CN110808024B - 一种基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷 - Google Patents

Abstract

本发明属于声学技术领域，具体涉及一种基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷，采用超表面单胞沿弧形曲线法线方向排列拼接组成，通过转子活动体在弧形定子上、下端盖内旋转角度的变化来改变单胞内部圆环形声通道的长度，进而实现对反射声波相位在0～2π的范围内连续调节。本发明提供的地毯式隐身斗篷可通过设置弧形超表面内部转子活动体阵列的旋转角实现在不同频率和不同入射角度下的地毯式隐身，达到实时调节的目的，同时所具有的弧形外形曲线结构可为制造贴近任意物体表面的弧形隐身斗篷提供重要的理论基础。

Description

一种基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷

技术领域

本发明属于声学技术领域，具体涉及一种基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷。

背景技术

超表面是指一类厚度在亚波长尺度范围内的层状结构材料，可以通过其内部的微细结构对波的传播特性进行调控。超表面最早出现在电磁领域，在近些年逐步拓展到声学领域，广大的科技工作者们从理论分析、数值模拟和实验验证等方面利用声学超表面实现了一系列新颖的声学现象，诸如异常反射、任意聚焦、自弯曲、矢量波束、行波转倏逝波、增强吸收、幻像和地毯式隐身等。相比于传统的声学器件和声学超材料，声学超表面展示出了对声波卓越的调控能力，具有功能调节灵活、结构可变性高、几何尺寸小等优点，可广泛应用于医疗监测、环境降噪、航天航空和国防军事等方面。

地毯式隐身是指一种覆盖在地面上的隐身斗篷，可模拟地面对声波的反射，有效的迷惑外界声纳对斗篷下方物体的主动探测，从而达到隐藏目标物体的目的。地毯式隐身作为一种十分重要的声学物理效应，在近几年也吸引了大量学者的研究。然而，在所报道的二维柱形地毯式隐身结构中，大多的隐身斗篷均采用三角形的结构设计，会造成斗篷上方在三角形两边的交汇处引起不必要的散射，从而降低斗篷的隐身性能。另外，这些地毯式隐身斗篷在加工制造之后，仅能在所设计的目标频率和入射角度下的小范围内起到较好的隐身效果，如果要在不同的频率和不同的入射角度下发挥作用，就需要制造多个隐身斗篷，缺乏可调节性，从而造成人力和资源的浪费。因此，如何使一个隐身斗篷能根据实际工作情况进行实时调节，确保隐身斗篷能更好地工作在较宽的频率范围和不同的入射角度显得格外重要。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有技术的不足，而提供一种基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷，具体涉及到由圆弧和椭圆弧两种弧形可调超表面构建的二维地毯式隐身斗篷。本发明所设计的地毯式隐身斗篷能实现对隐身声波频率和入射角度的连续调节，同时，所基于的弧形超表面结构包括有凹形和凸形的圆弧或者椭圆弧，可为设计贴近任意物体外形曲线的地毯式隐身斗篷提供关键的研究基础。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷，包括多个相同的弧形可调声学超表面，多个所述弧形可调声学超表面在平行于地平面方向阵列拼接组成一个柱形的隐身斗篷，所述隐身斗篷的外形曲线采用轴对称的弧形结构，在顶部平滑连接，在左右两侧与地平面水平相切，所述隐身斗篷与地平面之间弧形过渡平滑连接。这种结构设计增强了隐身的效果，这种隐身斗篷达到了声学地毯式隐身效果。

作为本发明所述的基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷的一种改进，所述弧形可调声学超表面由多个超表面单胞沿弧形曲线法线方向排列拼接组成。在实际应用中，根据工作的需要可以灵活地设置多个超表面单胞，以适应不同的应用场合。

作为本发明所述的基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷的一种改进，所述超表面单胞整体为长方体结构。这种结构设计增加了整体结构工作的稳定性。

作为本发明所述的基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷的一种改进，所述超表面单胞包括定子上端盖、定子下端盖和转子活动体，所述定子上端盖、所述定子下端盖在顶部中心均开设有声通道入口，在内部中心均开设有声通道和凹槽，在内部左侧均固定有扇形叶片状的连接件，在上下表面均设有沉头孔。这种结构设计有利于增强整体结构的隐身效果。

