第415章 航海雷達的奧祕

小聰看見自己與徐文亮師傅駕駛的水上飛機 ，非但沒有起飛 ，還被海面露出的礁石撞破 。徐文亮師傅說，水上飛機有抗沉性 ，勸小聰冷靜。水上飛機的船身 （浮筒） 內，有若干個水密隔艙 ，其數量多少 和空間大小， 依使用要求而定 ，水上飛機在幾個水密艙破損之後 ，仍具有足夠的浮力而不沉沒，這種防沉的能力， 稱爲抗沉性。

小燕子與機器人驕子共同駕駛一架水上飛機，在海面上轉來轉去。 小燕子十分驚慌 ，驕子勸小燕子冷靜 ，說 ，水上飛機在水面作迴轉運動的能力 。水上飛機一般靠水舵在水面上迴轉 ，但多發動機的水上飛機 ，也可以利用兩側發動機的拉力差來實現水上迴轉。

夢弟懂得了，水上飛機的水動力特性包括水動阻力、滑行穩定性、 噴濺 、撞擊過載和波浪的影響等 ，它們隨水上起飛和降落的不同階段，包括水上起飛的航行、過渡 、滑行和離水而變化，並且 ，取決於水上飛機船身（浮筒） 的外形。水動阻力由滑行阻力、摩擦阻力和興波阻力組成 ，它們與水上飛機空氣動力阻力之和 ，構成水上飛機起飛過程的總阻力。在起飛過程 的開始階段 ，總阻力很快增大 ，形成第一個阻力峯。這時 ，阻力的主 要成分， 是水動的滑行阻力和興波阻力，空氣阻力較小。

小聰說，我知道了，水上飛機隨着速度的增大 ，總阻力再由大轉 小，這是由於縱傾角和升程的變化使水動阻力減小的緣故 。爾後，由 於空氣阻力的增大 ，使總阻力再由小增大，形成第二個阻力峯，主要來自水動滑行阻力和空氣動力阻力。 第二個阻力峯 ，一般小於第一個阻力峯。

小燕子明白了 ，水上飛機在起飛過程中， 由於水動力力矩和空氣 動力力矩的變化， 使縱傾角也在隨速度變化 。水上飛機在外力作用消 失之後 ，恢復原來狀態的能力， 稱滑行穩定性。在這個恢復的運動過 程中， 若其縱搖是收斂的， 則滑行是穩定的 ；若其縱搖是等幅或發散的， 而且 ，縱搖角度大於 2，則認爲滑行是不穩定的。

不穩定區域 ，又可以分爲上和下兩個範圍 ，飛機縱傾角隨速度的變化， 應通過這兩個區域之間。如果 ，飛機的縱傾角進入下不穩定區，可能產生海豚運動，這種情況 ，大多發生在第一個阻力峯的前後。如果飛機的縱傾角進入上不穩定區域 ，可能產生跳躍運動， 就是過早離水，這種情況 ，大多發生在兩個阻力峯之間的滑行過程 。不穩定運動的原因 ，除船身外形設計質量外 ，還與飛機重心相對斷階的位置有關。

小明體會到，水上飛機在水面滑行時 ，船身底部向四周噴射出強弱不等的水束 。噴濺除沖刷船底增大滑行阻力之外 ，還可能影響發動機的正常工作。同時，對螺旋槳 、襟翼 、尾翼以及外掛武器也有不良 影響。在飛機設計中 ，一方面，設法使上述部件和武器避開噴濺 ；另 一方面， 還要積極抑制噴濺。

小波體驗到，水上飛機在降落着水時 ，或在高速滑行遇到大湧浪時 ，都會產生撞擊過載 。用飛機作用於水的總撞擊力與飛機重力之比值衡量撞擊過載的大小。 平船底在滑行中水動性能最好，但是撞擊過 載性能最差。一般將船身斷面設計成帶有斜升角的底部。

