氣象雷達(dá)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2026-01-04
氣象雷達(dá)的實(shí)例教程
圖中左側(cè)機(jī)翼外段前緣吊艙中安裝的應(yīng)該是氣象雷達(dá)（TBM之前的型號(hào)基本都有安裝。根據(jù)《世界飛機(jī)手冊(cè)》記載，TBM 700飛機(jī)安裝的氣象雷達(dá)型號(hào)是霍尼韋爾國(guó)際公司的RDR-2000）。
TBM 940的一個(gè)關(guān)鍵特性是自動(dòng)油門(mén)，這是有史以來(lái)第一次安裝在重量不到12500磅(5.7噸)的渦輪螺旋槳飛機(jī)上。這款單動(dòng)力桿自動(dòng)油門(mén)與自動(dòng)駕駛儀完全集成，從爬升段到著陸進(jìn)場(chǎng)，可根據(jù)預(yù)設(shè)的飛行剖面自動(dòng)調(diào)整飛機(jī)的速度。除了減少飛行員的工作量之外，自動(dòng)油門(mén)還可以使TBM 940在加普·惠PT6A-66D渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)許可的動(dòng)力系統(tǒng)邊界運(yùn)行，從而提供動(dòng)力裝置的最佳性能和效率。發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)顯示也通過(guò)直觀的單一智能儀表進(jìn)行簡(jiǎn)化。
TBM 940還引入了自動(dòng)化除冰系統(tǒng)，這是TBM飛機(jī)類(lèi)別的另一個(gè)第一。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到飛機(jī)結(jié)冰或積冰，而飛行員沒(méi)有采取行動(dòng)時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)以對(duì)機(jī)身、風(fēng)擋玻璃、螺旋槳及發(fā)動(dòng)機(jī)的粒子分離器進(jìn)行除冰。航空電子設(shè)備會(huì)顯示一條琥珀色CAS(乘員警報(bào)系統(tǒng))消息，提示飛行員清除自動(dòng)激活并恢復(fù)手動(dòng)控制模式。
自動(dòng)除冰保護(hù)和自動(dòng)油門(mén)完全符合大合集團(tuán)的“e-copilot（智能副駕駛）”戰(zhàn)略，該戰(zhàn)略致力于提高TBM產(chǎn)品線(xiàn)運(yùn)營(yíng)安全性。
TBM 940的駕駛艙，大合集團(tuán)采用了符合人體工程學(xué)和風(fēng)格的升級(jí)，包括重新設(shè)計(jì)座椅，客艙側(cè)壁的額外隔熱材料，帶側(cè)面存儲(chǔ)的新中央貨架，右后座椅面板上的額外115V電源插座以及USB端口（將乘客的USB端口總數(shù)增加到6個(gè)，飛行員的增加到3個(gè)）。
TBM 940保留了和大合集團(tuán)已成功的TBM 900系列相同的航程和飛行品質(zhì)，到目前為止，該產(chǎn)品系列已交付超過(guò)267架飛機(jī)（大合集團(tuán)全系列渦輪螺旋槳飛機(jī)已經(jīng)交付900多架）。
展開(kāi) 今后，制造出大尺寸的基于金剛石基底的氮化鎵晶體管后，其用途有望擴(kuò)展至5G通信基站、氣象雷達(dá)、衛(wèi)星通信等諸多高功率、高電力的應(yīng)用領(lǐng)域。
研發(fā)基金支援信息
本次研究得到了以下組織機(jī)構(gòu)的支援：
日本國(guó)立研究開(kāi)發(fā)法人·新能源·產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）的資助項(xiàng)目（JPN20004）
日本東北大學(xué)金屬材料研究所附屬·量子能源材料科學(xué)國(guó)際研究中心合作利用研究（202112-IRKMA-0016）
日本文部科學(xué)省納米科技平臺(tái)（JPMXP09A21KT0006）
程哲 (Zhe Cheng)