作为本发明所述的基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷的一种改进，所述弧形可调声学超表面包括弧形定子上端盖骨架、转子活动体阵列和弧形定子下端盖骨架，所述转子活动体阵列容置于所述弧形定子上端盖骨架与所述弧形定子下端盖骨架之间。在实际应用中通过采用转子活动体阵列在弧形定子上、下端盖骨架内旋转角度的变化，实现连续可调的声学地毯式隐身功能。

作为本发明所述的基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷的一种改进，所述转子活动体用于在所述弧形定子上端盖骨架与所述弧形定子下端盖骨架之间转动。这种结构设计有利于实现对隐身功能的调节。

作为本发明所述的基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷的一种改进，所述转子活动体的转动角范围为0～330°。这种结构设计实现了对弧形可调声学超表面各点处进行相位补偿，使得入射声波在所述弧形可调声学超表面和地平面上具有相同的反射波前特征，达到声波地毯式隐身的目的。

作为本发明所述的基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷的一种改进，所述凹槽用于放置转子活动体；在凹槽中心开有第一通孔；所述沉头孔用于放置螺栓和螺母。这种结构设计有利于减小整体结构的体积。

作为本发明所述的基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷的一种改进，所述转子活动体包括扇形叶片状柱体和圆柱体，所述扇形叶片状柱体与所述定子上端盖、所述定子下端盖内部声通道配合，所述圆柱体与所述凹槽配合；所述转子活动体中心设置有第二通孔，所述第二通孔与所述第一通孔同轴。这种结构设计有利于对隐身效果进行灵活地调节。

作为本发明所述的基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷的一种改进，所述第一通孔与所述第二通孔之间通过螺栓连接。这种结构设计有利于对转子活动体进行位置固定，同时有利于根据工作需要对转子活动体灵活地调节。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：本发明所设计的地毯式隐身斗篷能实现对隐身声波频率和入射角度的连续调节，同时，所基于的弧形超表面结构包括有凹形和凸形的圆弧或者椭圆弧，可为设计贴近任意物体外形曲线的地毯式隐身斗篷提供关键的研究基础。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例中提供的一种基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷的结构示意图；

图2为本发明实施例中提供的弧形可调声学超表面的结构示意图；

图3为本发明实施例中提供的超表面单胞的结构示意图；

图4为本发明实施例中提供的超表面单胞在x-z平面上等效截面的结构示意图；

图5为本发明实施例中提供的一种圆弧弧形可调声学超表面构成的二维地毯式隐身斗篷在x-z平面上等效截面的结构示意图之一；

图6为本发明实施例中入射声波为平面波，声波频率为3.2kHz，入射角度为0度(沿z轴负方向垂直入射)时的地毯式隐身效果示意图；

图7为本发明实施例中入射声波为平面波，声波频率为5.2kHz，入射角度为0度(沿z轴负方向垂直入射)时的地毯式隐身效果示意图；

图8为本发明实施例中为入射声波为平面波，声波频率为3.2kHz，入射角度为35度(与z轴负方向夹35度倾斜入射)时的地毯式隐身效果示意图；

图9为本发明实施例中为本发明实施例二提供的一种椭圆弧形可调声学超表面构成的二维地毯式隐身斗篷在x-z平面上等效截面结构示意图之一；

图10入射声波为平面波，声波频率为3.2kHz，入射角度为0度(沿z轴负方向垂直入射)时的地毯式隐身效果示意图；

图11为本发明实施例中入射声波为平面波，声波频率为5.2kHz，入射角度为0度(沿z轴负方向垂直入射)时的地毯式隐身效果示意图；

图12为本发明实施例中为入射声波为平面波，声波频率为3.2kHz，入射角度为35度(与z轴负方向夹35度倾斜入射)时的地毯式隐身效果示意图；

图13为图3中的分解的结构示意图；

图14为本发明实施例中提供的一种圆弧弧形可调声学超表面构成的二维地毯式隐身斗篷在x-z平面上等效截面的结构示意图之二；

图15为本发明实施例中为本发明实施例二提供的一种椭圆弧形可调声学超表面构成的二维地毯式隐身斗篷在x-z平面上等效截面结构示意图之二。

其中：1-地平面；2-隐身斗篷；21-弧形可调声学超表面；211-弧形定子上端盖骨架；212-转子活动体阵列；213-弧形定子下端盖骨架；214-螺栓螺母套件；3-隐身物体；4-单胞；41-螺母；42-定子上端盖；43-转子活动体；44-定子下端盖；45-螺栓。

