声隐身技术是水下装备提高生存能力、突防能力的关键技术之一。随着声学探测感知技术向低频、多基地、全方位、多方向探测的发展,传统基于吸声机理的声隐身技术面临越来越严峻的挑战。声学超材料是具有亚波长尺度的人工设计的微结构,能够实现通常声学材料难以实现的声学特性,为声波的操控提供新的、强大的理论依据。近年来由此发展了基于变换声学、散射抵消等新原理的声隐身斗篷技术,有望为声隐身技术的跨越式发展提供新的原理和技术途径,得到了众多研究者的关注,成为了声学超材料研究领域的热点之一。本文以基于新原理的声隐身技术为研究对象,开展了隐身机理、计算方法、结构优化设计以及实验验证等方面的研究。论文主要工作如下:提出了利用贝塞尔散射体设计散射抵消声隐身斗篷的理论。采用基本解方法以及多重散射计算理论,建立了基于贝塞尔散曲线构建散射体的声隐身斗篷的散射计算模型;提出了结合遗传算法与模拟退火算法的新型的优化算法GASA(Genetic Algorithm Simulated Annealing),从而建立了基于散射计算模型与优化算法的声隐身斗篷设计方法,并采用了实验进行了验证。仿真和实验结果表明,与传统的由圆柱形散射体构成的声隐身斗篷相比,采用贝塞尔散射体构成的声隐身斗篷能够在实现良好的声隐身效果的同时大幅度简化隐身斗篷的设计。提出了非理想连续参数的变换声学器件的优化设计理论。基于变换声学推导了基于密度与模量调控的变换声学设计公式,并分析了实现声波调控的关键因素;深入研究了变换声学器件在偏离理想设计时声学特性的变化规律及其机理,揭示了多层离散声隐身斗篷的声隐身效果随坐标变换方程变化的内在机理与规律;深入研究了连续坐标变换与有限嵌入式坐标变换之间的区别,以及有限嵌入式坐标变换设计的声波操纵效果与边界阻抗匹配之间的关系,提出了对有限嵌入式变换声学器件进行优化设计的思路。建立了比较系统的基于五模材料的水下变换声学设计理论。基于Gibson公式得到五模材料等效声学参数的解析表达式,解决了利用五模材料设计密度、模量各向异性以及密度模量同时各向异性的声学超材料的问题;分析了变换声学器件表面共振态对声波操纵能力的影响机制,提出了基于边界约束设计的改进设计方案;结合GASA优化算法,建立了基于五模材料的水下变换声学设计方法。并对基于五模材料的声学偏转器进行了实验验证。通过仿真和实验分析表明,设计的变换声学器件具有良好的声波操纵能力以及宽频特性。