|
|
无人机改变了战场，但无人机有各种各样。有的无人机只是有人机的小型化、无人化，比如“死神”、“火力侦察兵”，有的就是完全新质、没有有人机对应的多旋翼及其变异，如各种大疆和新流行的eVTOL。
$ ]: M0 K; l# s& I T- A4 w" \, G3 W
$ f8 v4 v7 y0 r7 `( L
MQ-9“死神”是小型化、无人化的固定翼飞机8 m! p" S) Y0 k4 q
3 h/ L1 U" h9 |
0 P) n# [9 u6 |3 p b; U
MQ-8“火力侦察兵”就是小型化、无人化的直升机5 b8 _( k+ G3 C+ o% o# J
" Q% f" k8 ~9 ^& g7 F
$ o) V" c" R6 G
各种大疆是典型的多旋翼无人机，在有人飞机里没有对应
. d2 o- B! Y, ]/ w- L) i2 u1 _7 K: i3 ^% O* `, L
5 m5 h8 B( D9 \) w. D, c" K/ @5 }" ?Elroy Air这样的eVTOL是固定翼和多旋翼的混合，航程和载重比纯多旋翼更大，但也更复杂
1 ^5 M# _1 p* y+ b8 q+ g, X% x% T
, r2 R G$ Q, Q, `小型化、无人化的有人机实际上还是较大，在飞机特点和使用上和有人机没有原则区别，一般也用涡桨、涡轴、内燃机作为动力，载重、航程都大，成本也高。
4 a9 T8 L$ }/ |8 S2 I- f
% S- c; c! ?8 A真正得到大发展的是多旋翼无人机，既可以是大疆这样的纯多旋翼，也可以是与固定翼混合的多旋翼，也称eVTOL。这是真正新质的，但也无一例外地为电动的。载重、航程较小，但成本低得多，使用更加便利。% H5 M, x% }0 p. S8 y1 X, O0 y+ Q
2 w+ E* `0 g X$ c) m固定翼和直升机的特点很清楚了。固定翼的起飞重量更大，速度更快，航程更远，升限更高，油耗更低，维修简易，但需要跑道才能起飞、着陆。显然，连排级的野战军肯定伺候不了，不可能到处都找到跑道。直升机正好相反，哪里都能垂直起飞、着陆，还能做悬停、侧飞、倒飞、筋斗等特殊机动，但这是复杂的桨毂为代价的。看看那堆零碎，都是高磨损的活动部件，都需要高强度维修，都对恶劣环境敏感。连排级的野战军也伺候不了。
/ M \2 G( @. c8 I- j- |# T0 {4 X& c8 U$ O" v. N7 i4 h
# {& G" e2 @/ {5 ?; ]: n+ ?$ A! F这是桨叶系统的简化示意图
; z$ v( G& D4 c; Q- L% I6 L* W: b* E- G& C/ N6 i
/ R" {9 t: g- r7 ^3 t# s P
黑鹰直升机的桨毂，倾转滑盘（上图红盘和蓝盘）在下面，看不见，那里还一堆啰嗦玩意。尾桨那里简单点，不需要滑盘，但还是一堆啰嗦玩意
: B9 E& U- k8 c! A
9 @9 b# C; z# v% I0 U
# ~- g1 }. _7 Q- {- U( K: t相比之下，大疆这样的多旋翼就简单得“不讲武德”了
0 q: ]' V* b- r' ], _- w+ L) k2 [1 h4 A0 Q; F
直升机的旋翼不仅在转动中通过与空气的相对运动产生升力，还要通过桨盘的水平或者倾斜实现悬停、产生推力和实现各种特殊机动。为了补偿旋翼的扭矩，还需要尾桨提供反扭力。使得桨盘可控倾斜是伊戈尔·西科斯基的划时代发明，其中的关键是一对可倾转的滑盘。0 h0 E# K1 z7 F+ e+ ~# ]
8 M& {: |$ L$ y滑盘分上下两部分，下滑盘是可在连杆控制下倾斜，但不转动；上滑盘随桨叶转动，同时在贴面作用下“被迫”随下滑盘倾斜，带动连杆控制桨叶在旋转中的上下挥舞，使得桨叶叶尖形成的轨迹（桨盘）倾斜，形成推力、侧力等。