具体实施方式

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明作进一步详细说明，但不作为对本发明的限定。

实施例

如图1所示，隐身斗篷2可由多个相同的弧形可调声学超表面21在平行于地平面方向(沿y轴方向)阵列拼接组成一个柱形的隐身斗篷，其中隐身斗篷2在y轴方向的长度没有特殊要求，可根据隐身物体3的尺寸大小确定。另外，隐身斗篷2的外形曲线采用轴对称的弧形结构，可在顶部平滑连接，同时在弧形结构左右两侧与地平面1水平相切，实现隐身斗篷2自身的弧形过渡和与地平面1的平滑连接。

图2为本发明提供的一种弧形可调声学超表面21的结构示意图。如图3所示，弧形可调声学超表面21由超表面单胞4沿弧形曲线法线方向排列拼接组成，可分解为弧形定子上端盖骨架211、转子活动体阵列212、弧形定子下端盖骨架213和螺栓螺母套件214，通过采用转子活动体阵列212在弧形定子上、下端盖骨架211、212内旋转角度的变化，实现连续可调的声学地毯式隐身功能。

图3为本发明提供的超表面单胞4的结构示意图，如图3和图13所示，超表面单胞4采用长方体外形，由定子上端盖42、定子下端盖44、转子活动体43、螺栓45和螺母41组成。定子上、下端盖42、44在顶部中心开设有截面为矩形的声通道入口，在内部中心开设有圆环型的声通道和圆柱形凹槽，在内部左侧固定有扇形叶片状的连接件，在上下表面设有沉头孔。圆柱形凹槽用于放置转子活动体43，在圆柱形凹槽中心开有圆形通孔。沉头孔用于放置螺栓45和螺母41。转子活动体43由具有与定子上、下端盖42、44内部声通道相匹配的扇形叶片状柱体和与圆柱形凹槽相匹配的圆柱体固连组成。转子活动体43中心开有与圆柱形凹槽中心相同直径的通孔。通孔中采用直径相同的螺栓45和螺母41贯穿连接定子上端盖42、定子下端盖44和转子活动体43。进一步地，转子活动体43可绕螺栓41中心定轴转动，同时旋转至所需要的角度后通过螺母41锁紧。通过旋转调节转子活动体43在定子上、下端盖42、44内的角度来改变声通道长度，实现对反射声波相位在0-2π的范围内调节，从而对弧形可调声学超表面21各点处进行相位补偿，使得入射声波在隐身斗篷2和地平面1上具有相同的反射波前特征，达到声波地毯式隐身的目的。

图4为本发明提供的超表面单胞4在x-z平面上等效截面的结构示意图。如图4所示，超表面单胞4沿x方向长W＝32mm，沿z方向高H＝32mm。在超表面单胞4内部中心开设的圆环型声通道外径R_f＝14mm，内径R_t＝10mm，在左侧固定的扇形叶片状的连接件和内部转子活动体43的扇形叶片所对应的圆心角θ_e都为15度，在顶部中心开设的矩形截面声通道入口宽度e＝2·R_f·sin(θ_e/2)＝6.21mm，固定的扇形叶片状连接件与内部转子活动体43的扇形叶片之间的角度φ可以在0度到330度内任意调节，通过设定不同的旋转角φ从而实现对反射声波相位的连续调控。需要说明超表面单胞4在y轴方向都具有相同的等效截面，在y轴方向的宽度没有限制和要求，同时y轴方向的宽度不影响超表面单胞4对反射声波相位的连续调控。

当入射声波为平面波，为实现地毯式隐身时，对于任意弧形可调声学超表面21的相位分布Φ(h)应满足：

Φ(h)＝-2·k·cosθ_G·h+Φ_G, (1)

其中，

为入射声波的波矢，

为入射声波的波长，c为空气中声波的传播速度，f为入射声波的频率，θ_G为入射声波的入射角度，h为弧形可调声学超表面21上各点距离地平面的高度，Φ_G为地平面的初始相位，是一个已知的任意常数项。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