同學們一個一個從夢中醒來 ，他們分別坐在水上飛機一號、水上飛機二號上。海洋爺爺正在給同學們講話 ，海洋上的湧和浪 ，是海水受自然界各種因素影響造成的能量運動。這種水的能量運動作用到高速滑行的水上飛機船身上，會造成瞬時的喫水增加 ，滑行阻力增大，會使水上飛機穩定性受影響。

在正常起飛重量下，海面航行、 起飛和降落過程中， 所能承受最 大風浪的能力， 稱之爲水上飛機的耐波性 。同一架飛機 ， 隨着起飛重 量的增加 ，抗風浪能力必將降低。科學博士說：“早在 1919 年 8 月 9 日 ，中國試製成功第一架水上飛機——“甲型一號 ”。”

這是一架 100 匹馬力， 拖進式雙桴雙翼水上教練機，高 3.8 米 ，身 長 9.32 米 ，幅長 13.70 米 ，最大時速 126 千米 ，空機重量 836 千克， 載重 1063 千克 ，裝油量 114 公升 ，飛行高度 3690 米 ，可航行 3 小時， 航距 340 千米，乘員 2 人 ，可載炸彈 4 顆 。飛機的性能質量並不差。 這架飛機在試飛時，由於操縱桿失誤而墜毀 。第二年又製成一架水上飛機。

劉傻子教授說：“2015 年 5 月，中航幸福通用航空的賽斯納 208 水陸兩棲飛機從舟山的普陀飛往嵊泗 ，標誌着中國首條水上飛機通勤航線開始運營。”

南海夢想科考艇在大海上疾駛，與蝴蝶礁擦肩而過。小燕子問正在駕駛科考艇的徐文亮師傅：“徐師傅，剛纔 ，你看到礁石了。”徐師傅說：“我肉眼看不見礁石，科考艇上的雷達發現了礁石。” 小波問：“什麼是航海雷達呢？”

徐師傅說：“航海雷達亦稱船用雷達 。裝在船上，有利於航行避讓 、船舶定位 、狹水道引航 。航海在能見度不良時 ，航海雷達爲航海 人員提供了觀察手段 。它的出現，是航海技術發展的重大裏程碑。”

計算機姐姐問：“航海離不開雷達，有一天 ，沃特森在調試監測儀器時突然發現，在熒光屏上有一連串的亮點 。沃特森迷惑不解 ，助手們懷疑是不是顯像裝置壞了？雷達發明了。”

夢弟夢見自己乘坐機器人驕子變化的飛艇， 來到 1935 年的英國。 他見到了沃特森。當時 ，沃特森吩咐助手們把試驗儀器搬得遠離大樓， 夢弟說，我來幫你們搬吧。

沃特森問：“你是誰？”夢弟說：“我是中國現代小朋友夢弟。我 知道你發明雷達的故事。我身旁的是機器人驕子。”沃特森說：“不可思議 ，現代機器人，看來，他們是穿越時空來的助手，話音未落 ，熒光屏上已出現了一個耀眼的亮點。“成功了， 成功了。”沃特森和大家一起歡呼雀躍 ，互相祝賀 ， 因爲他們研製的雷達已經成功地接收到了回波信號。

但是， 12 千米對我們的防禦來說， 還是不夠的， 要知道 ，早一分 鍾發現敵情 ，就早一分鐘爭取了主動。 沃特森要求大家加快研製高水平的更具實戰效能的雷達 ，並帶頭深入研究 。半年後 ，沃特森研製的雷達終於攻克了許多難關，在熒光屏上就能讀出飛機的高度和距離，即使飛機在 80 千米以外 ，雷達也能一眼“認出 ”，爲防衛與反擊提供了必要的時間 。

至此 ，雷達進入了實戰階段，爲保衛英國的領空做出了極大貢獻。夢弟的夢醒後 ，他述說了夢中遭遇。“航海爺爺， 什麼時候 ，雷達開始用於航海？”