程哲于2023年3月加入北京大學(xué)集成電路學(xué)院，擔(dān)任研究員、博導(dǎo)、助理教授，兼職北大納光電子中心。主要研究方向?yàn)殡娮悠骷臒峁芾恚ㄌ貏e是三維集成和芯粒）、熱測(cè)量、熱學(xué)電學(xué)協(xié)同設(shè)計(jì)。程哲于2019年12月博士畢業(yè)于Georgia Tech，師從Prof. Samuel Graham (現(xiàn)為馬里蘭大學(xué)工學(xué)院院長(zhǎng))；2020年1月至2022年12月在UIUC進(jìn)行博士后訓(xùn)練，合作導(dǎo)師為Prof. David Cahill (美國(guó)人文與科學(xué)院院士)；2019年在日本名古屋大學(xué)做特別研究學(xué)生，師從天野浩教授（諾貝爾物理獎(jiǎng)得主）。
展開(kāi) 民用飛機(jī)機(jī)頭前端尖尖的部位，
飛友們形象地喊它飛機(jī)的「鼻子」，
其實(shí)它的學(xué)名是飛機(jī)「雷達(dá)罩」。
（圖源：Instagram @airbus）
「鼻子」擁有防雷擊系統(tǒng)，
和防靜電及雨蝕系統(tǒng)。
那么如此重要的雷達(dá)罩是怎樣制成的呢？
雷達(dá)罩采用蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，
前段部分使用柔性蜂窩材料，
與機(jī)身連接區(qū)域采用層合板結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度相對(duì)較大。
里外蒙皮通常采用E玻璃或環(huán)氧樹(shù)脂的復(fù)合材料，
平時(shí)更換雷達(dá)罩時(shí)
只需要四個(gè)人就能進(jìn)行拆換作業(yè)，
兩個(gè)人就可以抬起雷達(dá)罩進(jìn)行局部檢查。
為了防止雷電對(duì)雷達(dá)罩的損壞，
在雷達(dá)罩上對(duì)稱(chēng)地安裝8根實(shí)心式防雷擊條，
從而使防雷擊條與防靜電涂層，
結(jié)合雷達(dá)罩與機(jī)身連接的搭鐵線(xiàn)，
形成完整的防靜電體系，
這些防雷擊條也是平時(shí)維護(hù)飛機(jī)時(shí)的重要檢查項(xiàng)目。
雷達(dá)罩如此強(qiáng)大的功能，
只為在不影響探測(cè)性能的前提下，
保護(hù)罩內(nèi)的雷達(dá)系統(tǒng)，
并維持整機(jī)的氣動(dòng)外形。
（圖源：Instagram @airbus）
「鼻子」里的是雷達(dá)天線(xiàn)，
是可以發(fā)射和接收雷達(dá)波的重要器件。
它的主要功能包括，
探測(cè)飛機(jī)前方天氣、
向飛行員進(jìn)行近地警示、
提供理想的下降路徑等等。
具體而言，
氣象雷達(dá)可以通過(guò)，
測(cè)量空氣中小液滴的大小，
來(lái)探測(cè)前方天氣惡劣與否。
飛行員以此來(lái)規(guī)避亂流與降水，
讓旅客擁有平穩(wěn)舒適的飛行體驗(yàn)。
（圖源：Instagram @airbus）
近地警告系統(tǒng)在飛機(jī)
過(guò)于接近地面，
或過(guò)于靠近某個(gè)物體時(shí)，
向飛行員及時(shí)示警。
展開(kāi) 要是單靠機(jī)載氣象雷達(dá)，是很難做出這種判斷的。
比如每架飛機(jī)能探測(cè)到320海里之內(nèi)天氣情況，但是也僅限于以這架飛機(jī)自身為中心的320海里范圍之內(nèi)。而對(duì)于互聯(lián)飛機(jī)而言，前面的飛機(jī)可以將它所探測(cè)到的數(shù)據(jù)傳遞給后面，幫助后面的飛機(jī)規(guī)劃航路，這就等于大大拓展了每架飛機(jī)的可探測(cè)區(qū)域。
另外一點(diǎn)是可以獲取地面和衛(wèi)星傳遞來(lái)的氣象信息，比如風(fēng)向、風(fēng)速等等。假如在11000英尺的高空逆風(fēng)強(qiáng)烈，但到了12000英尺就沒(méi)有風(fēng)。衛(wèi)星探測(cè)到這一情況后傳遞給飛機(jī)，機(jī)組可以做出判斷，去規(guī)劃更加經(jīng)濟(jì)和舒適的飛行高度。
結(jié)合大數(shù)據(jù)分析，互聯(lián)技術(shù)還能帶來(lái)更多的利益。比如根據(jù)整個(gè)航路上的天氣狀況計(jì)算出精確的攜帶燃油量；還可以對(duì)飛機(jī)的維護(hù)需求做出預(yù)測(cè)。每架飛機(jī)，即使與同型號(hào)的飛機(jī)，在維護(hù)級(jí)別上也有差異。