如图5和图14所示，本发明实施例一提供了一种圆弧弧形可调声学超表面21构成的隐身斗篷2在x-z平面上等效截面的结构示意图之一和之二。隐身斗篷2的弧形曲线由4段圆弧组成，其中凹形圆弧AB与凸形圆弧BC关于B点中心对称，凸形圆弧CD与凹形圆弧DE关于D点中心对称，同时圆弧段ABC与圆弧段EDC关于轴O₂C左右对称。O₁为凹形圆弧AB的圆心，O₂为凸形圆弧BC的圆心。点A为凹形圆弧段的起点，点B为凸形圆弧段BC的起点(或凹形圆弧段AB终点)，圆弧上任意一点P距离地平面1的高度为h。

在本发明中的圆弧弧形超表面，由于结构的对称性，只需要考虑地毯式隐身斗篷一半的相位分布即可。依据公式(1)，对于由圆弧弧形可调超表面构建的地毯式隐身斗篷的相位分布Φ(h)可进一步采用Φ(θ₁)和Φ(θ₂)表示为：

其中，R_mid表示圆弧弧形超表面上每个单胞4中心所在圆弧的半径，H表示单胞4的厚度，θ₁表示位于凹形圆弧段AB处的圆弧弧形超表面上表面各点和凹形圆弧圆心O₁之间的连线与地平面法线之间的夹角，顺时针为正，θ_A表示位于凹形圆弧段AB起点A处的圆弧弧形超表面上表面的点与凹形圆弧圆心O₁之间的连线与地平面法线之间的夹角，顺时针为正，θ_B1表示位于凹形圆弧段AB终点B处的圆弧弧形超表面上表面的点与凹形圆弧圆心O₁之间的连线与地平面法线之间的夹角，顺时针为正，θ₂表示位于凸形圆弧段BC处的圆弧弧形超表面上表面各点和凸形圆弧圆心O₂之间的连线与地平面之间的夹角，逆时针为正，θ_B2表示位于凸形圆弧段BC起点B处的圆弧弧形超表面上表面的点与凸形圆弧圆心O₂之间的连线与地平面法线之间的夹角，逆时针为正，Φ_B1为位于凸形圆弧段起点B处圆弧弧形超表面上表面的点的相位值，可通过将θ_B1代入公式(2)得

Φ_G为地平面的初始相位，是一个已知的任意常数项。

在具体实施例一中假设定义地平面的初始相位Φ_G＝0，取圆弧半径R_mid＝1152/πmm，通过将上述圆弧弧形超表面按照每小端弧长为超表面单胞4的宽度W＝32mm等分，则的圆弧弧形超表面可由24个单胞4拼接而成，从右向左依此编号为#1到#24，凹形圆弧AB上的单胞4编号为#1到#6，凸形圆弧BC上的单胞4编号为#7到#12，凸形圆弧CD上的单胞4编号为#13到#18，凹形圆弧DE上的单胞4编号为#19到#24，则可确定θ_A为0度，θ_B1为30度，θ_B2为60度。通过等分的每段圆弧也可确定每个单胞4上表面中心处对应的θ₁或θ₂。当确定需要实现隐身声波的频率f和入射角度θ_G后，将θ₁或θ₂分别代入公式(2)或(3)可计算出圆弧弧形超表面上每个单胞4结构所需提供的相位偏移值，从而确定每个单胞4结构中转子活动体需要设置的旋转角φ，进而实现隐身斗篷对不同声波频率f和入射角度θ_G的实时调节。

表1为圆弧弧形可调声学超表面21在不同声波频率和不同入射角度下每个单胞4所需要设置的旋转角度φ。如表1所示，通过设置在每个单胞4结构中设置特定的旋转角φ来实现隐身斗篷在不同声波频率和入射角度下的地毯式隐身。通过商业有限元软件COMSOL进行数值模拟，图6为入射声波为平面波时，声波频率为3.2kHz，入射角度为0度(沿z轴负方向垂直入射)时的地毯式隐身效果示意图；图7为声波频率为5.2kHz，入射角度为0度(沿z轴负方向垂直入射)时的地毯式隐身效果示意图；图8为声波频率为3.2kHz，入射角度为35度(与z轴负方向夹35度倾斜入射)时的地毯式隐身效果示意图。可以明显地看出在不同频率和不同入射角度下，由圆弧弧形可调声学超表面21构成的隐身斗篷2都能模拟地面进行反射，发挥出很好的隐身效果。

