用于控制流动行为的声子材料的制作方法

相关专利申请的交叉引用

本申请要求于2014年7月28日提交的美国临时申请号62/030,048的权益，其全部内容通过引用并入本文，如同在本文中作出全面阐述一样。

政府权利

本发明得到政府的支持，国家科学基金会授予的批准号为cmmi1131802。政府对本发明具有一定的权利。

本发明涉及声子材料在流量控制中的用途。

背景技术：

对于空气、海洋和陆地车辆以及风力涡轮机、远程管道和其它应用而言，流体和固体表面之间在相对运动中的相互作用代表对层流至湍流过渡(以及随之而来的阻力增加)具有中心意义的动态过程。因为表面摩擦阻力在层流中比在湍流中低，所以可以通过延迟层流至湍流的过渡或通过控制并减弱湍流并因此减少完全发展的湍流中的壁剪切来潜在地实现阻力的减小。

流动控制领域可以回溯到史前时期，当时原始工具和武器(例如长矛和箭头)具有故意包括的结构以与周围流动有利地相互作用。这些结构是通过经验演化而不是对底层物理的理解而出现的。在二十世纪初才出现流动控制的科学方法，普朗特提出边界层理论，伴随着流动分离的物理学的解释，以及边界层控制的若干实验验证。在这一创新性贡献之后，流动控制的概念，特别是对于壁边界流的概念，成为流体力学中的主要研究推动力，并且其发展经历了若干阶段或时代，在这些阶段或时代中已经广泛研究了许多被动和主动方法。除了别的以外，这些方法包括表面的流线形成，表面加热或冷却，将聚合物添加剂注入到流动中，在表面上添加肋，在表面吸附、吹和涂覆柔顺材料。

无论用于刺激流动行为变化的方法如何，当识别并清楚地理解特定的不期望的流动结构和机制时，可以实现成功的干预。关于流动过渡和表面(表面摩擦)阻力增大，不稳定扰动的成核和增长是非常有害的。由于它们的波性质，可以阻碍这些干扰的增长(即它们的稳定性)，并且可以通过波消除或至少一定程度的相消干涉来诱发对这些干扰的增长的阻碍。已经使用主动装置广泛地研究波消除或叠加。然而，特别是当应用于复杂条件时，结果是平常的，所述复杂条件例如是主扰动在各种频率、相位和取向上引起残余扰动而使得控制过程棘手的流动过渡。

在壁边界流动中，流体和固体的动力学行为之间存在相互依赖性。这种依赖性由界面处的流体-结构相互作用的性质塑造。因此，原则上可以想到使用流体来影响固体的组成性响应，并且反过来，通过调整固体表面的弹性动力学响应来有利地改变“流场的特性和布置”。如上所述，在文献中已经通过利用具有显著柔顺弹性特性的表面探讨了后一概念。当在摩托艇上进行实验(在该实验中，具有海豚状表皮的模型在海中被拖曳并表现出减小超过50％的阻力)后，maxo.kramer在1957年介绍了这个概念。虽然这一结果后来由于缺乏良好受控的实验条件而受到质疑，但是它已经帮助引起了对该主题的许多兴趣。对如层流至湍流过渡和表面摩擦阻力的一样复杂的现象的随之而来的效果进行了大量研究。柔顺表面主要允许沿着表面的瑞利弹性波，并且由于其低刚度允许大的表面运动的可能性，并因此允许与流动的显著相互作用。其主要优点源于其无源性和简单性，即，不需要主动控制装置、电线、管道和槽等。这是经济上期望的益处，实际上是关键的，因为在操作主动装置中消耗的能量可能经常超过通过改变流动节省的能量。然而，该概念具有若干关键的缺点。大的壁运动是最不希望的，因为它增加了表面不稳定性(例如颤振)的可能性。此外，在需要承载负荷的材料的激烈的操作环境中，通常不欢迎相当高的柔顺度。更根本的缺点是没有明确的途径机械调谐以便进行利用流动的精确的频率相关干预和相位相关干预。

流动中的湍流包括反向旋转顺流涡流的布置，其沿着与高速和低速流体的流线相互作用的流动方向延长。在低速流体通过顺流涡流的旋转而被向上推的时间期间，湍流能量的产生增强。

在高压涡轮机叶片通道和低压涡轮机叶片通道二者中，通过使用液相和/或气相的任何工作流体，可能需要在通道的吸入侧和压力侧两侧上冷却叶片材料。这可以通过使冷却流体沿着涡轮机叶片通过以通过对流冷却叶片表面上的边界层流体来实现。为了有效地冷却，期望具有高的对流热传递速率，这在流动为局部湍流时是可行的。这是一个具有挑战性的问题，因为在叶片通道的压力侧，流动重新层流化和对流热传递速率很低。

技术实现要素：

提供了一种用于与流体或固体流动相互作用的声子材料、该声子材料的使用方法以及设计用于与流动一起使用的声子材料的方法。在一个实施方式中，声子材料包括界面表面和子表面特征部。所述界面表面适于响应于施加在所述界面表面上的与流动中的至少一个波相关联的压力而运动。所述子表面特征部从界面表面延伸。所述子表面特征部包括声子晶体或局部共振超材料，所述声子晶体或局部共振超材料适于经由所述界面表面基于来自所述流动的压力接收具有至少一个频率的至少一个波，并且改变所述至少一个波的相位。所述界面表面适于响应于所述至少一个波的操纵/改变的相位以一频率、相位和振幅振动。

在另一实施方式中，一种控制流动的方法包括响应于施加在界面表面上的与流动中具有至少一个频率的至少一个波相关联的压力使所述界面表面运动。所述方法还包括通过从界面表面延伸的子表面特征部接收至少一个波。所述子表面特征部包括声子晶体或局部共振超材料。所述方法还包括经由子表面特征部改变至少一个波的相位，以及响应于至少一个波的改变的相位使界面表面以一频率、相位和振幅振动。

在又一个实施方式中，提供了一种设计声子材料的方法。在该实施方式中，该方法包括：设计声子子表面材料，使得其相位关系是负的并且其振幅被控制在所述流动波的频率以便引起稳定化，或者其相位关系是正的并且其振幅被控制在该频率以便引起不稳定化。

在另一实施方式中，提供了一种用于与流体或固体流动相互作用的声子材料。在此实施方式中，所述声子材料包括界面表面和子表面特征部。所述子表面特征部从界面表面延伸。所述子表面特征部包括声子晶体或局部共振超材料，所述声子晶体或局部共振超材料适于基于来自调制的重力场的体力接收具有至少一个频率的至少一个波并且改变所述至少一个波的相位。所述界面表面适于通过响应于所述至少一个波的改变的相位以一频率、相位和振幅振动而与所述流动相互作用。