以京滬航線(xiàn)為例，我們可以分析統(tǒng)一機(jī)型在這條航線(xiàn)上的總體表現(xiàn)，再對(duì)比每架飛機(jī)的個(gè)體數(shù)據(jù)，來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)每架飛機(jī)的運(yùn)行狀況，如果判斷需要維護(hù)，那就盡早維護(hù)，避免積累到一定程度必須大型維護(hù)所造成的損失。未來(lái)，Ka頻段衛(wèi)星通訊將是航空公司首選。
來(lái)源：網(wǎng)易航空
展開(kāi) 其次，在氣象雷達(dá)的幫助下，飛機(jī)不會(huì)主動(dòng)接近雷區(qū)。FAA規(guī)定：飛機(jī)只能在雷云附近飛行，不能飛在雷云上部或者下部；不能在暴風(fēng)雨中心20英里內(nèi)飛行。
同時(shí)，設(shè)計(jì)師在使用新材料前，會(huì)對(duì)所有可能事故進(jìn)行模擬測(cè)試，試飛員會(huì)故意飛入雷云中以測(cè)試新材料的強(qiáng)度。事實(shí)上，雷云中極端亂流對(duì)飛機(jī)的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于雷擊。
某種程度上，雷擊效應(yīng)與電流十分相似。通常會(huì)從飛機(jī)的某一點(diǎn)進(jìn)入，從另一點(diǎn)離開(kāi)。這時(shí)，雷電會(huì)選擇電阻最小的路徑，所以，并不是飛機(jī)上的所有部件都會(huì)遭受這個(gè)效應(yīng)。純鋁制成的飛機(jī)就像一個(gè)“法拉第籠”，保護(hù)著飛機(jī)內(nèi)部的人員和設(shè)備。復(fù)合材料制成的飛機(jī)或者部件，內(nèi)部有一個(gè)類(lèi)似銅箔制成的夾層，也能達(dá)到類(lèi)似的效果。當(dāng)外部電磁場(chǎng)作用于籠子時(shí)，金屬中的自由電子會(huì)發(fā)生移動(dòng)，以抵消試圖進(jìn)入籠子中的輻射。
對(duì)抗雷擊不能僅依靠外部，內(nèi)部設(shè)計(jì)同樣很重要。與外部相似，內(nèi)部電纜同樣覆蓋著銅質(zhì)夾層。NGS系統(tǒng)會(huì)將惰性氣體引入油箱，防止油箱意外爆炸。在冗余設(shè)計(jì)思想指導(dǎo)下的飛機(jī)，所有重要設(shè)備都有一個(gè)“備胎”，即使，雷擊造成了某一設(shè)備的損壞，飛機(jī)依舊可以安全飛行。落地后，維護(hù)人員會(huì)立馬對(duì)飛機(jī)進(jìn)行檢查，以判斷是否可以完成下次飛行。
就這樣，飛機(jī)形成了一套立體的雷擊防護(hù)系統(tǒng)。
編審：武 晨
監(jiān)制：王 蘭
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微波、電磁兼容與GPS衛(wèi)星導(dǎo)航：射頻組件和模塊、高可靠電子元器件及組件、通訊系統(tǒng)及產(chǎn)品、氣象雷達(dá)
今后，制造出大尺寸的基于金剛石基底的氮化鎵晶體管后，其用途有望擴(kuò)展至5G通信基站、氣象雷達(dá)、衛(wèi)星通信等諸多高功率、高電力的應(yīng)用領(lǐng)域。
借助于北斗的力量，我們可以構(gòu)建氣象衛(wèi)星和測(cè)雨雷達(dá)、雨量站網(wǎng)、水文站網(wǎng)組成的雨水情監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)防線(xiàn)，為抵擋災(zāi)難來(lái)臨筑起“三道防線(xiàn)“。
第一道防線(xiàn)，借助氣象衛(wèi)星和測(cè)雨雷達(dá)，可以獲取大范圍的天氣信息、流域高分辨率面的雨量監(jiān)測(cè)和短期暴雨預(yù)警，延長(zhǎng)短期暴雨預(yù)測(cè)期，提前對(duì)洪水和山洪進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警，提示有關(guān)部門(mén)做出相應(yīng)防御措施。
第二道防線(xiàn)，地面雨量監(jiān)測(cè)站網(wǎng)精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)流域暴雨時(shí)空分布和面平均降雨量。
