一种基于超表面模型的水下声隐身斗篷的制作方法

本发明涉及隐身斗篷，尤其是一种基于超表面模型的水下声隐身斗篷。

背景技术：

1、隐形斗篷是一种用于保护物体不被发现的技术，不产生外部物理场的干扰。斗篷一直是科幻电影中的虚构情节，也是科学界的梦想，直到2006年提出了对隐身斗篷的理论预测和实验验证。随着超材料的快速发展，人们试图利用这些人工结构来设计隐身斗篷。在过去的十年中，已经报告了一些成功的案例。在这些情况下，隐身方法主要是基于最初出现在电磁场中的配位变换。莱昂哈特等人设计了一个弯曲的、非欧几里得空间的变换超材料，可以在宽带范围内实现光学不可见leonhardt u and tyc t 2009science 323 110)。landy等人设计了一种二维的、单向的斗篷，它近似于潜在的变换光学公式，能够将约十波长大小的物体进行光学隐身landy n and smith d r 2013nat.mater.12 25)。目前隐形斗篷领域多集中于电磁领域，对于声隐身斗篷的引申研究较少，尤其是对于水中的声隐身斗篷的研究更为缺乏，是因为水中的声波波长相较同频率下空气声波波长，其波长之比接近5:1，因而相同频率下水下声波则更加难以调控，并且对材料和实验场地要求较为苛刻。因此，设计出一种结构简单的水下声隐身斗篷是一个亟待解决的问题。

2、为此我们提出一种基于超表面模型的水下声隐身斗篷。

技术实现思路

1、本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种基于超表面模型的水下声隐身斗篷，本装置通过控制均匀介质单元阻抗来来设计超表面模型，能够在覆盖物体表面产生与地面相同的反射，实现地面目标的隐身。

2、本发明所采用的技术方案如下：

3、1.一种基于超表面模型的水下声隐身斗篷，包括两个对称的超表面模型，且两个超表面模型均倾斜设置并相互连接形成斗篷状，且通过相位突变来补偿被隐身物体和基底之间的相位差，使在斗篷表面每个点上的散射相位与物体下面的平面基片的散射相位一致，以达到隐身的目的，所述相位突变的公式为：

4、其中c0为水中的声速，f为声波频率。

5、进一步的，所述超表面模型结构，包括至少两组周期结构；所述周期结构包括从左到右依次排布的均匀介质单元一、均匀介质单元二、均匀介质单元三和均匀介质单元四，且相邻的两个均匀介质单元之间通过隔板进行连接，多个均匀介质单元的下端连接有同一个底板，均匀介质单元以及隔板由粘接剂粘合构成一个周期，周期宽度d为4(w+p)，每个周期结构之间再由粘合剂互相粘合形成超表面模型，所述超表面模型至少包含2个周期。

6、进一步的，所述均匀介质单元一至均匀介质单元四的尺寸相同均为矩形结构，均匀介质宽度w范围为0.07m-0.2m，介质高度均相同，均匀介质单元一到均匀介质单元四的阻抗按照其高度进行相位突变补偿，每个均匀介质单元提供π/2的相位突变，则超表面周期内初始第一个单元为其余相位分别为

7、进一步的，所述隔板4的宽度为p，p的范围为0.005m-0.015m，高度与介质单元相同，隔板材料选用钢。

8、进一步的，所述底板6的厚度t为0.025m，底板材料选用钢。

9、进一步的，两个所述超表面模型之间通过底板6焊接在一起，且在两个超表面模型的连接处通过到三角形进行封闭连接。

10、进一步的，所述超表面模型与水平面的夹角α位于0-90度之间。

11、进一步的，所述超表面模型与水平面的夹角α位于30°-60°度之间。

12、进一步的，所述均匀介质是指任意位置阻抗相同的材料，包括金属、橡胶。

13、本发明的有益效果如下：

14、本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过本装置通过控制均匀介质单元阻抗来来设计超表面模型，能够在覆盖物体表面产生与地面相同的反射，实现地面目标的隐身，结构简单且制作方便，同时本装置通过使物体表面每个点上的散射相位与物体下面的平面基片的散射相位一致，从而产生与地面相同的反射，实现水中目标的隐身，而且本装置可以用来包裹一个庞大的物体，而不会造成整个系统的明显尺寸增加。