如图9和图15所示，本发明实施例二提供了一种椭圆弧形可调声学超表面21构成的隐身斗篷2在x-z平面上等效截面的结构示意图之一和之二。隐身斗篷2的弧形曲线由4段椭圆弧组成，其中凹形椭圆弧AB与凸形椭圆弧BC关于B点中心对称，凸形椭圆弧CD与凹形椭圆弧DE关于D点中心对称，同时椭圆弧段ABC与椭圆弧段EDC关于轴O₂C左右对称。O₁为凹形椭圆弧AB的圆心，O₂为凸形椭圆弧BC的圆心。点A为凹形椭圆弧段AB的起点，点B为凸形椭圆弧段BC的起点(或凹形椭圆弧段AB终点)，椭圆弧上任意一点点P距离地平面1的高度为h。

在本发明中的椭圆弧形超表面，由于结构的对称性，只需要考虑地毯式隐身斗篷一半的相位分布即可。依据公式(1)，对于由椭圆弧形可调超表面构建的地毯式隐身斗篷的相位分布Φ(h)也可进一步采用Φ(θ₁)和Φ(θ₂)表示：

其中，b_mid表示椭圆弧形超表面上每个单胞4中心所在椭圆的短半轴，H表示单胞4的厚度，θ₁表示位于凹形椭圆弧段AB处的椭圆弧形超表面上表面各点所对应的以

为半径的圆上各点与椭圆中心O₁之间的连线与地平面法线之间的夹角，顺时针为正，θ_A表示位于凹形椭圆弧段AB起点A处的椭圆弧形超表面上表面的点所对应的以

为半径的圆上的点与椭圆中心O₁之间的连线与地平面法线之间的夹角，θ_B1表示位于凹形椭圆弧段AB终点B处的椭圆弧形超表面上表面的点所对应的以

为半径的圆上的点与椭圆中心O₁之间的连线与地平面法线之间的夹角，顺时针为正，θ₂表示位于凸形椭圆弧段BC处的椭圆弧形超表面上表面各点所对应的以

为半径的圆上各点与椭圆中心O₂之间的连线与地平面之间的夹角，逆时针为正，θ_B2表示位于凸形椭圆弧段BC起点B处的椭圆弧形超表面上表面的点所对应的以

为半径的圆上的点与椭圆中心O₂之间的连线与地平面法线之间的夹角，逆时针为正，a_mid表示椭圆弧形超表面上每个单胞4中心所在椭圆的长半轴，Φ_B1为位于凸形椭圆弧段BC起点B处的椭圆弧形超表面上表面的点处的相位值，可通过将θ_B1代入公式(4)求得

Φ_G为地平面的初始相位，是一个已知的任意常数项。

在具体实施例二中假设定义地平面的初始相位Φ_G＝0，取椭圆长半轴a_mid＝250mm，短半轴b_mid＝200mm，通过将上述椭圆弧形超表面按照每小端弧长为超表面单胞4的宽度W＝32mm等分，则的椭圆弧形超表面可由24个单胞4拼接而成，从右向左依此编号为#1到#24，凹形椭圆弧AB上的单胞4编号为#1到#6，凸形椭圆弧BC上的单胞4编号为#7到#12，凸形椭圆弧CD上的单胞4编号为#13到#18，凹形椭圆弧DE上的单胞4编号为#19到#24，则可确定θ_A为0度，θ_B1为46度，θ_B2为45度。通过等分得每段椭圆弧可确定每个单胞4上表面中心处对应的θ₁或θ₂。当确定需要实现隐身声波的频率f和入射角度θ_G后，将θ₁或θ₂分别代入公式(4)或(5)便可计算出椭圆弧形超表面上每个单胞4结构所需提供的相位偏移值，从而确定每个单胞4结构中转子活动体需要设置的旋转角φ，进而实现隐身斗篷对不同隐身声波的频率f和入射角度θ_G下的实时调节。