小波問。“雷達廣泛用於航海， 1935 年 ，法國班輪‘諾曼底 ’號最先安裝航海雷達 ，其天線不能旋轉 ，用以探測前方冰山 。30 年代末 ，英國和米國製成船用米波對空搜索雷達。”

海洋爺爺說。第二次世界大戰期間 ，研製了釐米波對海雷達 。1940 年 ，英國人蘭德爾和布特製成空腔磁控管 ，解決了微波源問題 。 1941 年 ，美國首先製成帶有平面位置顯示器的脈衝微波海面搜索雷達。這種雷達，在第二次世界大戰的反潛艇作戰中，發揮了重大作用 ，戰後 ，用作商船航海雷達，以保證航海安全。

劉傻子教授說，60 年代末到 70 年代初，出現了自動雷達標繪儀， 進一步發揮了雷達在避碰上的作用 ，得到廣泛應用 。通常由天線、發射機、接收機、顯示器和電源 5 部分組成。”

航海雷達，早期用拋物面反射天線 ，現已爲波導隙縫天線取代。天線輻射以水平線性極化爲主 ；爲提高雷達在雨雪中的探測能力，有的天線裝有圓極化裝置。

計算機姐姐說：“天線由馬達驅動， 作 360°連續環掃。爲保證 方位測量精度和方位分辨力， 天線波束水平寬度要窄 ，很多 3 釐米航 海雷達在 1° 以內。爲防止船舶搖擺時丟失目標 ，波束垂直寬度較寬。”

劉傻子教授說，採用直接混頻超外差式 ，設有海浪干擾抑制電路和雨雪干擾抑制電路。爲防止相同波段的雷達干擾，有的雷達 ，設有抗同頻異步干擾電路。發射機和接收機 ，組裝在同一機櫃內，合稱收發機。採用距離方位極座標的平面位置顯示 ，掃描線和天線同步旋轉， 有若幹檔距離量程可供選用 。測距可用活動距標或固定距標 ，測方位可用電子方位線或機械方位圈。　　。

小聰看見自己與徐文亮師傅駕駛的水上飛機 ，非但沒有起飛 ，還被海面露出的礁石撞破 。徐文亮師傅說，水上飛機有抗沉性 ，勸小聰冷靜。水上飛機的船身 （浮筒） 內，有若干個水密隔艙 ，其數量多少 和空間大小， 依使用要求而定 ，水上飛機在幾個水密艙破損之後 ，仍具有足夠的浮力而不沉沒，這種防沉的能力， 稱爲抗沉性。

小燕子與機器人驕子共同駕駛一架水上飛機，在海面上轉來轉去。 小燕子十分驚慌 ，驕子勸小燕子冷靜 ，說 ，水上飛機在水面作迴轉運動的能力 。水上飛機一般靠水舵在水面上迴轉 ，但多發動機的水上飛機 ，也可以利用兩側發動機的拉力差來實現水上迴轉。

夢弟懂得了，水上飛機的水動力特性包括水動阻力、滑行穩定性、 噴濺 、撞擊過載和波浪的影響等 ，它們隨水上起飛和降落的不同階段，包括水上起飛的航行、過渡 、滑行和離水而變化，並且 ，取決於水上飛機船身（浮筒） 的外形。水動阻力由滑行阻力、摩擦阻力和興波阻力組成 ，它們與水上飛機空氣動力阻力之和 ，構成水上飛機起飛過程的總阻力。在起飛過程 的開始階段 ，總阻力很快增大 ，形成第一個阻力峯。這時 ，阻力的主 要成分， 是水動的滑行阻力和興波阻力，空氣阻力較小。

小聰說，我知道了，水上飛機隨着速度的增大 ，總阻力再由大轉 小，這是由於縱傾角和升程的變化使水動阻力減小的緣故 。爾後，由 於空氣阻力的增大 ，使總阻力再由小增大，形成第二個阻力峯，主要來自水動滑行阻力和空氣動力阻力。 第二個阻力峯 ，一般小於第一個阻力峯。

