的隐身效果，我们也基于各向同性均匀多层介质进一步提出了可行的实现方案。另一方面，为了探讨多层结构介质薄板构型复杂性对LAMB波在薄板声斗篷中传输的影响，我们系统的研究了多层结构介质薄板的Sandwich构型与位错缺陷对声传输的调控。研究发现，Sandwich构型将导致明确的对称模式和反对称模式组合，而位错会产生明确的对称模式和反对称模式相互转换过程。. 在项目研究期间，共在SCI、EI源刊物上发表论文23篇，在国内核心刊物上发表论文1篇，在国际学术会议做口头报告3次，国内学术会议做口头报告2次。本项目的研究结果为多层介质声斗篷隐身性能的进一步优化设计和方案实现提供了依据。