• 从平面几何角度简单讨论一下隐形机的隐形 [网上谈兵] - jds(7526 bytes ) (0 reads)2012-06-13 |
从平面几何角度简单讨论一下隐形机的隐形
我又必须郑重其事地严重地真心实意地声明我不仅是外行，而且还是外行里的外行！
为什么我要从平面几何角度简单讨论一下隐形机的隐形呢？请看：
非常明显的理由就是隐形机的机体表面基本上是由平面组成的，再就是因为我不仅是外行，而且还是外行里的外行，所以我孤陋寡闻，我记得只看到过从雷达波长角度说隐形机的隐形的文章，没有看到过从平面几何角度说隐形机的隐形的文章。
所以，如果大家知道有从平面几何角度说隐形机的隐形的文章的话，我又必须郑重其事地严重地真心实意地请你告诉我！谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢谢！
雷达工作的原理嘛，网上有的是，大家自己去找，我就不抄雷达工作原理的教科书啦！
说雷达就要知道雷达的工作原理，现在有雷达网，发射和接收可以不在一起，或者发射和接收在一起的多个雷达联网，因为雷达不仅需要发现飞机的方向和算出距离，还需要对飞机的速度和体积有个估计帮助判断机型的分类，而且还要快，因为时间非常重要，所以，雷达网的同步和协调非常复杂，我就不多说了。
三个雷达联网的示意图
因此，我在这个帖子里从传统雷达开始说！
我这里用“传统雷达”说单个雷达，而且我说的传统的雷达还是发射天线和接收天线在一起的，也就是说地理位置是在一起的，因此几何上传统雷达的位置可以看成是一个点！
所以，说“隐形飞机的外形减少向正前方的反射”里的“正前方”的含义是雷达波入射的方向，所谓“减少向正前方的反射”说的是减少飞机向入射的雷达波的方向原路返回到发射入射波的雷达接收天线的反射，反射波非常弱，因而不被雷达发现，或者即便是发现了也难以准确判断来者的距离的体积。
过去技术有限，人们只能追求飞机的空气动力学性能，所以，飞机的形状就基本上百分之百是由空气动力学所决定的，而曲面空气动力学效果好是显然的，因此，以往的飞机的形状都是曲面的，而曲面对入射波的反射就是四面八方各个方向的，被雷达波一照就象空中的一盏灯似的，这一点大家可以从汽车的后视镜有个概念，所以，曲面的飞机的形状对于无论从那个方向入射的雷达波都会有原路返回的反射波，就象空中的一盏灯似的，而且强度也差不多。
随着技术的发展，人们可以牺牲一些飞机的空气动力学性能来换取别的好处了，比如说用平面代替曲面换取隐形的好处，隐形机的机体表面就基本上是由平面组成。
那么，为什么隐形机的机体表面基本上是由平面组成的呢？或者说平面是如何帮助隐形机隐形的呢？
这里，我简单说两个原因：
第一个：因为要一个平面将入射波原路返射回去只能是这个平面与入射波垂直的情况，大家可以想象一下雷达和飞机需要在一个什么样的相对位置这种情况下才会发生，而且这样的相对位置或者：1，不会持续很久因为飞机在高速飞行；或者：2，面积很小，比如说飞机正面没有垂直与飞行方向的平面；或者：3，情况极其特殊，比如说飞机刚刚好在雷达的头顶上，那么飞机腹部的平面就会把几乎全部的雷达入射波原路反射回雷达的接收天线。
所以，当一个雷达面对一架机体表面基本上是由平面组成的隐形机的时候，这个雷达能够从这架隐形机接收到的反射波就是这架隐形机的曲面部分或比较复杂的非平面部分的反射，大家可以想象这些部分对于机体表面基本上是由平面组成的隐形机来说就没有多少了。
但是，还要加上这架隐形机的那些与这个雷达发射的入射波垂直的那些平面的反射波，这就是我刚刚说的第一个原因，这是在雷达和飞机处于比较特殊的相对位置的情况下才会发生的。
第二个：平面对入射波的反射只有一个方向！从反射意义上看，反射波方向是由入射波方向和反射平面的角度决定滴，由于雷达发出的入射波的来源是一个点，就是这个雷达，而与曲面对入射波的反射是四面八方都有不同的是：平面对入射波的反射只有一个方向，无论这个平面有多么大，这一点大家可以从我们从小就很熟悉而且每天都用无数次的镜子有个概念。
