流动隐身衣的均匀化设计与减阻特性

摘要

流动隐身衣因为可以显著降低指定目标的表面阻力而备受关注.然而大多数传统流动隐身衣的设计参数为非均匀各向异性,非均匀这一限制增加了制备流动隐身衣的难度.为突破这种限制,本文采用等效介质理论与积分中值定理,将流动隐身衣所需的设计参数均匀化.通过数值模拟验证了简化后的均匀流动隐身衣具有与非均匀流动隐身衣一样的隐身效果,并且同样适用于多种流场.这种简化方法不仅可以将非均匀流动隐身衣简化为均匀流动隐身衣,更重要的是可以适用于其他领域,如光学、声学、电磁学与热学等不同领域的超材料均匀化设计,为降低超材料制备难度提供了新方法.此外,基于均匀流动隐身衣对不同流场的适用性,首次设计了一种流动伪装装置,该装置可以将原始物体所产生的流场伪装成由任意物体引起的期望流场,为实现流动伪装提供了解决方案.最后,定量对比分析了流动隐身衣的隐身与减阻性能随着雷诺数增加的变化,结果表明在非蠕动流时流动隐身衣仍然具有良好的隐身性能与较高的减阻效率.