|
|
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。
3 y4 N! l# U. h: U n: S4 q6 O
% d, b: z$ m3 D( [3 R, f5 Y5 P* O
, Z6 c( G0 E, T& N3 x0 j8 FMQ-9“死神”是小型化、无人化的固定翼飞机
# r2 L- h8 `/ S9 ?* a. w6 ~$ N) A9 W
' i, X( l+ f, Y0 a
MQ-8“火力侦察兵”就是小型化、无人化的直升机
' j! D; u v" V6 R" S- C' \# l" q
8 r* C/ b# J1 ^- g! r
, Y0 P! b% ^; y' }0 a$ T! P各种大疆是典型的多旋翼无人机，在有人飞机里没有对应
0 z4 J% _& {) S6 M+ W8 A7 d6 Q; b: J. y: ^) z k$ F4 F
: l# d( u* d' x, d
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
% k" j5 [6 m/ R$ f0 l( R4 M" Z3 }' S
! {, O0 t0 K8 f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 s' l% n4 |& b P+ ~: S7 V, E2 z
7 i2 [7 _* M5 d! F- 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。: A8 P8 m1 C9 u
6 D1 V% W9 K9 @) T. x8 L1 m4 W1 R
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。- p q* B. H1 z' }
( u5 s2 S0 `& e* A: t: _
$ ]) s# z/ j! I这是桨叶系统的简化示意图8 T& \9 F% F) i. z. @* }, L8 ]2 d9 O8 B
' J& ]9 S8 ? B$ A- R; g3 n
$ Y7 G& O n* e( q y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
6 U; ~& K2 e* Z( @3 A
n7 Z8 {( a/ g% l
9 y9 A! i6 x9 Z( P( H* s相比之下，大疆这样的多旋翼就简单得“不讲武德”了' G- N% ~; S0 {9 Q+ l8 ?9 q1 J
* a) h- @, f6 I1 p! k* l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。
9 L1 k( T5 k; a" C. ~4 ~, d6 X4 A* ]$ N
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。
: D( r9 x% F3 a" p6 l& d n! u$ s5 \) v h
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。
+ [1 [& v8 e0 C6 H2 Z4 _5 s$ f
0 g( Q7 ^+ h' i2 r5 r' ]/ Q* E/ y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。# a" s4 ?0 W4 b9 }- u
H+ r' P& ?2 m, q S, ?* T
& l, H6 n" \0 [8 _# L9 s& N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
- [) b3 v. R0 e! q1 F* K 1 s9 S8 j1 R* _+ f' B
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。/ q% W- Q$ C8 s1 Z. ?# Y: P0 b
" q0 v( ^& A5 H9 y" j) _
% j2 Y2 e. O; `. t( L: Q
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# O+ ^3 e: H |8 y
6 v( R' e) v3 @: g v$ X6 R
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。
$ d" N% T5 g, [7 R8 \' u' U
3 o# t3 E7 M# C$ r$ J. ~4 W
, N' \5 ^2 ^& j1 J8 |3 F& C
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 I# c& J. u# J" ^8 s/ ], M/ b
/ T) N. h Z% p* t; OMV-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。
9 @6 ?* d6 T7 ]$ Q. T. C 2 m5 G9 H+ U: X5 q3 E
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。: ]+ x: z# M2 C7 P$ r6 L2 U
" @3 L+ t9 X# x, K
在讨论无人机问题的时候，必须牢记成本和体系。
, J$ z* z/ x, S8 A0 U0 P, ~
# N& e- t7 E" @$ r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。
8 V' G b/ _6 |
& y& U4 m( Y4 L. A; _3 M5 N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。8 w/ Y! d+ T* T7 ~6 ~+ D& m! g7 [
V+ c6 ~1 u1 L+ N
$ I4 ?; S* G+ C& E* ~
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& Y! z! j# d; T1 d; {
3 K2 w9 T' O& T) _1 \- E* v- C
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。5 X. k$ n# t, u; p9 W* S+ M
) Y6 c8 S/ y) ^) r2 z! F/ T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。: J' F' f3 S3 S" S, [2 r
+ ^& z/ ~' G1 ]2 \! L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 ?" ^% `2 o% ]9 P- o
s1 E9 {7 F5 ]% W/ D' I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。
- l- e7 t: P) a" c6 @8 [
3 m$ E- J2 c2 { m& H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 N) c8 W$ u( O( g
5 W$ Y# _+ u `' V S6 {
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。
/ d) C) j5 M A r* y
4 ~5 E, P2 K0 \9 B( D& b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。& L, q J: Q; x1 r5 M0 U% J
4 n5 z0 @0 d2 @7 E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。, A6 E5 {% l7 r: f$ I6 @8 H% n
5 V H; {, @- E/ v- S: D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。
# {! O9 }( t G; D8 S" [% V+ m) w$ W" A( D$ o9 c1 x
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。
5 V( |8 D [" D. p5 ?
* U- y# c2 T( K: {& U) r
2 S2 z& k' } I# ?& ^/ l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$ u$ B. J+ D7 w- E6 H! D4 c- `
" }$ N9 R8 o4 q# \, @ Y3 \5 f& q" w% ^
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。
" K. I2 d+ C) j2 B7 M. ^( b o6 C i y* E7 c7 f
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。3 M% [9 r% H! j' X0 `* z; C% T
- [. `2 U9 @, I& ]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。$ M2 D9 q4 h6 W; W$ f
1 s. P9 {7 S8 V5 c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。
. A7 G M8 F' A- w
! j6 t8 @. X9 c, C% z$ r% b
# k2 s6 h+ Q/ R% C
“折刀”是典型的单兵巡飞弹; U& z6 v8 s8 f& r, [# x
: B; A5 Y8 W S, B
; C" @/ ]0 `% C& ^发射后自动打开，就成了一架微型固定翼飞机
: V U5 P7 ?3 X P( o9 w* w/ ]2 U; y% |7 F/ [; a
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。4 X- ^7 e- D9 d! g% G
8 C/ P+ D' a! O6 b h% U* l3 x2 d4 R0 O
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。
( e5 D5 K/ Q- {- S1 [4 w5 j8 W- x) f) [' G
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。8 B n+ f' K y- L: {! Y! S8 H
|
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