在又一实施方式中，提供了一种用于与流体或固体流动相互作用的声子材料。在此实施方式中，所述声子材料包括界面表面和子表面特征部。所述界面表面适于响应于施加在所述界面表面上的与流动中的至少一个波相关联的压力而运动。所述子表面特征部从界面表面延伸。所述子表面特征部包括均匀一致的弹性结构，所述弹性结构适于基于经由所述界面表面基于来自所述流动的压力接收具有至少一个频率的至少一个波并且改变所述至少一个波的相位。所述界面表面也适于响应于所述至少一个波的改变的相位以一频率、相位和振幅振动。

与流体或固体流动相互作用的声子材料、使用该声子材料的方法以及设计用于与流动一起使用的声子材料的方法可用于多种应用，包括：通过改变流动特性减小表面摩擦阻力、推进或延迟层流至湍流过渡、增强或减弱湍流、增强和/或吸收流体中的能量、提前或延迟流动分离、增强或减小升力、增强或减少表面振颤、增强或减少流体混合、增强或减少流体-结构界面处的热产生、改变流体内的热传递。

通过阅读下面的描述和权利要求以及查看附图，本发明的前述和其它方面、特征、细节、效用和优点将是显而易见的。

附图说明

图1a是包括声子子表面的平面流动通道的示意图，该平面流动通道覆盖通道中间附近的一段并且跨整个跨度延伸。

图1b描绘了如图1a所示的一维声子晶体(所述子表面由该一维声子晶体构成)(插图中示出了brillouin区)的示例性色散曲线。

图1c描绘了表示如图1a所示的与流动交界的界面的声子晶体表面的一示例性稳态振动响应。

图1d描绘了表示如图1a所示的与流动交界的的界面的声子晶体表面处的力和位移之间的一示例性时间平均相位。

图1e描绘了一示例性性能指标，其结合表示如图1a所示的与流动交界的的界面的声子晶体表面处的力和位移之间的振幅和相对相位。

图1f是具有设置在流动通道的柔性表面外的声子子表面的另一示例性平面流动通道的示意图。

图2描绘了可以用于形成声子子表面的声子晶体的多个示例性构造。

图3描绘了可以用于形成声子子表面的声子晶体和局部共振超材料的多个示例性构造。

图4a-4e描绘了具有从基材延伸的一维局部共振振荡器的二维弹性超材料的多个示例性构造。这些构造可以用于形成声子子表面，其中在合适的情况下，板可以与表面(并与流动)平行或垂直或成一定角度定向。

图5示出从基材(如图4所示)延伸的一维局部共振振荡器几何/形状的多个示例性构造。

图6a-6f描绘了具有从基材延伸的一维局部共振振荡器的二维弹性超材料的其它示例性构造，这些构造可以用于形成声子子表面，其中在合适的情况下，板可以与表面(并与流动)平行或垂直或成一定角度定向。

图7a和7b描绘了具有嵌入式共振振荡器的二维弹性超材料的又一其它示例性构造，这些构造可以用于形成声子子表面，其中在合适的情况下，板可以与表面(并与流动)平行或垂直或成一定角度定向。

图8a和图8b描绘了具有从基材延伸的二维局部共振振荡器的二维弹性超材料的其他示例性构造。这些构造可以用于形成声子子表面，其中在合适的情况下，板可以与表面(并与流动)平行或垂直或成一定角度定向。

图9a和9b示出了具有从基材延伸的一维局部共振振荡器的又一其它示例性一维弹性超材料。这些构造可以用于形成声子子表面，其中杆可以与表面(并且与流动)垂直或成角度取向，类似于图1a所示的流动和声子材料之间的相对取向。

图10a和图10b描绘了具有从基材延伸的一维局部共振振荡器的一维弹性超材料的其他示例性构造。在多种实施方式中，这些构造可以用于形成声子子表面，其中杆可以与表面(并且与流动)垂直或成角度取向，类似于图1a所示的流动和声子材料之间的相对取向。

图11a和11b示出了具有嵌入式共振振荡器的三维弹性超材料的又一其它示例性构造。在各种实施方式中，这些构造可以用于形成声子子表面，其中周期特征可以相对于表面(和流动)在任何方向上取向。

图12a、12b和12c描绘了(a)没有安装声子子表面，(b)具有以声子晶体形式安装在两个边缘处的声子子表面或(c)具有以安装的局部共振超材料形式安装在两个边缘处的声子子表面的管道或管的示例性构造。

图13a-13c示出了利用声子子表面的示例性闭合通道(例如，管道的管)的示意图。

具体实施方式

提供了利用布拉格散射和内部共振(单独地或组合地)工作在来自声子物理学的基本概念上的材料或结构的设计和构造。在各种实施方式中，为了流动控制的目的，这些材料或结构可以被实现为在它们的频率响应中开放带隙以在与之接触的相互作用的流体流(气体和液体，单相和多相)以及流动的固体如冰和雪中形成阻带以引起“失相”以及反过来形成通带以引起“同相”。阻带和通带还可以设计成通过改变流动特性来增强和/或吸收流体中的能量、提前或延迟流动分离、增强或减小升力、减少或增强表面振颤以及改变流体内的热传递。

一个或多个声子子表面包括基于布拉格散射原理设计的声子晶体和/或工作在内部共振和模式杂交原理上的局部共振超材料。该概念包括引入弹性介质(声子晶体或局部共振超材料)，该弹性介质位于沿着表面的一个或多个感兴趣的点或区域，并且以使得其空间周期性沿着深度，例如垂直于表面、与表面成一定角度、沿着表面或其任何组合的方式延伸。在图1a中示出了一个示例性实施方式，其中具有否则将是全刚性壁的流动通道的表面(例如，底表面)的一段被一维(1d)弹性声子晶体替代，弹性声子晶体的周期性沿着深度延伸。图1a中所示的声子晶体可以被替换为本文或者mahmoudi.hussein和brucel.davis于2014年4月7日提交的美国公开专利申请no.20150015930a1中所述的其他声子晶体或局部共振超材料，该专利申请的全部内容通过引用并入本文，如同其在本文中作出完全阐述一样。

通过在流动的速度场和/或压力场中诱导导致流体中不稳定波振幅的减弱的相消干涉，可以在阻带内(在落在截断共振右边的频率处)实现稳定化。反过来，通过在流动的速度场和/或压力场中诱导放大流动中的湍流波振幅的相长干涉，在通带(在某些频率窗口中)中引起流动不稳定。在本文中，流动包括气体或液体、或气-液混合物、或气-液-固混合物、或液-固混合物、或气-固混合物的流体介质的运动。包括流动的速度场和/或压力场的相消和/或相长干涉的相同概念也可以用于控制湍流，以便减少或增强局部表面摩擦，并因此减小或增强在气体或液体、气-液混合物、气-液-固混合物、液-固混合物或气-固混合物的流体介质中运动的表面和本体上的阻力。包括流动的速度场和/或压力场中的相消和/或相长干涉的相同概念也用于增强/控制层流/湍流液-气混合物、不同液体的混合物、不同气体的混合物、液-气-固的混合物、液-固的混合物、气-固混合物和可燃物中混合的程度，增加或减弱流动中的热传递速率、提前或延迟分离、增强或减小升力、和/或减少或增强表面振颤。

