第415章 航海雷达的奥秘

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小聪看见自己与徐文亮师傅驾驶的水上飞机 ，非但没有起飞 ，还被海面露出的礁石撞破 。徐文亮师傅说，水上飞机有抗沉性 ，劝小聪冷静。水上飞机的船身 （浮筒） 内，有若干个水密隔舱 ，其数量多少 和空间大小， 依使用要求而定 ，水上飞机在几个水密舱破损之后 ，仍具有足够的浮力而不沉没，这种防沉的能力， 称为抗沉性。

小燕子与机器人骄子共同驾驶一架水上飞机，在海面上转来转去。 小燕子十分惊慌 ，骄子劝小燕子冷静 ，说 ，水上飞机在水面作回转运动的能力 。水上飞机一般靠水舵在水面上回转 ，但多发动机的水上飞机 ，也可以利用两侧发动机的拉力差来实现水上回转。

梦弟懂得了，水上飞机的水动力特性包括水动阻力、滑行稳定性、 喷溅 、撞击过载和波浪的影响等 ，它们随水上起飞和降落的不同阶段，包括水上起飞的航行、过渡 、滑行和离水而变化，并且 ，取决于水上飞机船身（浮筒） 的外形。水动阻力由滑行阻力、摩擦阻力和兴波阻力组成 ，它们与水上飞机空气动力阻力之和 ，构成水上飞机起飞过程的总阻力。在起飞过程 的开始阶段 ，总阻力很快增大 ，形成第一个阻力峰。这时 ，阻力的主 要成分， 是水动的滑行阻力和兴波阻力，空气阻力较小。

小聪说，我知道了，水上飞机随着速度的增大 ，总阻力再由大转 小，这是由于纵倾角和升程的变化使水动阻力减小的缘故 。尔后，由 于空气阻力的增大 ，使总阻力再由小增大，形成第二个阻力峰，主要来自水动滑行阻力和空气动力阻力。 第二个阻力峰 ，一般小于第一个阻力峰。

小燕子明白了 ，水上飞机在起飞过程中， 由于水动力力矩和空气 动力力矩的变化， 使纵倾角也在随速度变化 。水上飞机在外力作用消 失之后 ，恢复原来状态的能力， 称滑行稳定性。在这个恢复的运动过 程中， 若其纵摇是收敛的， 则滑行是稳定的 ；若其纵摇是等幅或发散的， 而且 ，纵摇角度大于 2，则认为滑行是不稳定的。

不稳定区域 ，又可以分为上和下两个范围 ，飞机纵倾角随速度的变化， 应通过这两个区域之间。如果 ，飞机的纵倾角进入下不稳定区，可能产生海豚运动，这种情况 ，大多发生在第一个阻力峰的前后。如果飞机的纵倾角进入上不稳定区域 ，可能产生跳跃运动， 就是过早离水，这种情况 ，大多发生在两个阻力峰之间的滑行过程 。不稳定运动的原因 ，除船身外形设计质量外 ，还与飞机重心相对断阶的位置有关。

小明体会到，水上飞机在水面滑行时 ，船身底部向四周喷射出强弱不等的水束 。喷溅除冲刷船底增大滑行阻力之外 ，还可能影响发动机的正常工作。同时，对螺旋桨 、襟翼 、尾翼以及外挂武器也有不良 影响。在飞机设计中 ，一方面，设法使上述部件和武器避开喷溅 ；另 一方面， 还要积极抑制喷溅。

小波体验到，水上飞机在降落着水时 ，或在高速滑行遇到大涌浪时 ，都会产生撞击过载 。用飞机作用于水的总撞击力与飞机重力之比值衡量撞击过载的大小。 平船底在滑行中水动性能最好，但是撞击过 载性能最差。一般将船身断面设计成带有斜升角的底部。

同学们一个一个从梦中醒来 ，他们分别坐在水上飞机一号、水上飞机二号上。海洋爷爷正在给同学们讲话 ，海洋上的涌和浪 ，是海水受自然界各种因素影响造成的能量运动。这种水的能量运动作用到高速滑行的水上飞机船身上，会造成瞬时的吃水增加 ，滑行阻力增大，会使水上飞机稳定性受影响。

在正常起飞重量下，海面航行、 起飞和降落过程中， 所能承受最 大风浪的能力， 称之为水上飞机的耐波性 。同一架飞机 ， 随着起飞重 量的增加 ，抗风浪能力必将降低。科学博士说：“早在 1919 年 8 月 9 日 ，中国试制成功第一架水上飞机——“甲型一号 ”。”

