基于主动声学超材料的圆柱声隐身斗篷设计研究

基于多层复合材料结构的二维声隐身斗篷设计思想, 利用主动隔膜声学空腔有效密度可以任意控制这一特性, 设计了主动声学超材料下的无限长圆柱声隐身斗篷. 给出了主动隔膜声学空腔单元的声电元件类比模拟电路图和具体的有效密度控制方法. 进行了主动声学超材料声隐身斗篷的结构建模, 并对平面入射波入射下此圆柱隐身斗篷周围声压分布场进行仿真计算. 结果表明, 平面波在一定频率范围内可以毫无阻碍地透过圆柱斗篷, 似乎不存在这种障碍物, 达到声隐身效果. 同时, 计算了主动声材料斗篷下总散射截面随频率变化曲线, 研究了此斗篷隐身效果随频率的变化特性. 本文从主动控制角度探讨实验实现隐身斗篷的技术问题, 有望给声隐身斗篷实验设计提供一条新的技术途径.     

类比Ba?ados-Teitelboim-Zanelli黑洞的辐射屏蔽

虽然类比引力理论表明可以使用实验室的物理系统类比黑洞的时空结构,但是旋转黑洞的结构很难在实验室体系中找到较好的对应.本文使用特设的涡旋光,在理论上找到了一种接近Ba?ados-Teitelboim-Zanelli(BTZ)黑洞的类比结构,通过计算无质量粒子和声波在类比BTZ黑洞和引力的BTZ黑洞时空中的运动来比较它们的异同.两种黑洞时空无质量粒子和声波的有效势能给出了相同的能量和角动量的辐射禁区分布,不同的是, BTZ黑洞经典禁区沿径向将趋近固定的能量值,而类比BTZ黑洞的经典禁区沿径向将闭合.幸运的是,在视界和能层附近,无质量粒子和声波的运动行为几乎一致,从这个角度来说,类比实验体系能够很好地模拟BTZ黑洞.特别地,在两种黑洞时空下,低能量高角动量的粒子的经典禁区都更宽.     

矢量气动声学的理论研究进展及应用

气动声学的声比拟理论以密度、声压等标量为波动算子变量,建立非齐次波动方程,描述流体运动及与边界作用诱发声音的辐射,但标量无法直接描述声能量的传播过程和途径.在流体力学研究中,标量用于描述当前当地的物质状态,而矢量用于描述质量和能量的传输.借鉴上述思想,开展了矢量气动声学的研究,概述矢量气动声学的理论研究进展及应用,主要包括:（1）以声粒子速度为变量,采用声比拟理论的思想直接从Navier-Stokes方程出发推导建立了气动声学的矢量波动方程及两种频域解;（2）综合利用声压和声粒子速度的积分解,直接求解声源周围的瞬时和有功声强矢量场,直观显示声能量的传播途径,应用于旋转声源辐射声能量的传播分析,揭示了亚音速旋转声源辐射声能量的3种传播模式:螺旋模式、声学黑洞模式和R-A模式;（3）采用球谐级数展开方法建立旋转点/紧凑声源辐射噪声的声压和声粒子速度的频域解析解,在此基础上推导了声功率谱的频域解析解,建立了识别旋转叶片声源在空间域和频域分布特征的方法;（4）综合利用矢量气动声学方法和等效源方法,显示声源和散射边界周围声强矢量场的分布特征和能量传播途径,直接揭示了阻抗边界主要的吸声位置以及直接计算得到阻抗边界的吸收声功率.      

用圈量子引力解除Schwarichild-de Sitter黑洞的时空奇点

通过引入圈量子引力中holonomy基本变量的类比变量和采用相应的量子化方法,对Schwarichild-de Sitter黑洞中心附近的引力场进行量子化.分析和计算了黑洞中心附近的1r和曲率标量的谱分布,得到了它们均存在有限上界的结果.通过求解经典时空奇点r=0附近的量子哈密顿约束方程,给出了黑洞波函数在黑洞中心附近的时间演化行为,得到了该波函数可以通过经典奇点进行量子演化的结果.     