那么，平面对入射波的反射只有一个方向是个什么概念呢？
其实大家从小就很熟悉，只不过大家联系不到隐形机的隐形罢了，平面对入射波的反射只有一个方向的概念就是我们小时候拿镜子反射仰光到墙上看那个亮点玩儿的概念！
这里，太阳好比发射入射波的雷达，我们小时候拿镜子玩儿的镜面相当于隐形机的某个平面，如果大家还记得的话，有时是大人陪我们玩儿，有时是儿时的伙伴，有时是你们自己，有时是一只猫陪我们玩儿。
大家还记得捕捉到那个亮点是多么的困难吗？
当然了，由于太阳非常遥远，因此阳光差不多是平行的，因此，那个亮点的面积跟我们拿着的镜子差不多大小。由于雷达距离飞机不像太阳离地球那么远，因此隐形机的某个平面对入射波的只有一个方向的反射有一定的扩散，所以，隐形机的某个平面作为镜面反射入射波的只有一个方向的那个“亮点”要比隐形机的某个平面的面积大！
那么，隐形机的某个平面作为镜面反射入射波的只有一个方向的那个“亮点”比隐形机的某个平面的面积大多少呢？
很显然，这是由雷达的入射波的平行性决定的，雷达的入射波越平行那个“亮点”比隐形机的某个平面的面积就大不了多少，否则就要大一些，而雷达的入射波的平行性是由雷达与飞机的距离决定的，所以，雷达距离飞机越远那个“亮点”比隐形机的某个平面的面积就越接近。
飞机本身就那么大，无论隐形机的某个平面有多么大，大家可以从小时候玩儿镜子的捕捉那个亮点的困难想象一下，捕捉到隐形机的某个平面作为镜面反射入射波的只有一个方向的那个“亮点”是多么的困难吗？
当然啦，还要考虑到那个“亮点”的运动速度等于飞机飞行的速度。
因此，这里也许用得上雷达网，也就是说非“传统雷达”，或者说雷达的发射天线和接收天线不在一起，要不然就是雷达网里不同的雷达的接收天线负责接收。
回忆一下前面的三个雷达联网的示意图
这里，还是用镜子反射阳光的游戏看这个雷达网的模式，那就是说雷达的发射波好比阳光，隐形机的某个平面相当于镜面，接收天线的任务就是捕捉到隐形机的某个平面作为镜面反射入射波的只有一个方向的那个“亮点”！
大家可以想象这个接收天线的任务是多么的困难吗？
特别是一般雷达是不动的，即便是动也比不了飞机的速度，因此这个模式好比守株待兔，而兔子也就那个“亮点”那么大小，而且运动速度等于飞机飞行的速度。
但是，若干个雷达联网就增加了发现隐形飞机的可能性。
最后，我说几句有人想到了卫星，因为他们以为“就飞机那个扁平的德行，往上方反射的雷达波一定少不了”。
我刚刚说了，接收天线的任务就是捕捉到隐形机的某个平面作为镜面反射入射波的只有一个方向的那个“亮点”！
如果让卫星承担接收天线的任务的话，雷达网的雷达基本不动好比守株待兔，考虑到卫星的速度，还有飞机的速度，那么用卫星承担接收天线的任务就是寄希望于瞎猫碰上活耗子啦！
反正不说距离只说方向就是中学几何的问题，由于隐形机的机体表面还基本上是由平面组成，所以，只要知道反射波方向是由入射波方向和反射面的角度决定滴就可以画个图试试，看看往上方反射的雷达波是由什么角度的平面反射出来的，比如说入射波方向是正前方、下前方、上前方对应雷达位置的高度等于、低于、高于飞机的高度，然后你就可以知道这种平面可能是飞机的那个位置的那个面。
地面的雷达即便是在山上也往往低于飞机的高度，除非飞机低空飞行，因此，你只要画一个雷达波来自飞机的下前方的图试试，看看往上方反射的雷达波是由什么角度的平面反射出来的就可以有个概念了。
还有就是“上方”也是一个模糊的概念，几何上应该有90度，至少也应该有45度。
所以，“就飞机那个扁平的德行，往上方反射的雷达波一定少不了”这种定性的说法没什么意思。
最最后，补充一点物理概念，那就是无论隐形机的机体表面多么平，也无论用了什么涂料，隐形机的机体平面对于电磁波的反射也是不能跟镜子反射可见光相提并论滴，所以，我上面说的只是对隐形机的隐形做可一个概念上的描述，实际工程上还是要打个折扣滴！