小燕子明白了 ，水上飛機在起飛過程中， 由於水動力力矩和空氣 動力力矩的變化， 使縱傾角也在隨速度變化 。水上飛機在外力作用消 失之後 ，恢復原來狀態的能力， 稱滑行穩定性。在這個恢復的運動過 程中， 若其縱搖是收斂的， 則滑行是穩定的 ；若其縱搖是等幅或發散的， 而且 ，縱搖角度大於 2，則認爲滑行是不穩定的。

不穩定區域 ，又可以分爲上和下兩個範圍 ，飛機縱傾角隨速度的變化， 應通過這兩個區域之間。如果 ，飛機的縱傾角進入下不穩定區，可能產生海豚運動，這種情況 ，大多發生在第一個阻力峯的前後。如果飛機的縱傾角進入上不穩定區域 ，可能產生跳躍運動， 就是過早離水，這種情況 ，大多發生在兩個阻力峯之間的滑行過程 。不穩定運動的原因 ，除船身外形設計質量外 ，還與飛機重心相對斷階的位置有關。

小明體會到，水上飛機在水面滑行時 ，船身底部向四周噴射出強弱不等的水束 。噴濺除沖刷船底增大滑行阻力之外 ，還可能影響發動機的正常工作。同時，對螺旋槳 、襟翼 、尾翼以及外掛武器也有不良 影響。在飛機設計中 ，一方面，設法使上述部件和武器避開噴濺 ；另 一方面， 還要積極抑制噴濺。

小波體驗到，水上飛機在降落着水時 ，或在高速滑行遇到大湧浪時 ，都會產生撞擊過載 。用飛機作用於水的總撞擊力與飛機重力之比值衡量撞擊過載的大小。 平船底在滑行中水動性能最好，但是撞擊過 載性能最差。一般將船身斷面設計成帶有斜升角的底部。

同學們一個一個從夢中醒來 ，他們分別坐在水上飛機一號、水上飛機二號上。海洋爺爺正在給同學們講話 ，海洋上的湧和浪 ，是海水受自然界各種因素影響造成的能量運動。這種水的能量運動作用到高速滑行的水上飛機船身上，會造成瞬時的喫水增加 ，滑行阻力增大，會使水上飛機穩定性受影響。

在正常起飛重量下，海面航行、 起飛和降落過程中， 所能承受最 大風浪的能力， 稱之爲水上飛機的耐波性 。同一架飛機 ， 隨着起飛重 量的增加 ，抗風浪能力必將降低。科學博士說：“早在 1919 年 8 月 9 日 ，中國試製成功第一架水上飛機——“甲型一號 ”。”

這是一架 100 匹馬力， 拖進式雙桴雙翼水上教練機，高 3.8 米 ，身 長 9.32 米 ，幅長 13.70 米 ，最大時速 126 千米 ，空機重量 836 千克， 載重 1063 千克 ，裝油量 114 公升 ，飛行高度 3690 米 ，可航行 3 小時， 航距 340 千米，乘員 2 人 ，可載炸彈 4 顆 。飛機的性能質量並不差。 這架飛機在試飛時，由於操縱桿失誤而墜毀 。第二年又製成一架水上飛機。

劉傻子教授說：“2015 年 5 月，中航幸福通用航空的賽斯納 208 水陸兩棲飛機從舟山的普陀飛往嵊泗 ，標誌着中國首條水上飛機通勤航線開始運營。”

南海夢想科考艇在大海上疾駛，與蝴蝶礁擦肩而過。小燕子問正在駕駛科考艇的徐文亮師傅：“徐師傅，剛纔 ，你看到礁石了。”徐師傅說：“我肉眼看不見礁石，科考艇上的雷達發現了礁石。” 小波問：“什麼是航海雷達呢？”