用于使不稳定波稳定在特定频率的设计声子子表面的一个示例性方法如下。首先，声子子表面的晶胞被设计并优化为呈现包含不稳定波的频率的阻带(带隙)。然后，在表示由上面设计类型的一个或多个晶胞组成的有限结构的模型上进行稳态频率响应分析。晶胞可以沿垂直于该表面(和流动)的方向或平行于该表面(和流动)的方向或这两个方向布置。然后改变晶胞并可以改变结构的端部设计和边界条件，直到最接近不稳定波频率的周期性截断共振位于尽可能接近不稳定波频率并位于其左边的位置。然后使用性能指标来评估声子子表面的预测性能，如下面更详细地解释的。重复该过程，直到预测的性能指标给出具有最高可能的绝对值的负值。

这种方法的一个优点是，可以完全设计声子子表面而不进行任何耦联的流体-结构模拟(其往往计算起来代价高昂)。然而，可以进行流体-结构模拟作为验证，特别是确保声子子表面中的阻尼水平(材料和结构)是最佳的。

对于不稳定，可以采用与上面提到的过程相同的过程，以下除外：(1)在这种情况中晶胞被设计为在感兴趣的频率周围呈现通带；以及(2)整个结构(包括晶胞布局)被设计为使得感兴趣的频率匹配通带共振频率。

尽管上述描述涉及操纵单个频率(用于稳定的不稳定波，反之亦然)，该方法可以延伸到覆盖特定频率及其谐波(其与非线性不稳定性和过渡问题相关)和频率范围(其与湍流问题相关)。

湍流阻力减小的一个目标是通过修改高低速近壁流线布置来破坏导致湍流的一系列事件和/或通过改变ν-波动速度和w-波动速度之间的相位来修改顺流涡对并关闭爆裂过程因而防止或减少湍流动能的产生。还可以借助通过使负责从宽频带宽的平均流动提取能量的u-ν组分的相位修改而减少湍流动能的产生来减少湍流动能。在此基础上，声子子表面的任务可以是通过防止或延迟涡的成因并且还通过降低涡从平均运动提取能量的有效性来降低包含这些涡的能量强度。为了被动地实现该功能，可以通过跨越各种条件的一系列湍流模拟的结果来通知声子子表面晶胞设计过程。例如，包含涡和爆裂频率范围的能量频谱的频率范围可以用于设计子表面声子材料。利用该信息，声子子表面可以被设计成关注跨预定频率范围的v场失相，使特定的设计重量被分配给每个流动机制。该设计可以在耦联的流体-结构模拟中测试，并且该过程随着不同重量重复。

在高压涡轮机叶片通道和低压涡轮机叶片通道中，通过使用液相和/或气相的任何工作流体，可能需要在通道的吸入侧和压力侧两侧冷却叶片材料。这可以通过使冷却流体沿着涡轮机叶片通过以通过对流来冷却叶片表面上的边界层流体来实现。为了有效地冷却，期望具有高的对流热传递速率，这在流动为局部湍流时是可行的。这是一个具有挑战性的问题，因为在叶片通道的压力侧，流动重新层流化并且对流热传递速率低。声子材料/子表面可以被设计成通过使流体在叶片通道的工作流体温度高的那些区域上不稳定成湍流来局部地增强混合。

温度和重力场调制效应可能对于需要减少并消除由于重力体力效应而由浮力驱动的自然对流的空间实验和制造过程是有害的。在空间中，自然对流的减少和所产生的对流流动预期增强材料性质和性能。然而，在基于空间的实验或制造过程中，经历由乘员运动、设备、太阳能阻力和其它源引起的低振幅扰动(g-抖动)。由这些扰动产生的最大g-抖动振幅对于设备为10^-3g0的量级，对于船员运动为10^-2g0的量级，其中g0为地面重力。与空间环境中的10^-6g0的基准重力水平相比，这些振幅是显著的，并且具有差的低加速度公差极限的实验和制造过程可能受到随后的对流流动的干扰。抑制这种扰动以便保持系统的稳定性并防止产生残余对流流动可能是重要的。这些扰动可以通过安装声子材料/子表面来抑制，其中，所述声子材料/子表面被调谐成与具有包含扰动的宽频率范围的反共振匹配。s.biringen和l.j.peltier(流体物理a(physicsoffluidsa),vol.2.no.5.1990年5月)在具有重力调制的3-dbenard对流的数值模拟中提出了该问题的数值模拟。

实施方式

流动和固体表面控制

在一些实施方式中，例如，声子子表面可以用在以下应用中，例如但不限于，任何空中，海上和陆地载具、载人和无人载具(无人机)、水力涡轮机叶片和风力涡轮机叶片、螺旋桨、风扇、蒸汽涡轮机叶片和燃气涡轮机叶片、以及其他应用，为了减小阻力、增大阻力、减小湍流、增强湍流(例如，在流体混合中)、抑制线性不稳定性、抑制非线性不稳定性、延迟/促进过渡、增强机动性、增强升力；热传递控制(增强和/或减小)传递、噪声控制、振动控制、避免振颤、诱导在所有三个坐标方向上的表面运动；分离延迟等。

流体

可以与如本文所述的声子子表面一起使用的流体的示例包括但不限于以下：所有流体，气体，液体，单相和多相，混合物等。在一个特定实施方式中，例如，空气、水、油、天然气、污水或其它流体可与声子子表面一起使用。流体可以在室温、低于室温、高于室温下存在。应用涵盖静态流体、不可压缩流体、亚音速，跨音速，超音速，高超音速流动状态；层流、湍流和过渡流动状态；光滑表面、具有表面粗糙度的表面——自然地出现以及通过过渡；不稳定性，过渡和湍流——自然引发、由声激励、任何形状的有限尺寸的粗糙元件、植物冠层及其他引发；旁路不稳定性、过渡和湍流。

流动控制应用覆盖所有流场。这些包括(但不限于)外部流动和内部流动及其各种组合；包括所有流场。

外部流动：飞机机翼(客机、战斗机、加油机、军用飞机、所有固定翼飞机、旋翼飞机、直升机、垂直起飞飞机、可重复使用的航天器、带喷气发动机的飞机、带螺旋桨的飞机、基于船舶的海军飞机)上的流动；翼体接合部、机身上、飞机发动机进气口、涡轮机中和周围、涡轮机叶片、叶片通道、风力涡轮机叶片上的流动控制；任何横截面、对称、不对称、有和没有拱形的翼，所有翼、机翼和水翼轮廓(包括naca和nasa机翼)，三角翼，折叠翼，可伸缩翼，翼附件，高升力装置。在包括船舶(战舰，游轮，有人货船)，油轮，运输船，赛艇，帆船，无人船潜艇(载人和无人)，深海运输工具，气垫船，摩托艇、水板等的海运载具周围的流动。在任何类型的风力涡轮机叶片和任何类型的水涡轮机和蒸汽涡轮机周围的流动。