6 W2 w5 L- |1 i; x1 k4 i- d% |' ?% y# M6 ?" e
桨叶与桨毂需要通过挥舞铰连接，这是高载荷、高循环的活动部件。桨叶也有总距铰，控制桨叶相对于旋转方向的迎角，控制升力。桨叶转速的大小是改变升力的，但发动机的转速范围有限，需要与迎角相结合，才能达到升力控制的全范围，就像汽车发动机需要通过变速器才能控制全速度范围一样。这是又一个高载荷活动部件。连杆与滑盘和桨叶的连接也需要通过铰链。这么多高载荷活动部件的磨损很大，维修工作量很大。新型无铰桨毂用弹性部件代替部分铰链，只是转移了问题，把机械磨损变成材质老化了。, K2 U N; v" X) k' Z" d: N1 y- I
3 g+ j( v- C$ h$ R8 Y& [ l直升机的麻烦还不止这些。直升机需要反扭矩的尾桨，尾桨驱动不仅需要动力转递，还需要与主旋翼同步，所以长长的驱动轴不仅重量、磨损是问题，还特别怕损坏。大部分直升机失事都是因为尾桨故障后的失控。. x( j5 a. \* j1 B+ [/ `
, }0 M3 l2 H# r- Y
5 R0 H! w7 }. W8 a, L
尾桨的动力从主旋翼减速器引出，长轴需要在中间有支承轴承，避免下垂和转动时的抖晃，但增加磨损$ X, `. l# Q! E2 t, [
# Y8 j: M0 \# L
各种双桨可以免去尾桨，但卡莫夫那样的共轴反转双桨需要轴套轴，而且为了避免上下旋翼在挥舞中互相碰撞，需要增大间隔，增加阻力，增加结构刚性的要求，更要命的是，旋翼控制机构更加复杂。找任何一架卡莫夫来，看看桨毂，不头皮发麻算你赢。
( P* t2 V- h( o/ Z' n; I4 P2 p! P1 ~( ^: p0 ~5 p0 V
* X& q3 T" P7 [% L+ l( u1 s卡莫夫的共轴反转双桨需要双套桨毂机构，还有轴套轴的问题，世界上只有一家玩这个，不是没有道理的
+ l G, j3 Q: o # g0 N. ?8 S7 `% O" s. g7 W+ J# c
CH-47那样的串列双桨不仅有双套滑盘、铰链、连杆的问题，还需要把发动机的动力汇总后，用传动-同步轴分配到前后旋翼，而不是两台发动机分别驱动前后旋翼。只有这样，才能保证前后旋翼同步。长长的大功率传动-同步轴穿过整个机顶，这是又一个维修人员问候设计、制造方先人的地方。单旋翼-尾桨也有常常的传动-同步轴，但功率一大，幺蛾子就多啊。" _7 x+ f' z2 X$ t/ v
3 Q5 H/ T' s8 g$ Z7 W
7 X& ?( [5 h7 G9 iCH-47用串列双桨，需要贯穿全长的大轴进行动力传递和同步，重量和磨损很厉害
0 v. Z+ e! H$ o/ W8 _" y - p' d: c0 O8 Z/ x1 i4 J
MV-22那样的倾转旋翼并列双桨看似简单点，但根本不简单，因为还是有直升机模式下的操控问题。左右双发之间还有复杂的交联传动-同步轴，不仅确保同步，还在两侧发动机出力不均匀或者单发停车时能驱动两侧旋翼，继续飞行。否则并列双桨一旦单发故障，立刻失控坠毁，连挽救的时间都没有。发动机短舱倾转的复杂性、可靠性和直升机-飞机模式转换的飞控问题就不多说了。6 e3 f4 F: s& V) A( Z% O9 a
: ?6 T& F- {7 N
简言之，直升机机械上的那么多麻烦事是由于集中动力的关系。不管是涡轴还是内燃机，发动机沉重，成本高，机械同步困难，只能集中动力，然后用各种办法保证同步。再白菜化，直升机只能是鱼子酱煮白菜，注定机械复杂、使用麻烦、购置和运作成本高。 M! _4 V: [+ m
