(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111568568.X (22)申请日 2021.12.21 (71)申请人 复旦大学 地址 200433 上海市杨 浦区邯郸路2 20号 (72)发明人 丰火雷　倪玉山　 (74)专利代理 机构 上海正旦专利代理有限公司 31200 代理人 王洁平 (51)Int.Cl. G16C 60/00(2019.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 113/26(2020.01) G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 共焦椭圆核壳结构的全 方向热-电伪装装置 及其设计方法 (57)摘要 本发明公开了一种共焦椭圆核壳结构的全 方向热‑电伪装装置及其设计方法。 该装置包括 各向异性共焦椭圆核壳结构以及外面的背景基 质， 共焦椭圆核区域代表了伪装区域， 共焦椭圆 壳区域代表了伪装装置， 背景基质的介质具有各 向异性的材料参数， 在不同热流和电流方向下， 背景基质区域的各向异性的包括热导率和电导 率在内的材料参数和各向异性共焦椭圆核壳结 构的包括热导率和电导率在内的各向异性等效 参数相同， 进而能够消除物体在不同方向 的热流 和电流作用下产生的散射， 从而在不扰动外部温 度场和电场分布的情况下， 实现全 方位的伪装功 能。 权利要求书1页 说明书5页 附图5页 CN 114187982 A 2022.03.15 CN 114187982 A 1.一种基于各向异性共焦椭圆核壳结构的全方向热 ‑电伪装装置的设计方法， 其特征 在于， 所述基于各向异性共焦椭圆核壳结构的全方向热 ‑电伪装装置由内而外分为第一区 域、 第二区域和第三区域； 第一区域用于实现伪装， 其呈现各向异性椭圆形， 第二区域为伪 装装置， 其呈现空心的各向异性椭圆形， 第一区域和第二区域组成各向异性共焦椭圆核壳 结构， 第一区域和 第二区域内的介质采用各向 同性材料； 第三区域为用于实现全方向热 ‑电 伪装功能的背景基质， 第三区域内的介质具有各向异性的材料参数， 在不同热流和电流方 向下， 第三区域的各向异性的包括热导率和电导率在内的材料参数和各向异 性共焦椭圆核 壳结构中的包括热导率和电导率在内的各向异 性等效参数相同， 进而使得无论外部温度梯 度和电势梯度的方向如何改变， 第一区域中的物体都不会扰动第三区域中的温度场和电场 分布。 2.根据权利要求1所述的设计方法， 其特征在于， 第 三区域的各向异性的材料参数通过 由各向同性材 料制成的复合结构来实现。 3.根据权利要求2所述的设计方法， 其特征在于， 复合结构是由基体材料和具有不同孔 径的圆形夹杂材 料组成。 4.根据权利要求3所述的设计方法， 其特 征在于， 复合结构的制备 方法如下： 首先采用等效介质理论， 将具有各向异性热导率和电导率的第 三区域结构化为层状交 替排列的多层结构， 其中每一层的材料参数是各向同性且任意的； 进一步针对每一层结构 采用单粒子结构法， 将其化为由基体和圆形夹杂物组成的新结构， 基体和圆形夹杂物的材 料是工业生产中已有的各向同性材 料。 5.根据权利要求4所述的设计方法， 其特征在于， 多层结构中， 将奇数层任意的热导率 定义为κ1， 电导率定义为σ1， 偶数层任意的热导率定义为κ2， 电导率定义为σ2， 奇数层和偶数 层层状结构的基体部分的热导率分别为κ基体1， κ基体2， 电导率分别为σ基体1， σ基体2， 奇数层和偶数 层层状结构 的圆形夹杂物部分的热导率分别为κ圆夹1， κ圆夹2， 电导率分别为σ圆夹1， σ圆夹2， 应满 足： κ基体1( κ圆夹1)<κ1<κ圆夹1( κ基体1), σ基体1( σ圆夹1)<σ1<σ圆夹1( σ基体1), κ基体2( κ圆夹2)<κ2<κ圆夹2( κ基体2), σ基体2 ( σ圆夹2)<σ2<σ圆夹2( σ基 体2)。 