管道低频噪声是影响船舶安静性的重要因素之一,声学超表面以其对声波独特的调控性能,成为船舶管道噪声控制领域的研究热点。本文设计了用于管道低频噪声控制的薄膜型声学超表面与声腔型声学超表面,采用理论分析、仿真计算与实验验证结合的方法验证了两种声学超表面对于管道低频噪声控制的有效性。主要研究内容如下:首先,在分析声的波动方程的基础上,采用声子晶体理论研究了超表面带隙的产生机理与能带结构的计算方法,为声学超表面的设计提供了理论依据。其次,设计了薄膜型声学超表面,根据声波传递理论研究弹性薄膜在声压作用下的振动方程与固有频率,并对弹性薄膜模态进行了仿真分析。声学性能测试结果表明薄膜型声学超表面在共振频率处消声效果最好,通过改变弹性薄膜的参数对共振频率进行了调节。通过控制施加在薄膜上的预应力和薄膜厚度,实现了传递损失峰值频率分别偏移120Hz与110Hz;通过控制附着质量块质量的大小,实现了100Hz及以下低频消声。再次,设计了声腔型声学超表面,从单局域共振声学超表面入手,通过能带理论研究了Helmholtz共振腔的噪声控制机理。仿真结果表明声腔型超表面在局域共振带隙与Bragg带隙处阻碍了声波传播,通过改变管道单元长度与腔体尺寸分别实现了Bragg带隙与局域共振带隙的偏移。在此基础上提出了一种双局域共振声学超表面,能够同时产生两个局域共振带隙和两个Bragg带隙,通过改变弹性薄膜的状态使局域共振带隙偏移100Hz。最后,设计声学系统对声学超表面样品进行了声学测试。实验结果与理论仿真结果保持一致,表明所设计的声学超表面对低频噪声有良好的控制性能,并可通过改变超表面的结构参数实现传递损失峰值频率的偏移。