7 b; B; A- i/ A- b9 O
在讨论无人机问题的时候，必须牢记成本和体系。
% H* u( f7 |2 n% q% T
. g" @6 T4 k0 f4 ?/ s中国是无人机大国，什么无人机都造得出来，而且成本一定低于欧美国家。但这还不够，碾压性优势还不够，要气化级优势嘛。
2 D6 i. P6 I+ m: i* s3 q " _, @+ s3 ?, G( N; m9 n7 ~, ?
多旋翼没有那么多事。对角上的旋翼自然抵消互相的扭力，多旋翼的各种“抬压”自然控制姿态和前飞、侧飞、倒飞，翻筋斗更是不在话下。
# P9 E$ c7 K: ^- M( c6 O. { R, a' z R8 g# Z" E
! m+ u* K. ], R多旋翼的旋翼总是成双作对的，不仅两两抵消反扭力，还便于控制姿态
! k/ f+ c. [ n2 |1 L6 X7 L
% f8 b: S6 `, w) u在理论上，多旋翼依然可能采用集中动力，但各种同步轴将使得机械复杂性之高、重量之大、可靠性之低达到不可思议的程度，彻底抵消了任何好处。必须采用分布动力。
- m" `3 N/ p* l0 V! m ' E& _( t% c6 o3 m- q q$ u
电池动力的电动与多旋翼是天生的一对。电动机的转速范围很大，特斯拉就不需要变速器，一档到底，这就省却了总距铰。用旋翼之间相对升力控制姿态，这就省却了挥舞铰。+ U( h* l; o# {: L* X
8 ? s( z y, U7 E) P* _多旋翼的桨毂简单得不能再简单了，简单的驱动轴直接连到无铰链、固定桨距的旋翼，这是多旋翼低成本和实际上无维修的第一秘诀。# i& E& g# W& a2 q+ c0 e
0 [" g) v4 \6 r, o电动机之间同步简单多了，用电气和电子方法实现，不需要任何机械同步，这是多旋翼低成本和实际上无维修的第二秘诀。
/ R: s) P& w) G; k# d' t # \% d# d8 I F- R( W M
电池动力的问题是电池重量和容量。这是多旋翼较难做大的拦路虎，但不是没有办法的，油电或者涡电啊，功率更大，续航时间更长。
( N$ E' N$ f- B
1 q- ~# [& F- T8 B* R油电就是用内燃机驱动发电机，油耗较低；涡电则用涡轴驱动发电机，功率更大。问题是交流发电容易，但交流电动机要变速，需要一套复杂的变频系统。直流发电本身就较复杂。全系统的重量、复杂性急剧升高，完全抵消了无人机的简单、低成本、无忧虑使用的优点。; m$ O6 F% ~: l
; [: [. d( |! p6 s0 @
涡电作为航空动力正在得到高度重视，但重量、复杂性和成本使得这还在很长时间里不适合在低成本无人机使用。还是只能电池动力。3 S8 F0 x( _) R( m2 P. Y
6 V; ~9 D7 v# }- X! p2 }
电池动力的多旋翼成本低，使用简单，已经成为人们对无人机的认知。要在连排级部队装备大量无人机，只能是这样的无人机，不可能是油机。
4 c# Q7 H/ S1 f
& c) _0 K7 U) \# T7 O) Y9 [空军、海军的无人机是完全不同的要求，不去说它。陆军的集团军、合成旅级也是不同的要求油机无人机或许更加合适。连排以下的甚至到班和个人的，首先数量巨大，而且是半可消耗的，对成本必须敏感；其次小分队里人手紧张，没法伺候。必须是使用最简单、携带最方便、结构最皮实、无维修、性能够用的。还是只有电池动力的多旋翼。 o2 u% q" q+ B+ [& Y. f
. f5 j9 W6 I% c6 Y
唯一例外可能是彩虹817这样的微型无人机。这是很特别的设计，以前专门写过一段，这里不重复了。这对班用甚至单兵使用很好，但结构上决定了只能是这样的微型的，能力有限，连排用有点不够给力。