这是一架 100 匹马力， 拖进式双桴双翼水上教练机，高 3.8 米 ，身 长 9.32 米 ，幅长 13.70 米 ，最大时速 126 千米 ，空机重量 836 千克， 载重 1063 千克 ，装油量 114 公升 ，飞行高度 3690 米 ，可航行 3 小时， 航距 340 千米，乘员 2 人 ，可载炸弹 4 颗 。飞机的性能质量并不差。 这架飞机在试飞时，由于操纵杆失误而坠毁 。第二年又制成一架水上飞机。

刘傻子教授说：“2015 年 5 月，中航幸福通用航空的赛斯纳 208 水陆两栖飞机从舟山的普陀飞往嵊泗 ，标志着中国首条水上飞机通勤航线开始运营。”

南海梦想科考艇在大海上疾驶，与蝴蝶礁擦肩而过。小燕子问正在驾驶科考艇的徐文亮师傅：“徐师傅，刚才 ，你看到礁石了。”徐师傅说：“我肉眼看不见礁石，科考艇上的雷达发现了礁石。” 小波问：“什么是航海雷达呢？”

徐师傅说：“航海雷达亦称船用雷达 。装在船上，有利于航行避让 、船舶定位 、狭水道引航 。航海在能见度不良时 ，航海雷达为航海 人员提供了观察手段 。它的出现，是航海技术发展的重大里程碑。”

计算机姐姐问：“航海离不开雷达，有一天 ，沃特森在调试监测仪器时突然发现，在荧光屏上有一连串的亮点 。沃特森迷惑不解 ，助手们怀疑是不是显像装置坏了？雷达发明了。”

梦弟梦见自己乘坐机器人骄子变化的飞艇， 来到 1935 年的英国。 他见到了沃特森。当时 ，沃特森吩咐助手们把试验仪器搬得远离大楼， 梦弟说，我来帮你们搬吧。

沃特森问：“你是谁？”梦弟说：“我是中国现代小朋友梦弟。我 知道你发明雷达的故事。我身旁的是机器人骄子。”沃特森说：“不可思议 ，现代机器人，看来，他们是穿越时空来的助手，话音未落 ，荧光屏上已出现了一个耀眼的亮点。“成功了， 成功了。”沃特森和大家一起欢呼雀跃 ，互相祝贺 ， 因为他们研制的雷达已经成功地接收到了回波信号。

但是， 12 千米对我们的防御来说， 还是不够的， 要知道 ，早一分 钟发现敌情 ，就早一分钟争取了主动。 沃特森要求大家加快研制高水平的更具实战效能的雷达 ，并带头深入研究 。半年后 ，沃特森研制的雷达终于攻克了许多难关，在荧光屏上就能读出飞机的高度和距离，即使飞机在 80 千米以外 ，雷达也能一眼“认出 ”，为防卫与反击提供了必要的时间 。

至此 ，雷达进入了实战阶段，为保卫英国的领空做出了极大贡献。梦弟的梦醒后 ，他述说了梦中遭遇。“航海爷爷， 什么时候 ，雷达开始用于航海？”

小波问。“雷达广泛用于航海， 1935 年 ，法国班轮‘诺曼底 ’号最先安装航海雷达 ，其天线不能旋转 ，用以探测前方冰山 。30 年代末 ，英国和米国制成船用米波对空搜索雷达。”

海洋爷爷说。第二次世界大战期间 ，研制了厘米波对海雷达 。1940 年 ，英国人兰德尔和布特制成空腔磁控管 ，解决了微波源问题 。 1941 年 ，美国首先制成带有平面位置显示器的脉冲微波海面搜索雷达。这种雷达，在第二次世界大战的反潜艇作战中，发挥了重大作用 ，战后 ，用作商船航海雷达，以保证航海安全。

刘傻子教授说，60 年代末到 70 年代初，出现了自动雷达标绘仪， 进一步发挥了雷达在避碰上的作用 ，得到广泛应用 。通常由天线、发射机、接收机、显示器和电源 5 部分组成。”

航海雷达，早期用抛物面反射天线 ，现已为波导隙缝天线取代。天线辐射以水平线性极化为主 ；为提高雷达在雨雪中的探测能力，有的天线装有圆极化装置。

计算机姐姐说：“天线由马达驱动， 作 360°连续环扫。为保证 方位测量精度和方位分辨力， 天线波束水平宽度要窄 ，很多 3 厘米航 海雷达在 1° 以内。为防止船舶摇摆时丢失目标 ，波束垂直宽度较宽。”

刘傻子教授说，采用直接混频超外差式 ，设有海浪干扰抑制电路和雨雪干扰抑制电路。为防止相同波段的雷达干扰，有的雷达 ，设有抗同频异步干扰电路。发射机和接收机 ，组装在同一机柜内，合称收发机。采用距离方位极坐标的平面位置显示 ，扫描线和天线同步旋转， 有若干档距离量程可供选用 。测距可用活动距标或固定距标 ，测方位可用电子方位线或机械方位圈。

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