6.根据权利要求2所述的设计方法， 其特征在于， 第 二区域的几何参数通过参数优化的 方法获取， 优化控制条件为： 通过设计优化该区域的几何参数使得将来在温度场下所求解 的第三区域奇偶层圆形夹杂物几何参数和在电场下所求解的第三区域奇偶层圆形夹杂物 几何参数相等， 即要求第三区域奇偶层圆形夹杂物几何参数同时适用于热电双场。 7.一种根据权利要求1 ‑6之一所述的设计方法得到的全方向热 ‑电伪装装置。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114187982 A 2共焦椭圆核壳结构的全方向热 ‑电伪装装置及其设计方 法 技术领域 [0001]本发明属于超材料技术领域， 涉及一种共焦椭 圆核壳结构的全方向热 ‑电伪装装 置及其设计方法。 背景技术 [0002]超材料是为了实现某些独特的功能而设计的新型结构材料， 其能够实现一些普通 材料所不具备的物理场控制功能， 例如： 隐身功能， 聚集功能， 伪装功能， 探测功能等等。 因 此， 他们被广泛的应用， 用以控制电磁场， 声场， 热场， 光场等物理场。 随着研究的进一步深 入， 相较于只具有单一物理场控制功能的超材料， 能够同时控制多物理场的超材料在实际 应用中更值得期待。 以此便可以用同一个设备装置来同时控制多个物理场， 从而实现多个 物理场的控制功能， 这有助于实现该装置的高效利用， 节约资源。 [0003]目前针对热电双场伪装装置的研究局限于各向同性的圆形结构， 并没有考虑由几 何各向异 性所带来的全方向热电伪装的难点和挑战。 然而， 根据实际的应用领域， 伪装装置 的几何形状却并不局限于圆形， 各向异 性的几何形状例如共焦椭圆、 菱形、 矩形等已经被应 用于其他特定环境下的功能装置 。 发明内容 [0004]本发明的目的在于提供一种能够同时适用于热场和电场的全方向伪装装置及其 设计方法。 不管热流和电流的方向如何变化， 该装置都能够消除物体引起的散射， 使它们在 热电双场中变得不可见， 从而在没有扰动外部温度场和电场分布的情况下， 达到伪装的目 的， 来避免被相关探测设备发现。 热电双场伪装装置在航空航天等相关技术领域具有潜在 的应用价 值。 [0005]本发明的目的通过以下技 术方案实现： [0006]一种基于各向异性共焦椭 圆核壳结构的全方向热 ‑电伪装装置 的设计方法， 所述 基于各向异性共焦椭圆核壳结构的全方向热 ‑电伪装装置由内而外分为第一区域、 第二区 域和第三区域； 第一区域用于实现伪装， 其呈现各向异性椭圆形， 第二区域为伪装装置， 其 呈现空心的各项异性椭圆形， 第一区域和第二区域组成各向异性共焦椭圆核壳结构， 第一 区域和第二区域内的介质采用各向同性材料； 第三区域为用于实现全方向热 ‑电伪装功 能 的背景基质， 第三区域内的介质具有 各向异性的材料参数， 在不同热流和电流方向下， 第三 区域的各向异性的包括热导率和电导率在内的材料参数和各向异性共焦椭圆核壳结构的 包括热导率和电导率在内的各向异 性等效参数相同， 进而使得无论外部温度梯度和电势梯 度的方向如何改变， 第一区域中的物体都不会扰动第三区域中的温度场和电场分布。 [0007]优选的， 第三区域的各向异性的材料参数通过由各向同性材料制成的复合结构来 实现。 [0008]优选的， 复合结构是由基 体材料和具有不同孔径的圆形夹杂材 料组成。 [0009]优选的， 复合结构的制备 方法如下：说　明　书 1/5 页 3 CN 114187982 A 3