|
|
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。
+ j3 [: s' d* e5 p$ Z6 O- s: F, w) ~& ~1 ]5 D9 W$ M9 W( r7 [
; T: Y: O8 V) V9 }8 e
MQ-9“死神”是小型化、无人化的固定翼飞机
- |% [) K; ?( {1 [
+ }) \+ l& s& K; \6 [* o5 Q
' q. h/ h2 m" |$ k2 KMQ-8“火力侦察兵”就是小型化、无人化的直升机
+ y: b, e* @! Z/ m' n
+ o# T0 W9 q8 y2 O( y
H/ s6 Q/ e; t7 W5 H/ x3 p5 X各种大疆是典型的多旋翼无人机，在有人飞机里没有对应
( O. N7 ^) T( y+ q0 @
; L+ j' r" G4 G" l! `$ i
2 }" s8 [" y: l9 N7 h$ l( A, `6 ~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
3 C/ Q% k% M# W& Q. ~
) }9 ?, i$ x' W) M8 `5 |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。' U$ R k- i3 {8 T
3 `; P+ ~1 z3 N$ j& t6 {+ r
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。2 t: h# h8 e/ s" S1 f4 u
5 D- X% V0 m( f6 |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。7 f' f- p; @8 @, y: f* D
6 E: e% L: U' W2 C/ {
& m$ @ d1 h* G8 h7 B2 V' @: R; ~这是桨叶系统的简化示意图* k% F, q( D- i3 h- U+ M
: i8 i7 U' C5 x d3 W3 j
1 n2 Z; \0 ~9 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
) G* R: h! ^3 b2 Y+ R" J& W* ~8 _+ f! V4 b7 e3 |
( }$ P) N9 d2 f6 n& ]4 j4 z8 h
相比之下，大疆这样的多旋翼就简单得“不讲武德”了9 Q8 _& U J$ N2 r6 |
! E8 | P4 K2 T' e4 P
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。
- R! o( L/ n1 g: c2 y; X9 Z* Q# J5 h( a7 u, n2 d0 z- ?9 W9 [* \) N, f
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。
5 ^, S1 H+ [2 Y9 d2 [. s
2 `; G2 Y# O B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。
2 O' y' {# ?* [6 E2 M& j
1 m, h# n0 ? X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。, j3 q5 P/ w9 I7 s+ ~" C
" F& u7 l4 O# B$ o* U/ K/ E9 t& p$ ]
- _7 Q! c; G5 p, [% D1 ^4 x
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
, t6 ~! R+ p" y. ]5 j8 Q" K, P 6 ?; o- Y" j6 q! h$ t
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。' @4 Y- O8 M! Q9 H, u' _
& _" J9 W8 C; U+ |1 h
1 v# K8 x( G' q3 r0 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
7 R6 b+ a- D8 J+ r% k
" g; a$ x7 n$ H% H# rCH-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。3 H: N; m& { z/ O
" i" |' T8 J: ]
5 v7 C1 y7 F4 M
CH-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
1 }) m6 U$ N& k' B$ m& g
7 T& n: c8 U1 S; A) k* W5 yMV-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。3 c# m \- l, G( J* F) [. X
- R' [ V, n. d+ j# i+ \, p0 t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。
8 ~5 R+ j# G1 @8 V. B$ G k$ \5 z% l; i6 e. Y; L& J6 c( N
在讨论无人机问题的时候，必须牢记成本和体系。
3 j: f0 _( Q# Z* _: o5 n2 X7 }: P8 A. d; I, E9 }
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。
( i: @9 H( X, K8 ]3 { : Q, l5 k1 \9 o5 s7 H4 H
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。
# I: x9 V7 R; ~/ v0 a
l& V2 j! w0 ^0 R& ^
( `8 y* `4 p4 L/ 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
4 c) V$ W9 i0 {$ ?3 i. J- w( t& |
* u1 G0 e2 `& b1 ?1 o4 H( 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。
( X# H1 ], u- m. h# z - @0 S1 ^+ l7 G# K) o
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。3 Z; K- u! o: _
3 M# K7 `3 F. \3 T k
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。0 C- h# M7 z7 I, f' ]# S! ]$ S
- Q% D$ X' i: T9 S
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。
' b, s$ O3 @( ^" g% ^
) S) R- q) T; o4 ^5 s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/ D, ?" H2 \; l1 h+ B2 c% J/ f$ d- K
4 K1 a2 v; N8 e7 Y" y& | ?. ]1 a1 A
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。
# S" n, Q% W4 e/ r% a) \
1 A) |) R& j; ?8 r2 M* W5 W( L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。
; X* p8 E# V o# E $ w# p3 N/ } u
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。
# ]: n2 s( U. F# r; E& K! I6 g, q
! r" a5 n6 R9 t: m% Y8 a9 |& D7 v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。
2 ?2 K* }9 c+ z K5 L4 Y t8 ?. o: B4 F; C* V) G+ S$ m- H' b
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。
0 L+ V5 n1 u% v; g# c" f4 P/ W
# x' D: r; z" c1 `' a
9 ]1 W% A3 g! Y2 S. G* h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
0 u) r$ [5 a( p. [6 l1 t! m9 X: m$ _7 Y/ a) k0 g6 ]- b
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。
8 S- w7 l! E4 |* X( r" }; d+ {' N
( g% Y6 [/ }3 xeVTOL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。/ ^8 [7 p$ V/ H* p0 Q' n
: P8 |0 U) R( m9 Q2 f3 X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。% f1 t% s. D. h. a+ y1 v
B1 S/ D/ p) q! Q2 a; q$ y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。
2 T9 x6 e2 o; [; c/ o9 }: [" s5 v% H) S1 @* J6 A8 b! Z( ?
! Y' U; t9 e( }* V, i
“折刀”是典型的单兵巡飞弹
; {3 B0 }9 m. m" }
& T, m2 B( `+ {0 a5 I. w: P
( a1 w4 n% g6 q发射后自动打开，就成了一架微型固定翼飞机
* ?/ V* z; r0 K$ t+ A
3 G5 O7 r K7 U# t U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。
/ \) S; W2 y/ A7 X$ b- Y" C9 G3 B- v/ v+ ^+ u
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。% l/ S! a+ d W$ J" v' e
, z. A) ^6 ?3 Q/ u8 b; g4 Q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。
5 |6 l* t6 G: E, o4 X0 @, Z5 J- P6 Y |
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