技术特征：

1.一种基于超表面模型的水下声隐身斗篷，其特征在于：包括两个对称的超表面模型，且两个超表面模型均倾斜设置并相互连接形成斗篷状，且通过相位突变来补偿被隐身物体和基底之间的相位差，使在斗篷表面每个点上的散射相位与物体下面的平面基片的散射相位一致，以达到隐身的目的，所述相位突变的公式为：

2.如权利要求1所述的一种基于超表面模型的水下声隐身斗篷，其特征在于：所述超表面模型结构，包括至少两组周期结构；所述周期结构包括从左到右依次排布的均匀介质单元一(1)、均匀介质单元二(2)、均匀介质单元三(3)和均匀介质单元四(4)，且相邻的两个均匀介质单元之间通过隔板(5)进行连接，多个均匀介质单元的下端连接有同一个底板(6)，均匀介质单元以及隔板(5)由粘接剂粘合构成一个周期，周期宽度d为4(w+p)，每个周期结构之间再由粘合剂互相粘合形成超表面模型，所述超表面模型至少包含2个周期。

3.如权利要求2所述的一种基于超表面模型的水下声隐身斗篷，其特征在于：所述均匀介质单元一(1)至均匀介质单元四(4)的尺寸相同均为矩形结构，均匀介质宽度w范围为0.07m-0.2m，介质高度均相同，均匀介质单元一(1)到均匀介质单元四(4)的阻抗按照其高度进行相位突变补偿，每个均匀介质单元提供π/2的相位突变，则超表面周期内初始第一个单元为其余相位分别为

4.如权利要求2所述的一种基于超表面模型的水下声隐身斗篷，其特征在于：所述隔板4的宽度为p，p的范围为0.005m-0.015m，高度与介质单元相同，隔板材料选用钢。

5.如权利要求2所述的一种基于超表面模型的水下声隐身斗篷，其特征在于：所述底板6的厚度t为0.025m，底板材料选用钢。

6.如权利要求2所述的一种基于超表面模型的水下声隐身斗篷，其特征在于：两个所述超表面模型之间通过底板6焊接在一起，且在两个超表面模型的连接处通过到三角形进行封闭连接。

7.如权利要求1所述的一种基于超表面模型的水下声隐身斗篷，其特征在于：所述超表面模型与水平面的夹角α位于0-90度之间。

8.如权利要求1所述的一种基于超表面模型的水下声隐身斗篷，其特征在于：所述超表面模型与水平面的夹角α位于30°-60°度之间。

9.如权利要求1所述的一种基于超表面模型的水下声隐身斗篷，其特征在于：所述均匀介质是指任意位置阻抗相同的材料，包括金属、橡胶。

技术总结
本发明涉及一种基于超表面模型的水下声隐身斗篷，包括两个对称的超表面模型，且两个超表面模型均倾斜设置并相互连接形成斗篷状，且通过相位突变来补偿被隐身物体和基底之间的相位差，使在斗篷表面每个点上的散射相位与物体下面的平面基片的散射相位一致，以达到隐身的目的，所述相位突变的公式为：其中c<subgt;0</subgt;为水中的声速，f为声波频率。本发明结构紧凑、合理，操作方便，通过本装置通过控制均匀介质单元阻抗来来设计超表面模型，能够在覆盖物体表面产生与地面相同的反射，实现地面目标的隐身，结构简单且制作方便，同时本装置通过使物体表面每个点上的散射相位与物体下面的平面基片的散射相位一致，从而产生与地面相同的反射，实现水中目标的隐身。

技术研发人员：刘凯,朱万年,徐铭泽,刘德丰
受保护的技术使用者：中国船舶科学研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22