表2为椭圆弧形可调声学超表面21在不同声波频率和不同入射角度下每个单胞4所需要设置的旋转角度φ。如表2所示，通过设置在每个单胞4结构中设置特定的旋转角φ来实现隐身斗篷在不同声波频率和入射角度下的地毯式隐身。通过商业有限元软件COMSOL进行数值模拟，图10为入射声波为平面波时，声波频率为3.2kHz，入射角度为0度(沿z轴负方向垂直入射)时的地毯式隐身效果示意图；图11为声波频率为5.2kHz，入射角度为0度(沿z轴负方向垂直入射)时的地毯式隐身效果示意图；图12为声波频率为3.2kHz，入射角度为35度(与z轴负方向夹35度倾斜入射)时的地毯式隐身效果示意图。可以明显地看出在不同频率和不同入射角度下，由椭圆弧形可调声学超表面21构成的隐身斗篷2都能够有效的进行相位补偿，消除隐身物体3自身形状引起的其他方向的散射，模拟地平面的反射波前特征，起到很好的隐身效果。

综上，本发明实施例通过将转子活动体装配在定子上、下端盖内，由螺栓和螺母固定组成单胞4结构，通过在定子上、下端盖内旋转转子活动体改变声通道长度实现对反射声波相位的连续可调。把单胞4结构沿所设计的圆弧或者椭圆弧外形曲线的法线排列，同时将单胞4结构的外形进行微小变形贴合圆弧或者椭圆弧形状，组建成连续可调的弧形可调声学超表面21结构。弧形超表面结构可根据隐身目标物体的几何尺寸沿平行于地平面的方向阵列形成一种二维的柱形地毯式隐身斗篷。本发明实现的地毯式隐身斗篷可通过设置弧形超表面内部转子活动体的旋转角实现对弧形超表面上各点相位的任意调控，进而对隐身声波的频率和入射角度进行实时调节，达到在不同频率和入射角度隐藏隐身物体3，防止外界声纳探测的目的，其在频率为2.5kHz到6.5kHz的频率范围内均能起到较好的隐身效果。同时所具有的弧形外形曲线采用轴对称的弧形结构，在顶部能够平滑连接，在左右两侧能够与地平面水平相切，实现了隐身斗篷自身的弧形过渡和与地平面的平滑连接的，这种弧形结构设计可为制造贴近任意物体表面的弧形隐身斗篷提供重要的理论基础。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

表1圆弧弧形可调声学超表面21在不同频率和入射角下单胞4的旋转角φ

表2椭圆弧形可调声学超表面21在不同频率和入射角下单胞的旋转角φ

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷，其特征在于：包括多个相同的弧形可调声学超表面，多个所述弧形可调声学超表面在平行于地平面方向阵列拼接组成一个柱形的隐身斗篷，所述隐身斗篷的外形曲线采用轴对称的弧形结构，在顶部平滑连接，在左右两侧与地平面水平相切，所述隐身斗篷与地平面之间弧形过渡平滑连接，所述弧形可调声学超表面由多个超表面单胞沿弧形曲线法线方向排列拼接组成，所述超表面单胞包括定子上端盖、定子下端盖和转子活动体，所述定子上端盖、所述定子下端盖在顶部中心均开设有声通道入口，在内部中心均开设有声通道和凹槽，在内部左侧均固定有扇形叶片状的连接件，在上下表面均设有沉头孔，所述凹槽用于放置转子活动体；在凹槽中心开有第一通孔；所述沉头孔用于放置螺栓和螺母，所述转子活动体包括扇形叶片状柱体和圆柱体，所述扇形叶片状柱体与所述定子上端盖、所述定子下端盖内部声通道配合，所述圆柱体与所述凹槽配合；所述转子活动体中心设置有第二通孔，所述第二通孔与所述第一通孔同轴。

2.如权利要求1所述的基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷，其特征在于：所述超表面单胞整体为长方体结构。

3.如权利要求1所述的基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷，其特征在于：所述弧形可调声学超表面包括弧形定子上端盖骨架、转子活动体阵列和弧形定子下端盖骨架，所述转子活动体阵列容置于所述弧形定子上端盖骨架与所述弧形定子下端盖骨架之间。

4.如权利要求3所述的基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷，其特征在于：所述转子活动体用于在所述弧形定子上端盖骨架与所述弧形定子下端盖骨架之间转动。

5.如权利要求4所述的基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷，其特征在于：所述转子活动体的转动角范围为0～330°。

6.如权利要求1所述的基于弧形可调声学超表面的二维地毯式隐身斗篷，其特征在于：所述第一通孔与所述第二通孔之间通过螺栓连接。

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