(任何流体，气体和/或液体的)内部流动：任何横截面形状、长度和任何温度下以及急剧或逐渐膨胀的开放或关闭的管道(通道)中的流动；任何材料的圆形、正方形、椭圆形、矩形、三角形形状的管道中的流动；具有表面加热和/或冷却、泵驱动、重力驱动、浮力驱动的管道中的流动。泵叶轮，蒸汽涡轮机，泵和涡轮机入口和出口通道，在其叶片上的流动。

该应用进一步涵盖所有类型、尺寸和用途的船舶，船体，船舶螺旋桨，客船，游轮，军用船舶，按例部署在空中和海上作战的军用载人和/或无人驾驶载具，用于娱乐、运输、货物、竞赛的所有类型的快艇，赛艇，帆船。雪车，高山和越野滑雪板，雪板，桨船，风帆板，降落伞(滑)冲浪板，游泳衣，溜冰鞋，溜冰板，滑水板。

由任何材料制成的任何固体表面可用于关键概念的应用，包括(但不限于)铝、塑料/聚合物(所有类型)、钛、钢、铜、水泥、稀土；与任何流体接触的所有材料(天然或合成的)都包括在本发明的范围内，本发明的范围涵盖本文献中提及的广泛的应用范围。

声子子表面

声子子表面可以由声子晶体(周期性复合材料)和/或局部共振超材料(具有嵌入或附接的局部共振器的材料，所述局部共振器可以周期性地或非周期性地布置)制成。在这两种情况下，材料变化或几何特征的变化可以在一维、二维或三维的方向上延伸，并且可以包括一种、两种或更多种构成材料。图2示出了在声子子表面实施方式中使用的声子晶体的不同示例性构造。图4-11示出了包括声子子表面的局部共振超材料的不同的可行的构造。

在各种实施方式中，声子材料用于与流体(即，液体和/或气体和/或流动的固体)流相互作用的表面中或附近。如上所述，声子材料是指声子晶体和/或局部共振弹性超材料。空间周期性的声子晶体包括基于布拉格散射原理设计的材料。局部共振弹性超材料(其不一定是空间周期性的)包括根据内部共振和模式杂交原理工作的那些局部共振弹性超材料。该概念包括引入弹性介质(例如，声子晶体和/或局部共振弹性超材料)，所述弹性介质位于沿着表面的一个或多个感兴趣的点或区域，并且在一个实施方案中，所述弹性介质以使得其空间周期性(或大体上弹性波传播的方向)沿着深度(例如至少大体上垂直于表面或与表面成角度)、至少大体沿着表面或二者皆有的方式延伸。

此外，本文中使用术语一维(1d)，二维(2d)和三维(3d)来描述各种基材构造的特性以及局部共振超材料中的材料/几何界面或局部振荡器/共振器的形状、尺寸、取向、材料组成和/或位置/分布。例如，基材可以被描述为线或杆或柱形状的一维(1d)基材，除了其它尺寸之外，其以大体单一维度延伸。类似地，除了其它尺寸之外，诸如薄膜/膜/片或板状基材的基材可以被描述为沿二维延伸的二维(2d)结构。此外，不同的基材，例如块状材料，可以被描述为三维(3d)基材。类似地，还可以参考在下文中参照那些附图描述的一维、二维或三维结构来描述诸如图4中所示的柱脚的局部振荡器/共振器。

在一个实施方式中，柱脚形式的局部振荡器/共振器沿着板基材的一个或两个自由表面周期性地定位。虽然原则上柱脚不需要周期性地布置以使杂交效应生效(从设计/制造灵活性和对几何变化的不敏感性的观点来看，周期性要求的放宽是有利的)，在该特定实施方式中柱脚的周期性定位(1)提供了紧凑地布置柱的有效方式，(2)允许理论上分析、评估和设计局部共振超材料的系统方式，并且(3)提供了用于控制界面相位和振幅(即通过布拉格散射)的附加机制。

在另一个实施方式中，多个柱脚状局部振荡器/共振器用在基底薄膜材料的一个或两个自由表面上，每个包括独特的(不同的)高度和/或横截面积(参见例如图2d和2e)。在该实施方式中，使用多个柱脚(在薄膜上方和/或下方)，每个柱脚具有不同的几何尺寸(就高度和/或横截面积而言)，提供多个不同的共振组，并且共振组越多，跨频谱发生的耦合/杂交/相互作用就越多，并且这继而导致用于性能指标的更丰富的设计空间。

在图1a中示出了一个示例性实施方式，其中具有否则将是全刚性壁的流动通道的底表面的一段被替换为一维(1d)弹性声子晶体，所述一维(1d)弹性声子晶体具有沿着晶体的深度延伸的周期性的。在该特定实施方式中，流动通道包括多个壁，例如图示的四个壁，并且具有大体矩形的横截面。在其它实施方式中，流动通道可以包括任何形状，例如具有大体圆形，椭圆形，正方形，多边形或其它横截面。流动通道还可以包括变化的尺寸，例如变窄或扩大的流动通道。

在图1a所示的实施例中，例如，流过流动通道的流体的流动方向在如箭头所示的第一方向上流动。tollmien-schlichting(ts)波沿第一方向通过流动通道传播。流动通道包括多个刚性表面，所述多个刚性表面限定设置在由刚性表面形成的内边界内的流动通道。在一个或多个位置，刚性表面被一维(1d)弹性声子晶体替换，如图1a所示。在该实施方式中，所述一维弹性声子晶体包括多个晶胞，每个晶胞的长度α以在深度d方向上延伸的堆叠构造设置，该深度方向在该实施方式中大体上垂直于流动通道的刚性表面，流体沿着该刚性表面在流动通道中流动。

在该实施方式中，声子子表面结构的单个晶胞包括彼此相邻设置并具有不同的杨氏模量、密度和层厚度的第一层和第二层。在一个示例性实施方式中，例如，第一层可以包括诸如abs的聚合物，并且第二层可以包括诸如铝的金属材料。然而，这些仅仅是示例，并且可以设想其它材料。

图1f示出了流动通道实施方式的另一示例，其中流动通道的表面(例如，图1f中所示的底表面)包括柔性材料，所述柔性材料可响应于由在流动通道中流动的流体施加在表面上的压力而运动。具有沿着晶体的深度延伸的周期性的一维(1d)弹性声子晶体设置在流动通道的柔性表面的外部。柔性表面的运动相应地导致声子材料的界面表面中的运动。

