Бортовые радары: роль эффекта Доплера в авиации
На вышках управления воздушным движением радары отображают текущее положение самолетов на своих экранах. Кроме того, эффект Доплера позволяет отображать скорость, что позволяет отфильтровывать неподвижные объекты, такие как здания или холмы, и не показывать их на экранах (подавление помех).
В случае обзорных радаров, волны с длиной в сантиметровом диапазоне передаются по микросекунде каждая, тысячу раз в секунду. Как далеко распространяются радиоволны за тысячную долю секунды? 300 000 км за одну секунду, а значит, 300 км за тысячную долю секунды.
Если используется эхо-сигнал с частотой 1000 импульсов в секунду, обнаруженные объекты должны находиться на расстоянии менее 150 км: радиоволны должны совершить обратный путь, и есть время, чтобы сделать это за тысячную долю секунды.
Принцип доплеровского VOR
Доплеровский VOR (Very High Frequency Omni-directional Radio Range) – это очень точный поворотный радиомаяк для воздушного движения. Его можно сравнить с маяком для кораблей.
Маяк излучает луч, который вращается с определенной скоростью (частотой) и излучает дополнительную вспышку, когда луч направлен на север. Маяк можно определить по его характерной частоте. Измеряя время между сигналом на север и моментом, когда луч маяка направлен на корабль, это судно может определить пеленг маяка по отношению к кораблю. Расстояние до маяка можно оценить по яркости его луча и, используя это вместе с информацией о направлении, в котором движется корабль, можно определить курс корабля.
Доплеровский VOR генерирует вращающийся радиолуч в диапазоне частот выше 100 МГц и всенаправленный сигнал при прохождении через северное направление. Это даст вам точное направление на станцию VOR.
Самолет также отправляет сигнал, который принимается наземной станцией и отвечает на нее. Время, необходимое для получения эхо-сигнала, позволяет определить расстояние до наземной станции, а смещение частоты позволяет оценить скорость (так называемая процедура DME — Distance Measuring Equipment). Таким образом, система предоставляет все важные данные, необходимые для навигации самолета.
Сверхзвуковая скорость: экстремальный эффект Доплера
Ученик Доплера Эрнст Мах сосредоточился на полете на сверхзвуковой скорости (340 м / с = 1 Мах, около 1200 км / ч):
Когда самолет ускоряется, он сжимает излучаемые им звуковые волны в направлении своего движения. Когда он достигает сверхзвуковой скорости, он преодолевает звуковой барьер и создает «ковер звукового удара», названный в честь Эрнста Маха — волна Маха.
Звуковые волны, излучаемые самолетом, в сумме образуют звуковой барьер — сильную волну давления. На скорости 1 Мах самолет «преодолевает звуковой барьер», и на километры вокруг слышен громкий гул.
Если самолет движется со скоростью выше 1 Маха, то есть со сверхзвуковой скоростью, его можно услышать только тогда, когда он уже пролетел мимо. Пуля также летит быстрее звука (500-800 м / с).
Коммерческие самолеты летают со скоростью около 0,8 Маха, тогда как военные самолеты летают со скоростью 2 или 3 Маха.
