[发明专利]一种水下亚波长空间盘绕型声学超材料

说明书

本发明公开了一种水下亚波长空间盘绕型声学超材料，包括一个正方形水域1和正方形水域1外围的不锈钢实体2。不锈钢实体2有八根直角转弯声通道(3、4、5、6、7、8、9和10)。每根直角转弯声通道直角转弯两次，成“之”字形。直角转弯声通道的两端分别与外部水域11和内部正方形水域1联通。八根直角转弯声通道关于中心轴线(12和13)和对角线(14和15)镜像对称。本发明的水下亚波长空间盘绕型声学超材料在低频具有一条完全带隙。完全带隙能截断声波的传播路径，全反射声波而阻止其继续向前传播，降低水下物体因其辐射噪声而被声呐探测的可能性。本发明的水下亚波长空间盘绕型声学超材料在低频具有类Dirac点。类Dirac点附近的声波可实现零相位差传播而不改变声波的波前阵形，降低水下障碍物被声呐主动探测的可能性。

技术领域

本发明涉及空间弯曲结构、类Dirac点和声学超材料，尤其涉及一种水下亚波长空间盘绕型声学超材料。

背景技术

由于声波在水中的传播速度较快，因此水中声波的波长较长。相对于空气而言，同一频率下水中声波的波长是空气中声波波长的4倍以上。传统声子晶体的最低带隙所对应的波长是晶格常数的2倍。因此，要实现水下低频噪声的屏蔽与声隐身等，需采用较大的晶格常数。较大的晶格常数，会造成声子晶体的体积过大而严重限制其工程实用价值。然而，现在潜艇、军舰等重要国防装备以及水下重要军用和民用设施对水下低频噪声的吸声、声屏蔽和声隐身等等提出了迫切需求。以潜艇等重要国防装备的声隐身为例，潜艇发动机发出的噪声成为声呐被动探测的主要声源，而发动机低频噪声的屏蔽需要采用较厚的吸声材料，价格昂贵，并且会严重限制潜艇艇身的综合性能的最优化。此外，主动声纳技术的快速发展更是严重提高了潜艇的可探性，降低潜艇的隐身性能。水下亚波长空间盘绕型声学超材料的发展将极大的推动水下低频振动噪声的有效屏蔽和声隐身，在潜艇隐身等诸多场合可获得很好的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种水下亚波长空间盘绕型声学超材料，其能在亚波长完全带隙高效吸收噪声，阻断声源向外辐射噪声；能在类Dirac点实现亚波长声波零相位差传播，降低水下重要设施的可探测性。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种水下亚波长空间盘绕型声学超材料。水下亚波长空间盘绕型声学超材料为正方形；包括一个正方形水域和八根直角转弯声通道。每根直角转弯声通道直角转弯两次，成“之”字形。直角转弯声通道的两端分别与外部水域和内部正方形水域联通。

作为本发明的水下亚波长空间盘绕型声学超材料的改进：水下亚波长空间盘绕型声学超材料采用正方形结构。

作为本发明的水下亚波长空间盘绕型声学超材料的进一步改进：正方形结构内部为正方形水域。

作为本发明的水下亚波长空间盘绕型声学超材料的进一步改进：正方形水域的外围分布八根直角转弯声通道。

作为本发明的水下亚波长空间盘绕型声学超材料的进一步改进：直角转弯声通道的入口位于声学超材料边界边长的1/4处。

作为本发明的水下亚波长空间盘绕型声学超材料的进一步改进：直角转弯声通道垂直于声学超材料边界。

作为本发明的水下亚波长空间盘绕型声学超材料的进一步改进：直角转弯声通道在声学超材料边界和正方形水域边界垂直距离的1/2处直角转弯。

作为本发明的水下亚波长空间盘绕型声学超材料的进一步改进：直角转弯声通道第一次直角转弯后在正方形水域边界边长的1/4处第二次直角转弯。

作为本发明的水下亚波长空间盘绕型声学超材料的进一步改进：直角转弯声通道的出口位于正方形水域边界的1/4处。

作为本发明的水下亚波长空间盘绕型声学超材料的进一步改进：八根直角转弯声通道关于中心轴线镜像对称。

作为本发明的水下亚波长空间盘绕型声学超材料的进一步改进：八根直角转弯声通道关于对角线镜像对称。