在该特定实施方式中，流动通道包括多个壁，例如图示的四个壁，并且具有大体矩形的横截面。在其它实施方式中，流动通道可以包括任何形状，例如具有大体圆形、椭圆形、正方形、多边形或其它横截面。流动通道还可以包括变化的尺寸，例如变窄或扩大的流动通道。

在图1f所示的实施例中，例如，流过流动通道的流体的流动方向在如箭头所示的第一方向上流动。tollmien-schlichting(ts)波沿第一方向通过流动通道传播。流动通道包括多个表面，所述多个表面限定设置在由表面形成的内边界内的流动通道。在该实施方式中，至少一个表面包括与一维(1d)弹性声子晶体相互作用的柔性表面，如图1f所示。在该实施方式中，所述一维弹性声子晶体包括多个晶胞，每个晶胞的长度α以在深度d方向上延伸的堆叠构造设置，该深度方向在该实施方式中大体上垂直于流动通道的刚性表面，流体沿着该刚性表面在流动通道中流动。

在该实施方式中，声子子表面结构的单个晶胞也包括彼此相邻设置且具有不同的杨氏模量、密度和层厚度的第一层和第二层。在一个示例性实施方式中，例如，第一层可以包括诸如abs的聚合物，第二层可以包括诸如铝的金属材料。然而，这些仅仅是示例，并且可以设想其它材料。

声子材料与流动中的波相互作用并改变波的相位。例如，相互作用可以根据设计增加流动中的稳定性和/或不稳定性。声子材料和包括声子材料的结构可以被设计并构造成利用来自声子物理的包括布拉格散射和内部共振(单独地或组合地)的基本概念以在其频率响应中形成带结构，包括阻带(也称为带隙)和通带(也称为带)。例如，为了流动控制的目的，在与声子材料直接或间接(当声子材料位于柔性基底/表面表皮后方时)接触的相互作用的流体流动(气体和液体，单相和多相)以及流动固体(如冰和雪)中，带结构可以形成阻带以引起“失相”以及反过来形成通带以引起“同相”。当声子材料以与表面相邻的方式(例如，在表面之下或后方)布置时，本申请将其称为“声子子表面”。阻带和通带与结构共振特性一起也可以被设计成增强和/或吸收流体中的能量、增强或减少升力、提前或延迟分离、改变热传递、减少或增强振颤或者增加或减少湍流。

在husseinmi,biringens,bilalor,kucala,a.的flowstabilizationbysubsurfacephonons.(通过子表面声子的流动稳定化)proc.r.soc.a471:20140928以及下面的详细描述中描述了与理论/技术有关的示例性原则。

设计声子子表面材料，使得其相位关系在流动波的频率处为负以便诱导稳定，或者在该频率处为正以便诱导不稳定。该相位关系可以例如通过以下方式获得：利用与计划的耦合流体/结构构造相同的边界条件，在单独的离线计算中模拟声子材料中的振动，并且使声子材料或结构的将暴露于流动的部分处(其是界面或表面)的激发的相位与响应的相位之间关联。这种关联可以在延长的时间扫描上进行(积分)，以便确保依赖频率的相位函数的强度(正或负)的稳态表示。

界面或表面、或材料的通常将暴露于流动的部分的响应振幅在感兴趣的流动波(或波的频谱)的频率应当尽可能高(例如，在小的、无限小的振动的范围内)，以便使上述的失相或同相效应起作用。

为了将相位和振幅效应两者组合在一起，可以设计“性能指标”，其是这两个频率相关量(相位和振幅)的乘积。在流动波的频率处，预期以下结果：

·高绝对值的负性能指标-强稳定性

·低绝对值的负性能指标-弱稳定性

·高绝对值的正性能指标-强不稳定性

·低绝对值的正性能指标-弱不稳定性

由于声子材料(声子晶体或局部共振超材料)在长度上是有限的，截断(局部表面)模式/共振出现在频谱中并且倾向于落在阻带内。性能指标在该共振的右侧是负的，因此声子子表面晶胞可以被设计成使得该截断共振落在待被稳定的流动波(或波的频谱)的频率的左边。

在通带内，性能指标跨由有限结构的共振和反共振界定的频率窗口在正和负之间振荡。

以上用于控制特定频率的单个流动波的所有点可以重复用于具有在流动中出现的其它频率的其它流动波。实施这种多频策略的一种方式是组装彼此相邻的声子材料(声子晶体和/或局部共振超材料)的堆栈，其中每个声子材料被设计为覆盖特定频率。

原则上，用于控制流动的结构可以是标准均质且一致的弹性结构，其性能指标将类似地用于指导设计。然而，使用声子材料的优点是其基于固有的晶胞属性，并且因此对于操作期间边界条件的任何变化更加健壮。

例如，流动传播或属性的控制可以根据设计特性而增加波稳定性和/或不稳定性。例如，通过在流动的速度场和/或压力场中诱发相消干涉(所述相消干涉导致性能指标为负的频率下的流动中的波振幅(例如，扰动/不稳定波振幅)减弱)，可以在阻带(或多于一个阻带)内实现或至少增加稳定性。类似地，可以通过流动的速度场和/或压力场中的相长干涉(所述相长干涉导致性能指标为正的频率下的流动中的波振幅(例如，扰动/不稳定性波振幅)被放大)在通带(或多于一个通带)内诱导流动不稳定性。落在截止共振频率左侧的频率处的阻带内也可能发生流动不稳定。

在一个实施方式中，例如，声子子表面可以被设计为如下地稳定特定频率的不稳定波。声子子表面的晶胞被设计并优化以呈现包括或至少部分地包括不稳定波的频率或几个不稳定波的频率范围的阻带(带隙)。也可以在模型上进行稳态频率响应分析。例如，稳态频率响应分析可以包括表示由上面设计类型的一个或多个晶胞组成的有限结构。晶胞可以沿与表面(并与流动)垂直、成角度、平行或其组合的方向布置。可以改变晶胞并且可以改变结构的端部设计和边界条件，直到最接近不稳定波频率的周期截断共振(或多于一个周期截断共振)位于尽可能靠近(或至少合理地靠近)不稳定波频率并且至少部分位于不稳定波频率的左边。性能指标可以用于评估声子子表面的预测性能，如husseinmi,biringens,bilalor,kucala,a.flowstabilizationbysubsurfacephonons.proc.r.soc.a471:20140928中所解释的那样，这篇文献通过引用整体并入本文，如同在本文中作出完整阐述。可以重复该过程，直到预测的性能指标给出具有最高可能的绝对值的负值或至少显著的稳定效果。