) [4 L8 x; b1 m/ ?3 V7 e, u/ a$ r% e" v$ Q; |4 H0 r; u
# |. y* t% Q4 o( C& R0 r7 \' S
彩虹817是非常有潜力的微型无人机，但在本质上就做不大，班用很好，连排级有点嫌小了# z0 u; A( Z! F5 Z% [5 a
" b8 Z, y4 M. j- a' ^eVTOL是多旋翼和固定翼飞机的独特组合，因此动力系统也可以更加灵活。多旋翼部份肯定是电动的，但固定翼状态下的推进可以用普通的内燃机或者涡桨驱动，同时为电池充电，用于短时间的垂直起飞和降落。4 M/ Y$ l. V- B9 Y, b; ^7 C) L8 K% E5 s# p
+ t2 E; P; j' }! o/ n6 teVTOL对于合成旅侦察连这样的“专业单位”很适合。在平飞状态下，速度、航程比直升机或者多旋翼大得多，但可以垂直起飞、着陆，比固定翼无人机更容易运作，机械和维修简单，不需要太多伺候，但对于营以下的分队还是太大、太费事了。
- @; h1 V$ L9 r6 o+ d) f8 k! B/ ^6 {9 `/ {# H
单兵巡飞弹在很多方面符合要求，但只能一次性使用，成本还是高。战争不是只要打赢就行，还需要在对经济和社会负担最小的情况下打赢，这才是真赢。在不影响任务完成的情况下，成本最低的手段才是最好的手段。这也是飞机投炸弹不可能被导弹所取代的原因，无动力或者短程武器的成本大大低于远程武器。单兵到连排级也是一样。巡飞弹很有用，但不是无人机的替代。
; p0 T/ a6 w: z- f: r" k
$ t! ^( A- q: _1 \/ C; P. j. w4 Q即用即扔实际上也是很大的后勤负担，在前方大体确认有敌情、只是需要查明、攻击时使用比较合适。否则机步连沿道路搜索前进，以巡飞弹作为前方侦察、搜索工具的话，一天可能就要消耗十几个、几十个巡飞弹？有的巡飞弹是可回收的，没有自爆就收回来，充电后下次使用。这和可消耗无人机没有两样了。/ ~5 D9 l2 ^4 q
' Z6 I. V& B' \5 d3 s& K: [
9 ^0 X3 N$ J* s0 B“折刀”是典型的单兵巡飞弹7 P d5 T: U6 }( [- M
# {# }' m+ W7 X
: f2 e. X0 \/ W2 o. B
发射后自动打开，就成了一架微型固定翼飞机
: Z' m( k7 J1 Y; ?6 X2 p. M% J
9 U: ?3 Z& }; t+ d巡飞弹一般相当于微型固定翼飞机，可以盘旋，但不能悬停和抵近观察。在特别狭小的街道上和建筑之间不便使用。一掠而过有时不能仔细观察，悬停和抵近观察常常是不能取代的。多旋翼、垂直起飞着陆的无人机还是必要的。9 ~ U' d" `, T7 u4 `
0 t& C r/ S+ V/ V
充电是个问题，但这不是无人机独特的问题。士兵数字化后，夜视仪、单兵数据链、激光测距-照射仪、敌我识别器（Blue Tracker）都需要充电。新一代军车大到步战，小到悍马级，发动机都额外强化，具有更大的发电能力，车上座位都有充电口。这是10年前的军车都不具备的，但也是现在新一代军车必备的。
3 s# M* x2 u' F
7 [) |% }! [7 f2 s. e; W2 o( z徒步步兵比较麻烦一点，但他们的麻烦不只是充电了。背上一大堆巡飞弹一样不现实，还是需要某种随行的战术拖车或者什么东西来解决。
& I6 x3 r$ C# X& W0 ]: k Q |
评分
-
查看全部评分
|
雷达卡
楼主
收藏
分享
淘帖
支持
反对
提升卡
置顶卡
沉默卡
喧嚣卡
变色卡
抢沙发
千斤顶
显身卡
发表于 2022-3-24 11:50:40
