|
|
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。. L! `% t+ G9 Z6 D0 ?4 ~
* X1 t' S. c' S- p& w
) C1 Y2 Z% k1 RMQ-9“死神”是小型化、无人化的固定翼飞机
) b7 Q0 M+ F! \, b' M
: s8 y& K- ^! Y. j$ w1 b
& m1 G! S/ L$ U) i/ u* F6 J! t
MQ-8“火力侦察兵”就是小型化、无人化的直升机
7 B5 k" V' @3 c! n U2 B% B H0 x' m) p# @4 a
( X0 v% a9 j( m$ x$ I& L; p4 h2 {各种大疆是典型的多旋翼无人机，在有人飞机里没有对应# {$ G- }/ v$ y) A; d
: d0 N8 z, f# T6 A1 a' _, I
8 Z# {0 j: t! a2 T5 z
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
I. f' F9 P$ k }8 B3 w" A; S3 W
" v' B, D' a7 p) I; \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。
" a6 l- B, A/ r: G d2 ^
6 B O- L4 f+ D- y- R# R( n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。
; D- P9 L. o! X* o U- l: b% A4 l- H0 E8 e. g
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。# U# U/ I- X( d, p. ^& s& y2 s
9 X$ V4 q' w, X5 u
/ J1 _ {5 c7 ^ ?* Z这是桨叶系统的简化示意图( ~8 _* H+ B* n9 D
6 t+ Z/ [0 E! v2 o: v, L ]
1 Q0 j4 F2 C$ Z: v0 y) p9 T+ E8 W
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2 U2 y8 y5 t8 x1 h
7 W! c' I( z0 l' J' [1 ~9 D/ v
) K( r' m5 P: s s2 W5 f x8 d. z
相比之下，大疆这样的多旋翼就简单得“不讲武德”了
6 \ i& Y3 M! E4 e1 D0 G* O& X& k, h
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。
1 m: U k, ^9 @3 y/ B4 N" j
, P9 S8 f& s ?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。
7 r3 L+ ~5 }; ]& D5 E7 p/ M4 N( S9 {( {) u1 ^$ j
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。' ]+ T8 r, L3 x1 t: l
, R8 V. W7 X+ x# F9 w
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。$ ^. B, ^! G; _
! |9 j2 u# a/ Z: l0 j4 ^
4 B; @- m( P* L# K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
8 f$ E3 C( t* g7 t) Y1 m# |, V3 C , K$ r/ ` q" M" E4 f6 Q# t- q
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。
3 G8 r) G& J6 M' ? ? c# P* @( ~$ z$ I
8 u: z4 M( a0 R- T" I8 m* v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% ^3 ~7 z2 D# d* {1 P b
0 K. k" v, T! M" f# q
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。# i5 Y1 F' q* U M4 T7 x: L( }
% T2 D9 N ?% m7 Z4 i% |* m
" u+ p' I$ d% C$ t+ OCH-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) ^- _" A+ U' [8 E
M6 d* F0 Q6 v6 r u9 JMV-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。2 ~+ t4 ]2 g `7 n
[9 C8 H+ q$ \7 S$ C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。
0 K) Q, c+ l* K1 K) `9 }. m7 r* y/ \* i) E0 E; r z
在讨论无人机问题的时候，必须牢记成本和体系。 D9 n* Z8 D( I. `- r+ ^' x
/ ^" \$ ~( W/ Y+ e8 M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。6 K% i/ _+ p4 s7 V5 i. l8 d5 `) R0 d
0 Z: D- z4 Q0 B3 v. S/ b
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。+ K: g' T8 \# f* V- K
7 b. [; @3 R" s( }% Y. c$ w) ^/ E
2 [ ]/ l0 D; }; }! i/ `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
* {' f4 b& J9 S6 w % R K9 ?; e) M* A. F2 _3 F$ a
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。
+ b0 ^+ G) `1 C+ k O9 \% Z
) M% l9 \7 m8 n1 \. t$ \1 R, {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。0 Q* D% S- a9 {% O! O D2 ^0 h8 H
$ t, U% x) R* }8 b
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。
( z4 `9 L2 t4 X$ B' A) q3 q
& O+ @+ K. }0 A8 x% M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。& U8 _% \% b) Z3 h: V: q; g8 a s Y8 ?" `
! H0 o6 x: X* R
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。9 e2 h: t8 q9 h: G' Z9 E
8 t# a' L9 `" h8 [7 L
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。
5 g: E; p- i7 d7 R4 n" Z3 K* C1 C, G
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。
( q7 x) k: n; C3 x6 m/ y* W
1 K2 p/ V) B( g1 R, W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。) @* { d6 q& j) p0 i5 i
( d" Q! f) ^! x9 E) p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。
$ D% p/ W! u8 R9 w6 L' s; |4 w0 _! R/ _2 K$ R
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。1 A0 x4 X' g* y- t3 d7 ]
w0 u% l8 U8 c% B* i
6 l% u: B, X2 M# o. u! b
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
9 E D9 {% R- d5 [
5 P/ |( j% r# k2 a' DeVTOL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。
. z: |6 x. e# o% l. T6 P, P' @& `- c5 l
eVTOL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。
5 ?1 Y$ c5 m% x/ a% J) P$ `' [0 b, ]) Z v% L0 z0 N
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。9 }* B0 v. G+ x+ ?) X i
. @5 P; Y; y7 D3 l0 L; D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。/ L3 }! p! T8 T0 x7 }! Y# ]
9 H' i5 g4 S$ g
! A* \( ?: V! |“折刀”是典型的单兵巡飞弹6 ?" |6 I# |9 i9 s; R
' E' ]: n8 m& d
/ c7 G9 g# H4 L# |发射后自动打开，就成了一架微型固定翼飞机 c8 K' p6 u% \7 O7 T, b4 R4 S. J7 k
4 j2 g" ^+ A5 A+ z; R; j; y
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, p3 D e0 @" V
+ g( x8 r' w; u+ U, y$ y5 D: b7 D
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。
2 y# v! |# u' X+ x- U; l8 I3 U4 a* [' T n0 U4 M& x/ W9 e
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。
+ P+ l) u; I0 ~* F# ] |
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