此示例性方法的一个优点是，可以完全设计声子子表面而不进行任何耦合的流体-结构模拟(其往往计算起来代价高昂)。然而，可以进行流体-结构模拟作为验证，特别是以确保声子子表面中的阻尼(材料和结构)水平对于特定应用是最优的或至少令人满意的。

对于不稳定化，可以类似地采用与上面所提到的相同的处理，以下除外：(1)在这种情况下的晶胞被设计为在感兴趣的频率周围呈现通带；(2)整个结构(包括晶胞布局)被设计为使得感兴趣的频率匹配或至少重叠于通带共振频率。

尽管上述描述涉及单个频率(用于稳定化的不稳定波，或反之亦然)的操纵，该方法可以延伸到同时覆盖特定频率及其谐波(其与非线性不稳定性和过渡控制相关)和一定范围的频率(其与湍流和湍流控制相关)。

在流动相关系统的一个实施例中，例如，一个或多个声子材料结构可以被设计成控制流体从层流到湍流的过渡。从层流到湍流的过渡可以通过增加流动的稳定性来延迟。类似地，层流到湍流的过渡可以被控制为早于通过降低流动的稳定性而实现的过渡。

图1b描绘了如图1a所示的一维声子晶体(子表面由该一维声子晶体构成)的示例性色散曲线(插图中示出了brillouin区)。图1c描绘了表示如图1a所示的与流动交界的界面的声子晶体表面的示例性稳态振动响应。图1d描绘了表示如图1a所示的与流动交界的界面的声子晶体表面的力和位移之间的示例性时间平均相位。图1e描绘了示例性性能指标，其结合了表示如图1a所示的与流动交界的界面的声子晶体表面的力和位移之间的振幅和相对相位。在图1c-1e中，通过单独分析声子晶体(不与流动耦合)获得的结果由黑色实曲线表示。来自耦合的流体-结构模拟的结果由点表示。在图1c中，四个耦合的模拟数据点都乘以单个公共常数以用未耦合的模型曲线校准。

图2示出了可以用于形成声子子表面的声子晶体的多个示例性构造。在该实例中，声子晶体是一维、二维或三维弹性声子晶体。每个弹性声子晶体还具有沿着晶体的相应的一维、二维或三维延伸的周期性。在所示的一维示例中(也在图1中示出)，声子晶体的周期性沿着深度(第一)维度延伸，如上面参考图1所述。二维晶体实例中的周期性沿着两个维度(例如，长度和宽度)延伸。在三维示例中，周期性在三维中延伸，例如沿着x、y和z轴。

图2还示出了可以存在于声子子表面材料中的周期性的示例类型。在一个示例中，周期性可以是由于声子子表面材料的组分材料。在图1a所示的例子中，例如，晶胞包括彼此相邻设置的两种材料(例如，聚合物和金属，例如abs和铝)，它们一起提供了根据所使用的声子子表面结构沿着一个或多个维度延伸的周期性。在另一实施方式中，周期性可以归因于声子子表面结构的一个或多个晶胞内的几何设计。在图2所示的示例中，例如，具有不同长度的交替层可以提供根据所使用的声子子表面结构沿着一个或多个维度延伸的周期性。类似地，声子子表面结构的周期性可以由边界条件提供，例如周期性地附接到另一介质。

图4a-4e示出了可以用于形成声子子表面的声子晶体和超材料的多个示例性构造。

例如，图4a示出了板的一个实施方式的不同透视图，该板包括设置在板的单个表面(例如，顶面)上的等尺寸柱脚的大体上二维(2d)的均匀的周期性阵列。尽管柱脚在图4a中示出为具有正方形横截面，但是它们可以具有任何其它横截面形状，例如矩形、圆形、椭圆形、三角形、多边形或其它规则或不规则横截面形状(参见，例如，图5所示的截面)。

图4b类似地示出了大体上二维(2d)板的第二实施方式的不同透视图，所述板包括设置在板的两个侧面/表面(例如，顶面和底面)上的等尺寸的柱脚的周期性均匀阵列。在此实施方案中，板的第一侧的柱脚(例如，顶部柱脚)的尺寸可等于或不同于板的第二侧的柱(例如，底部柱脚)的尺寸。此外，尽管柱脚在图4b中示出为具有正方形横截面，但是它们可以具有任何其它横截面形状，例如矩形、圆形、椭圆形、三角形、多边形或其它规则或不规则横截面形状(参见，例如，图5所示的截面)。

图4c示出了大体二维(2d)板的第三实施方式的不同透视图，所述大体二维(2d)板具有设置在板的第一表面上(例如，在顶面上)的等尺寸柱脚的周期性阵列，每n个行(例如，图4c中所示的实施例中的每第三行)出现一个空行。也可以使用满和空的行和列的其他分布。

图4d示出了基于具有多个柱脚的多柱脚晶胞的具有周期性阵列的大体二维板的第四实施方式的不同透视图，其中所述多个柱脚具有不同高度。在图4d所示的特定示例中，例如，每个重复的晶胞具有多个柱脚，每个柱脚具有不同的高度，但是具有相同的横截面面积和/或形状。在不同的实施方式中，每个重复的晶胞可以具有不同高度和不同横截面面积的多个柱脚。虽然在这种构造中，在每个晶胞中有四个柱脚，但是其它构造可以包括每个晶胞更多或更少数量的柱脚，分布在薄膜的仅一侧或两侧。

图4e示出了大体二维板的第五实施方式的不同透视图，所述大体二维板具有周期性阵列，所述周期性阵列基于具有多个柱脚的多柱脚晶胞，其中所述多个柱脚具有不同横截面积。在图4e所示的特定示例中，例如，每个重复的晶胞具有多个柱脚，每个柱脚具有不同的横截面面积，但是具有相同的高度和/或形状。在不同的实施方式中，每个重复的晶胞可以具有不同横截面积以及不同高度和/或形状的多个柱脚。虽然在该构造中，在每个晶胞中存在四个柱脚，但是其他构造可以包括每个晶胞更多或更少数量的柱脚。

图5描绘了具有从基材延伸的一维局部共振振荡器的二维弹性超材料的多个示例性构造。这些构造可以用于形成声子子表面，其中在合适的情况下，板可以与表面(和流动)平行或垂直或成一定角度地定向。

图6a-6f示出从基材(如图5所示)延伸的一维局部共振振荡器几何/形状的多个示例性构造。

图6a示出了大体二维(2d)板的第六实施方式的不同透视图，该大体二维(2d)板包括设置在板的第一和第二表面上(例如，在板的顶表面和底表面上)的柱脚的二维(2d)周期阵列，其中柱脚的厚度(例如，直径)在板的表面上的不同位置随机变化。在此实施方案中，每一侧的柱脚具有相同的高度，且每个柱脚在顶部的高度与在底部的高度不同。在另一实施方式中，每个柱脚在顶部的高度可以与在底部的高度相同。虽然在图6a中在两侧示出了柱脚，但是另外的实施方式可以具有类似的柱脚的构造，但是仅在单侧上。

