一种超散射体及具有亚波长厚度的透水隔声屏障

本发明涉及水下隔声，尤其是涉及一种超散射体及具有亚波长厚度的透水隔声屏障。

背景技术：

1、声学超材料引起的新奇的声波调控现象可能会创新声学领域的现有技术，而超散射作为一种重要的声波与物质间的相互作用，能够极大地对入射声波进行散射，可用于能量收集、隔音和声传感等。通常，传统观点认为当散射体的几何尺寸大于感兴趣的声波波长时散射增强。研究表明，具有特定结构或者紧凑涂层的亚波长散射体同样可以获得更大的散射强度。而声波在水介质中的传播相比于空气来说更加复杂，并且需要考虑流体和固体两种介质之间相互作用的影响，这使得水下亚波长隔声器件的研究较少。

2、对于超散射这一反常声波调控现象，从角动量的角度来看，每个单通道在共振条件下具有散射截面极限。克服这一极限的方法是实现在一个频率下多个模式的共振散射叠加，这种共振重叠放大了亚波长结构的散射能力。

3、但现有的等外径的普通柱体，并不能激发出足够的共振模式以此来实现有效的背向散射，无法满足实际应用的诸多需求。因此，亟需提供一种在水下隔声效果好的超散射体及具有亚波长厚度的透水隔声屏障。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在等外径的普通柱体，不能激发出足够的共振模式以此来实现有效的背向散射，无法满足实际应用的诸多需求的缺陷而提供一种超散射体及具有亚波长厚度的透水隔声屏障。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本方案提供了一种超散射体，包括圆柱基体和鳍状突起，所述鳍状突起固定在圆柱基体的圆弧侧，所述鳍状突起的数量为多个，各个鳍状突起沿圆柱基体呈圆形阵列分布，各个鳍状突起等角度分布。

4、优选地，所述鳍状突起包括依次连接的第一圆弧边、第一斜边、第二圆弧边和第二斜边，所述第一弧形边与第二弧形边同轴分布，所述第一弧形边与圆柱基体的圆弧侧形状相配合。

5、优选地，所述第二弧形边的长度大于第一弧形边的长度。

6、优选地，所述超散射体通过3d打印或线切割一体成型。

7、优选地，所述超散射体的材质为不锈钢。

8、本方案还提供了一种具有亚波长厚度的透水隔声屏障，包括上述的一种超散射体，所述超散射体的数量为多个，各个超散射体呈线性阵列分布。

9、优选地，相邻的超散射体的间距大于所述超散射体半径的2倍。

10、优选地，各个超散射体等间距分布。

11、优选地，各个超散射体的共振频率相同。

12、优选地，声波进入所述透水隔声屏障的入射角范围为0-25度。

13、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

14、(1)本方案中圆柱基体外侧等角度设置多个鳍状突起构成超散射体，超散射体利用水下声-固相互作用，采用鳍状突起来丰富谐振模式，利用多个谐振器组成的散射体可激发出足够数量的角动量通道实现超散射现象，以打破单通道衍射极限的限制，普通柱体在空间中各个方向的散射能力几乎是均匀的，而超散射体具有强烈的背向散射能力，用以满足实际应用的诸多需求，具有更强的适应性和实用性。

15、(2)本方案中将多个超散射体基元等间隔线性排列构成透水隔声屏障，每个超散射体具有相同的共振频率，间隔排列的超散射体单元具备良好的透水隔声能力，且由于超散射体的各向同性设计，基于超散射体构建的隔声屏障具有小尺度和多方向有效隔声的优点，为水下噪声隔离提供了一种可行的方法。

技术特征：

1.一种超散射体，其特征在于，包括圆柱基体(1)和鳍状突起(2)，所述鳍状突起(2)固定在圆柱基体(1)的圆弧侧，所述鳍状突起(2)的数量为多个，各个鳍状突起(2)沿圆柱基体(1)呈圆形阵列分布，各个鳍状突起(2)等角度分布。

2.根据权利要求1所述的一种超散射体，其特征在于，所述鳍状突起(2)包括依次连接的第一圆弧边(21)、第一斜边(22)、第二圆弧边(23)和第二斜边(24)，所述第一弧形边(21)与第二弧形边(23)同轴分布，所述第一弧形边(21)与圆柱基体(1)的圆弧侧形状相配合。

3.根据权利要求2所述的一种超散射体，其特征在于，所述第二弧形边(23)的长度大于第一弧形边(21)的长度。

4.根据权利要求1所述的一种超散射体，其特征在于，所述超散射体的材质为不锈钢。

5.根据权利要求1所述的一种超散射体，其特征在于，所述超散射体通过3d打印或线切割一体成型。

6.一种具有亚波长厚度的透水隔声屏障，其特征在于，包括权利要求1-5任一所述的一种超散射体，所述超散射体的数量为多个，各个超散射体呈线性阵列分布。

7.根据权利要求6所述的具有亚波长厚度的透水隔声屏障，其特征在于，相邻的超散射体的间距大于所述超散射体半径的2倍。

8.根据权利要求6所述的具有亚波长厚度的透水隔声屏障，其特征在于，各个超散射体等间距分布。

9.根据权利要求6所述的具有亚波长厚度的透水隔声屏障，其特征在于，各个超散射体的共振频率相同。

10.根据权利要求6所述的具有亚波长厚度的透水隔声屏障，其特征在于，声波进入所述透水隔声屏障的入射角范围为0-25度。

技术总结本发明涉及一种超散射体及具有亚波长厚度的透水隔声屏障，该超散射体包括圆柱基体和鳍状突起，所述鳍状突起固定在圆柱基体的圆弧侧，所述鳍状突起的数量为多个，各个鳍状突起沿圆柱基体呈圆形阵列分布，各个鳍状突起等角度分布。与现有技术相比，本发明具有小尺寸、结构简单、多角度高效透水隔声等优点。技术研发人员：祝捷,王迪,顾仲明受保护的技术使用者：同济大学技术研发日：技术公布日：2024/5/27