徐師傅說：“航海雷達亦稱船用雷達 。裝在船上，有利於航行避讓 、船舶定位 、狹水道引航 。航海在能見度不良時 ，航海雷達爲航海 人員提供了觀察手段 。它的出現，是航海技術發展的重大裏程碑。”

計算機姐姐問：“航海離不開雷達，有一天 ，沃特森在調試監測儀器時突然發現，在熒光屏上有一連串的亮點 。沃特森迷惑不解 ，助手們懷疑是不是顯像裝置壞了？雷達發明了。”

夢弟夢見自己乘坐機器人驕子變化的飛艇， 來到 1935 年的英國。 他見到了沃特森。當時 ，沃特森吩咐助手們把試驗儀器搬得遠離大樓， 夢弟說，我來幫你們搬吧。

沃特森問：“你是誰？”夢弟說：“我是中國現代小朋友夢弟。我 知道你發明雷達的故事。我身旁的是機器人驕子。”沃特森說：“不可思議 ，現代機器人，看來，他們是穿越時空來的助手，話音未落 ，熒光屏上已出現了一個耀眼的亮點。“成功了， 成功了。”沃特森和大家一起歡呼雀躍 ，互相祝賀 ， 因爲他們研製的雷達已經成功地接收到了回波信號。

但是， 12 千米對我們的防禦來說， 還是不夠的， 要知道 ，早一分 鍾發現敵情 ，就早一分鐘爭取了主動。 沃特森要求大家加快研製高水平的更具實戰效能的雷達 ，並帶頭深入研究 。半年後 ，沃特森研製的雷達終於攻克了許多難關，在熒光屏上就能讀出飛機的高度和距離，即使飛機在 80 千米以外 ，雷達也能一眼“認出 ”，爲防衛與反擊提供了必要的時間 。

至此 ，雷達進入了實戰階段，爲保衛英國的領空做出了極大貢獻。夢弟的夢醒後 ，他述說了夢中遭遇。“航海爺爺， 什麼時候 ，雷達開始用於航海？”

小波問。“雷達廣泛用於航海， 1935 年 ，法國班輪‘諾曼底 ’號最先安裝航海雷達 ，其天線不能旋轉 ，用以探測前方冰山 。30 年代末 ，英國和米國製成船用米波對空搜索雷達。”

海洋爺爺說。第二次世界大戰期間 ，研製了釐米波對海雷達 。1940 年 ，英國人蘭德爾和布特製成空腔磁控管 ，解決了微波源問題 。 1941 年 ，美國首先製成帶有平面位置顯示器的脈衝微波海面搜索雷達。這種雷達，在第二次世界大戰的反潛艇作戰中，發揮了重大作用 ，戰後 ，用作商船航海雷達，以保證航海安全。

劉傻子教授說，60 年代末到 70 年代初，出現了自動雷達標繪儀， 進一步發揮了雷達在避碰上的作用 ，得到廣泛應用 。通常由天線、發射機、接收機、顯示器和電源 5 部分組成。”

航海雷達，早期用拋物面反射天線 ，現已爲波導隙縫天線取代。天線輻射以水平線性極化爲主 ；爲提高雷達在雨雪中的探測能力，有的天線裝有圓極化裝置。

計算機姐姐說：“天線由馬達驅動， 作 360°連續環掃。爲保證 方位測量精度和方位分辨力， 天線波束水平寬度要窄 ，很多 3 釐米航 海雷達在 1° 以內。爲防止船舶搖擺時丟失目標 ，波束垂直寬度較寬。”

劉傻子教授說，採用直接混頻超外差式 ，設有海浪干擾抑制電路和雨雪干擾抑制電路。爲防止相同波段的雷達干擾，有的雷達 ，設有抗同頻異步干擾電路。發射機和接收機 ，組裝在同一機櫃內，合稱收發機。採用距離方位極座標的平面位置顯示 ，掃描線和天線同步旋轉， 有若幹檔距離量程可供選用 。測距可用活動距標或固定距標 ，測方位可用電子方位線或機械方位圈。　　。