图6b示出了大体二维(2d)板的第七实施方式的不同透视图，所述大体二维(2d)板包括设置在板的第一和第二表面上(例如，在板的顶表面和底表面上)的柱脚的二维(2d)周期阵列，其中柱脚的高度在板的表面上的不同位置随机变化。在此实施方案中，每一侧的柱脚具有相同的厚度(例如，直径)，且每个柱脚在顶部的厚度与在底部处的厚度相同。在另一实施方式中，每个柱脚在顶部的厚度可以不同于在底部的厚度。虽然在图6a中在两侧示出了柱脚，但是另外的实施方式可以具有类似的柱脚的构造，但是仅在单侧上。

图6c示出了包括柱脚d1大体二维(2d)板的第八实施方式的不同透视图，这些柱脚设置在单个表面(例如，顶表面)上并且其位置和高度是随机的，而它们的厚度都相同。虽然在图6c中在单侧示出了柱脚，但是另外的实施方式可以具有类似的柱脚的构造，但是在板的两个表面上。

图6d示出了包括柱脚的大体二维(2d)板的第九实施方式的不同透视图，这些柱脚设置在单个表面(例如，顶表面)上并且其位置和高度是随机的，而它们的厚度都相同。尽管在图6d中在单侧示出了柱脚，但是另外的实施方式可以具有类似的柱脚的构造，但是在板的两个表面上。

图6e示出了大体二维板的第十实施方式的不同透视图，该二维板包括在单个表面(例如，顶表面)上的柱脚的随机(即非周期性)阵列，柱脚的厚度(例如直径)、形状和高度在不同位置随机变化。虽然在图6e中在单侧示出了柱脚，但是另外的实施方式可以具有类似的柱脚的构造，但是在板的两个表面上。

图6f示出了基于图4a中所示的带柱脚的板的竖向堆栈的第十一实施方式的构造。在其它图中示出的不同特征，例如柱脚间距(参见例如图4c)、多柱脚晶胞(参见例如图4d和4e)、壁构造(例如，图8a和8b及其相应的描述)和随机柱脚(参见例如图6a和6d)也可以应用于该竖向堆栈构造。尽管该图示出了彼此上下堆叠的三层带柱脚的薄膜的示例，堆叠的带柱脚的薄膜的层数可以变化。

图7a和7b描绘了具有从基材延伸的一维局部共振振荡器的二维弹性超材料的其它示例性构造，这些构造可以用于形成声子子表面，其中在合适的情况下，板可以与表面(和流动)平行或垂直或成一定角度地定向。

图7a示出大体二维板的另一个实施方式的不同透视图，所述大体二维板包括具有由薄臂(例如，梁)支撑的中心圆柱体的桥接结构。在该实施方式中，例如，可以重复晶胞以形成周期性或非周期性阵列。中心圆柱体(其可以具有与薄膜的主体相同的材料，或更重的材料)在该构造中用作局部振荡器/共振器。该构造中的振荡器/共振器可以采用其它形状(例如，方形柱体，球体，其他形状)，并且支撑臂也可以具有其他形状、数量和取向。该构造概念还可以以2d厚板状材料的形式实现，其中每个振荡器/共振器采取柱体或球体或其他形状的形状。

图7b示出了大体二维板的又一实施方式的不同透视图，所述大体二维板具有周期性阵列的圆形内含物，所述圆形内含物包括高柔顺材料(即，材料的刚度显著低于制作薄膜主体的材料的刚度)。在该特定实施方式中，例如，在该构造中的柔顺材料的每个内含物可以用作振荡器/共振器(即，类似于图4a中的每个柱脚)。内含物也可以采用其它形状和尺寸。柔顺内含物的位置可以以周期性方式(如图所示)排序，或者可以是随机分布的(如图6c和6d所示)。类似地，每个内含物的尺寸可以是均一的或可以在组中变化(如图4d和4e所示)或随机变化。

图8a和8b描绘了具有嵌入式共振振荡器的二维弹性超材料的又一其它示例性构造，这些构造可以用于形成声子子表面，其中在合适的情况下，板可以与表面(并与流动)平行或垂直或成一角度地定向。

图8a示出了大体二维(2d)板的第十四实施方式的不同透视图，所述大体二维(2d)板包括设置在板的第一表面(例如，板的顶表面)上的等尺寸壁的一维(1d)周期阵列。在该特定实施方式中，每个壁用作代表柱脚的2d版本的振荡器/共振器。壁沿着长度具有均匀的横截面，但是其它构造可以具有沿着壁的长度的周期性或非周期性变化的横截面。虽然在图8a中在单侧示出了壁，但是另外的实施方式可以具有类似的壁的构造，但是在板的两个表面上。

图8b示出了大体二维(2d)板的第十五实施方式的不同透视图，所述大体二维(2d)板包括设置在板的第一表面(例如，板的顶表面)上的等尺寸或不同尺寸的壁的二维(2d)周期阵列。在该特定实施方式中，每个壁用作代表柱脚的2d版本的振荡器/共振器。每个壁沿着长度具有均匀的横截面，但是其它构造可以具有沿着每个壁的长度的周期性或非周期性变化的横截面。竖向壁的厚度可以不同于水平壁的厚度。虽然在图8b中在单侧示出了壁，但是另外的实施方式可以具有类似的壁的构造，但是在板的两个表面上。

图9a和图9b描绘了具有从基材延伸的二维局部共振振荡器的二维弹性超材料的其他示例性构造。这些构造可以用于形成声子子表面，其中在合适的情况下，板可以与表面(并与流动)平行或垂直或成一角度地定向。

图9a示出了大体一维(1d)的线、杆、柱体或梁介质的第十六实施方式的不同透视图，所述大体一维(1d)的线、杆、柱体或梁介质包括沿着主体介质的圆周设置的等尺寸柱脚的循环周期阵列的。在该特定实施方式中，每个柱脚用作振荡器/共振器。在其他实施方式中，柱脚可以具有其他形状。虽然在该构造中，八个柱脚在每个晶格位置突出，但是其他构造可以包括每个晶格位置更多或更少数量的柱脚。

图9b示出了大体一维(1d)的线、杆、柱体或梁介质的第十七实施方式的不同透视图，所述大体一维(1d)的线、杆、柱体或梁介质包括沿着主体介质的圆周设置的不同高度的柱脚的循环分布。在该特定实施方式中，每个柱脚用作振荡器/共振器。在其他实施方式中，柱脚可以具有其他形状。虽然在该构造中，四个柱脚在每个晶格位置突出，但是其他构造可以包括每个晶格位置更多或更少数量的柱脚。此外，在其他实施方式中，柱脚的径向分布可以是随机的。此外，在其他实施方式中，柱脚的高度和/或形状和/或厚度沿着径向和轴向方向可以是随机的。