声学超构材料及其物理效应的研究进展

声学超构材料作为一种新型的人工结构材料,拥有天然材料所不具备的超常物理特性,进一步拓展了材料的声学属性.同时,声学超构材料可以实现对声波精准的、可设计的操控,以及许多新颖奇特的物理现象,如声准直、声聚焦、声场隐身、声单向传输、声学超分辨成像等,具有重要的理论研究意义和应用价值.另外,拓扑材料的研究已延伸至声学领域,声学超构材料的拓扑性质成为近年的研究热点,受到人们的广泛关注.其鲁棒性边界态具有缺陷免疫、背散射抑制的特性,应用潜力巨大.本文综述了近十几年来声学超构材料的研究概况,介绍了相关的代表性工作,包括奇异等效声学参数的超构材料、声学超构表面、吸声超构材料、声学超分辨成像、宇称时间对称性声学和拓扑声学等,阐述了声学超构材料的设计理念和方法,并对其技术挑战和应用前景进行了讨论和总结.     

水下圆柱形Helmholtz共振器的声学特性分析

理论分析了水下圆柱形Helmholtz共振器的声学特性. 综合考虑壁面弹性和辐射阻抗的影响,基于电-声类比的基本原理,建立了较为完善的水下圆柱形Helmholtz共振器的低频集中参量模型. 利用电路分析的基本方法,得到了系统的输入阻抗和声压传递函数表达式. 仿真分析了主要结构参数对共振器声学特性的影响,得出了一些有意义的结论. 在充水驻波罐中对自制的Helmholtz共振器进行了测量,并对实验结果进行了详细地误差分析. 去除压电水听器对测量结果的影响后,实验与仿真结果基本一致,从而验证了理论分析的正确性. 关键词： Helmholtz共振器 共振频率 传递函数 辐射阻抗     

声单向操控研究进展

电子二极管的发明标志着现代电子学的诞生, 在整个人类社会中引起了科技的深刻变革. 声波是一种具有非常悠久的研究历史的经典波, 却始终被认为仅具有对称的传播形式. 若能制造出可像电子二极管控制电流般实现声波单向导通的声学器件, 显然将对整个声学研究领域产生重大影响, 具有重要的科学意义及应用价值. 第一个基于非线性媒质与声子晶体的声二极管利用非线性突破声学互易原理的局限, 首次实现了将声能流限制在单一方向上的声整流效应. 针对非线性系统转换效率低下的固有缺陷, 在线性体系内围绕声单向传播这个重要科学问题开展了一系列理论和实验研究, 设计与制备了多种具有特殊结构和性能的线性声学单向结构, 在器件的效率、带宽及尺寸方面产生了突破. 在声二极管研究的基础上, 第一个可以像电子三极管操控电流般对声流进行操控与放大的声三极管理论模型也被提出. 本文介绍了声单向传播这一新兴且富有蓬勃生机的研究领域中的主要进展.     

黑洞准正则模的量子力学类比存在吗?

随着引力波探测和黑洞事件视界望远镜观测的突破性研究进展，黑洞的准正则模引起了人们新一轮的研究热潮.黑洞准正则模从数学形式上被众多文献称之为定态薛定鄂方程的复频率本征函数.文献的此种表述容易给读者一个误解，以为准正则模的概念是从薛定鄂方程，或者说量子力学导出来的.本文将分析指出，量子力学中不存在类比于黑洞准正则模的波函数.本文将澄清相关的物理概念和物理图像，并指出准正则模是具有耗散特性的波动方程的物理行为.     

声波的“单行道”——声二极管的理论与实验研究

作为第一个可实现电整流的器件,电子二极管的发明标志着现代电子学的诞生,并在全球范围内引发了各个领域内的革命,最终深刻地改变了我们的整个生活.声波作为一种重要的经典波,具有比电磁波更为悠久的研究历史及更为普遍的存在形式.因此,若能设计并实现一种可像电子二极管控制电流那样对声能量进行整流的声学器件,这将对声学的器件制造、实际应用乃至整个声学研究领域都产生重大影响,其学术意义及应用价值的重要性不言而喻.文章详细介绍了利用超晶格与非线性声学材料构成的声二极管的理论与实验方面的最新研究进展.     

有限长管道声衬的参数优化设计研究

本文应用已经过验证的有限长管道声学模型进行声衬参数的优化设计,研究了固定工况下,优化半径、声衬长度和声衬位置对阻抗优化参数的影响,其中声衬长度和声衬位置对阻抗优化参数的影响和应用无限长管道声学模型进行优化设计时的影响明显不同.本文讨论得到的结论对声衬参数优化设计有重要的指导价值.