通常，一架飛機(jī)會(huì)配備數(shù)十個(gè)系統(tǒng)（氣象雷達(dá)、通信和導(dǎo)航系統(tǒng)、監(jiān)視和空中交通管制設(shè)備），這些天線(xiàn)需要在不同頻段上工作。天線(xiàn)性能會(huì)受其安裝結(jié)構(gòu)的影響。Altair? Feko? 系統(tǒng)層級(jí)優(yōu)化天線(xiàn)設(shè)計(jì)和天線(xiàn)布局 能夠優(yōu)化。
電磁兼容
電磁兼容 (EMC) 解決方案可通過(guò)驗(yàn)證是否符合 EMC 抗擾度和電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)確保飛機(jī)安全運(yùn)行。
日本的多家新型商業(yè)公司也部署了相應(yīng)的光學(xué)、雷達(dá)、氣象小衛(wèi)星星座。如日本Axelspace公司的灰鶴(GRUS)對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星星座，日本Synspective公司的StriX雷達(dá)衛(wèi)星星座[17]。2021年美國(guó)商業(yè)航天公司Albedo獲準(zhǔn)研發(fā)10 cm遙感衛(wèi)星，未來(lái)航天遙感將進(jìn)入10 cm空間分辨率時(shí)代，遙感影像精準(zhǔn)處理與智能服務(wù)的需求更加迫切[18]。
具體而言，
氣象雷達(dá)可以通過(guò)，
測(cè)量空氣中小液滴的大小，
來(lái)探測(cè)前方天氣惡劣與否。
飛行員以此來(lái)規(guī)避亂流與降水，
讓旅客擁有平穩(wěn)舒適的飛行體驗(yàn)。
（圖源：Instagram @airbus）
近地警告系統(tǒng)在飛機(jī)
過(guò)于接近地面，
或過(guò)于靠近某個(gè)物體時(shí)，
向飛行員及時(shí)示警。
火星車(chē)導(dǎo)航地形相機(jī)、表面成分探測(cè)儀、次表層探測(cè)雷達(dá)、氣象測(cè)量?jī)x，環(huán)繞器高分辨率相機(jī)、次表層探測(cè)雷達(dá)(甚低頻模式)、離子與中性粒子分析儀等7臺(tái)科學(xué)載荷獲取的數(shù)據(jù)已經(jīng)完成相關(guān)處理和質(zhì)量驗(yàn)證工作，并形成標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，中國(guó)月球與深空探測(cè)網(wǎng)日前已面向國(guó)內(nèi)科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)放數(shù)據(jù)申請(qǐng)，后續(xù)將以月為周期組發(fā)布科學(xué)數(shù)據(jù)。
另外航班的機(jī)長(zhǎng)和機(jī)場(chǎng)空管人員還可以通過(guò)氣象雷達(dá)提前了解危險(xiǎn)云層，減少在水含量高的云層中停留的時(shí)間，或在合理范圍內(nèi)盡量避開(kāi)。
其實(shí)比起下雨天，冰雹、雷暴等惡劣天氣更加影響飛行安全。
另外航班的機(jī)長(zhǎng)和機(jī)場(chǎng)空管人員還可以通過(guò)氣象雷達(dá)提前了解危險(xiǎn)云層，減少在水含量高的云層中停留的時(shí)間，或在合理范圍內(nèi)盡量避開(kāi)。
其實(shí)比起下雨天，冰雹、雷暴等惡劣天氣更加影響飛行安全。
通常，一架飛機(jī)會(huì)配備數(shù)十個(gè)系統(tǒng)（氣象雷達(dá)、通信和導(dǎo)航系統(tǒng)、監(jiān)視和空中交通管制設(shè)備），這些天線(xiàn)需要在不同頻段上工作。天線(xiàn)性能會(huì)受其安裝結(jié)構(gòu)的影響。能夠優(yōu)化天線(xiàn)設(shè)計(jì)和天線(xiàn)布局，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成。
電磁兼容：電磁兼容 (EMC) 解決方案可通過(guò)驗(yàn)證是否符合 EMC 抗擾度和電磁輻射標(biāo)準(zhǔn)確保飛機(jī)安全運(yùn)行。