图10a和10b示出了具有从基材延伸的一维局部共振振荡器的又一其它示例的一维弹性超材料。这些构造可以用于形成声子子表面，其中杆可以定向成与表面(并与流动)垂直或成角度，类似于图1所示的流动和声子材料之间的相对定向。

图10a示出了大体一维(1d)的线、杆、柱体或梁介质的另一实施方式的不同透视图，所述大体一维(1d)的线、杆、柱体或梁介质包括沿着主体介质的轴线设置的柱体的一维(1d)周期阵列的。在该特定实施方式中，每个柱体用作振荡器/共振器。在其他实施方式中，柱体可以具有其他形状。

图10b示出了大体一维(1d)的线、杆、柱脚或梁介质的第十九实施方式的不同透视图，所述大体一维(1d)的线、杆、柱脚或梁介质包括一维(1d)周期阵列，其中每个晶胞由沿着主体介质的轴线设置的不同直径和/或厚度的多个柱体组成。在该特定实施方式中，每个柱体用作振荡器/共振器。在其他实施方式中，柱体可以具有其他形状。虽然在该构造中，在每个晶胞中存在三个柱体，但是其他构造可以包括每个晶胞更多或更少数量的柱体。此外，在其它实施方式中，柱体沿着主体的轴线的尺寸、形状和定位可以是随机的。

图5示出了柱脚的各种形状和设计。任何这些设计或者允许柱脚充当振荡器/共振器的其他形状可以结合图4、6和9所示的众多设计概念/特征来应用。

图11a和11b示出了具有嵌入式共振振荡器的三维弹性超材料的其它示例性构造。在各种实施方式中，这些构造可以用于形成声子子表面，其中周期特征可以相对于表面(和流动)在任何方向上定向。

图11a示出3d材料构造的又一实施方式的不同透视图，其包括具有由薄臂(例如，梁)支撑的中心球的桥接结构。在该实施方式中，例如，可以重复晶胞以形成周期性或非周期性阵列。中心球(其可以具有与薄膜的主体相同的材料，或更重的材料)在该构造中用作局部振荡器/共振器。该构造中的振荡器/共振器可以采用其它形状(例如，立方球体，圆柱体，其他形状)，并且支撑臂也可以具有其他形状、数量和取向。类似于图11a所示的构造(其是2d版本)，局部共振器的位置可以以周期性方式(如图所示)排序，或者可以是随机分布的。

图11b示出了具有立方体内含物的周期性阵列的3d材料构造，其包括高柔顺材料(即，材料的刚度显著低于制作主体的材料的刚度)。该构造中的柔顺材料用作振荡器/共振器(即，类似于图4a中的柱脚)。内含物可以采用其它形状。类似于图7b所示的构造(其是图11b的2d版本)，柔顺内含物的位置可以以周期性方式排序(如图所示)或者可以是随机分布的。类似地，每个内含物的尺寸可以是均匀的或可以在组中变化或随机变化。

图12描绘了(a)没有安装声子子表面，(b)具有以声子晶体形式安装在两个边缘的声子子表面或(c)具有以安装的局部共振超材料形式安装在两个边缘的声子子表面的管道或管的示例性构造。

图13a-13c示出了利用基于(图13a)梁-桁架晶格(3d声子晶体的形式)、(图13b)具有局部质量的梁-桁架晶格(3d局部共振超材料的形式)以及(图13c)来自每个壁的带柱脚的板结构的挤出物(2d局部共振超材料的形式)的声子子表面的示例性封闭通道(例如管道管)的示意图。在(图13b)中，块状超材料相对于通道壁的取向是图11所示的3d超材料构造可以如何定向的示例。在(图13c)中，块状超材料相对于通道壁的取向是图4、6、7和8所示的2d超材料构造可以如何定向的示例。

此外，尽管在本申请中描述了若干实施方式，但是各个声子材料/结构可以以空间变化的方式布置，其中各个材料/结构可以单独或与一种或多种其它材料/结构组合工作以在流动或其它应用上提供稳定和/或不稳定效果。例如，各个声子材料/结构可以布置成类似于“像素”或其他单元材料/结构并且相对于表面以任何方式布置。此外，这样的声子材料/结构还可以被动地和/或动态地操作，并且可以以任何方式进一步控制以实现期望的流动控制特性。例如，不同组的声子材料/结构可以增加流动的一个空间区域中的稳定性并增大另一个空间区域。单独的声子材料/结构可以被动地(例如，总是开启)响应于与声子材料/结构正在形成或邻近的表面相邻的任何流动。取决于各种设计特性，一些或所有声子材料/结构也可以被主动地控制(例如，开启或关闭)。在一个实施方式中，当流动比特定应用所需的更湍流时，可以激活稳定性诱导声子材料/结构，而当流动比应用所期望的更少湍流时，可以激活不稳定性诱导声子材料/结构。此外，可以在表面的不同区域上利用不稳定和稳定声子材料/结构以增加和/或降低表面的不同区域(例如，飞行期间飞行器的表面)的流动稳定性。声子材料/结构可以实现为仅覆盖表面的一部分的单个或多个“条带”或具有变化的几何形状和尺寸(例如，厚度)的区域，或声子材料/结构可以覆盖整个表面区域(例如飞机机翼的整个上表面和下表面)。这些条带或区域可以放置成在条带或区域轴线和流动方向之间形成任何角度；所有条带或区域轴线可以与流动方向以相同的角度对准，或条带或区域轴线之间的角度和流动方向对于每个条带或区域或对于一组条带或区域组可以是不同的。用于流量控制和/或减阻的声子材料/结构可以由其自身实施，或者与任何其它被动和/或主动流量控制/减阻仪器组合实施，包括用于流量控制的任何方法、机构和材料。

虽然以上已经以某种程度的特殊性描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下对所公开的实施例进行多种改变。例如，尽管在各种图中结构(例如板)可以被示出为特定形状(例如，正方形或矩形)，但是也可以使用其他形状。所有方向参考(例如，上，下，向上，向下，左，右，向左，向右，顶，底，上方，下方，竖向，水平，顺时针和逆时针)仅用于识别目的以帮助读者理解本发明，并且不产生限制，特别是对于本发明的位置、取向或使用。连接参考(例如，附接，耦合，连接等)将被宽泛地解释，并且可以包括在元件的连接之间的中间构件和元件之间的相对运动。因此，连接参考不一定推断两个元件直接连接并且彼此处于固定关系。旨在包含在上面的描述中或在附图中示出的所有内容应被解释为仅是说明性的而不是限制性的。在不脱离如所附权利要求中限定的本发明的精神的情况下，可以进行细节或结构或构造或设计或形状或尺寸或取向或组成或与外观相关的其它特征的改变。