水下環(huán)形凹槽圓柱體散射聲場空間指向性調(diào)控*

周彥玲 范軍 王斌 李兵

(上海交通大學(xué), 海洋工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 高新船舶與深海開發(fā)裝備協(xié)同創(chuàng)新中心, 上海 200240)

本文提出一種具有深度梯度的環(huán)形凹槽結(jié)構(gòu), 可用于調(diào)控水中有限長剛性圓柱體散射聲場空間指向性.基于聲學(xué)相位陣列理論分析了環(huán)形凹槽圓柱聲散射空間指向性改變的機(jī)理, 研究表明: 凹槽深度方向相位延遲和凹槽間Bragg散射的相互作用使得平面聲波垂直于圓柱方向入射其正橫方向散射聲波發(fā)生偏轉(zhuǎn).采用有限元方法討論了凹槽結(jié)構(gòu)參數(shù)如占空比、梯度等對圓柱散射聲場空間分布特征的影響規(guī)律.多個(gè)不同深度梯度環(huán)形凹槽單元組合圓柱體散射聲場數(shù)值計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示: 具有環(huán)形凹槽結(jié)構(gòu)圓柱體正橫方向散射聲波均勻偏轉(zhuǎn)到預(yù)定的空間范圍內(nèi), 使得圓柱體聲散射場空間指向性均衡化, 改變了圓柱整體的散射特征, 這為水下目標(biāo)聲隱身設(shè)計(jì)和聲波定向傳播提供了新的方法.

1 引 言

聲學(xué)超表面打破傳統(tǒng)超材料的限制, 在很小的尺度上實(shí)現(xiàn)調(diào)控, 具有緊湊、成本低、損耗小以及便于集成等優(yōu)勢, 具有廣泛的應(yīng)用前景, 對于聲學(xué)領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和新型聲學(xué)器件的拓展具有重要的指導(dǎo)意義.由于聲學(xué)超表面具有界面相位突變的特點(diǎn), 可以根據(jù)結(jié)構(gòu)的幾何尺寸任意調(diào)控0—2π的相位分布, 實(shí)現(xiàn)聲波波陣面的調(diào)控[1], 聲學(xué)超表面的出現(xiàn)為自由調(diào)控聲波提供了一種新的途徑.近幾年, 出現(xiàn)了很多……