|
|
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。# r: ^5 z) o; D
7 ?* a e- ~ P$ ~. V6 b7 [
. E& I$ s3 H0 u* H1 rMQ-9“死神”是小型化、无人化的固定翼飞机' U$ d1 T. G V( S; S# A
8 }; s( h6 \1 B1 s
; ?" Z8 O6 l& ?. JMQ-8“火力侦察兵”就是小型化、无人化的直升机/ Q3 P9 |) o+ t. w" A1 G
+ k" y( d3 Y: q. B6 I0 O/ [
+ A. R: x, e& 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1 j/ Y7 I$ _6 v5 Z( m% Y: |
( r$ ~, g$ P7 L+ _
& ]# o8 c/ x1 ^+ @# E6 p% b& `3 `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
7 p' a7 F- i( u' ~' }( B0 S% `. B: h# A M, _9 v5 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。
. E" h" `. K( ^) K1 g1 x) R8 Y- | G2 T5 @$ J* ~
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。
0 N) B5 w7 b* u) i, Y7 f) r
1 a$ Q8 q: I# Q3 r7 J$ r5 s) x7 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。
4 J4 Y2 T8 E! Y0 |1 ~9 ?" B3 h1 R/ v# h
/ L. b% @) {9 C( |: h这是桨叶系统的简化示意图- g m0 @2 a- m7 z7 U q1 q; ~
2 O* U. B) _. I6 |
6 y& R* l# k& a2 w: h' V
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7 m/ E/ P2 x7 Q4 a. y% C
" M; M# K4 v$ ^* E
$ u, ^# k7 \( t4 e4 Y/ g* ]: |相比之下，大疆这样的多旋翼就简单得“不讲武德”了. d! i) \6 d$ I
4 J0 Z. ]+ q( ]% A+ y6 a
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。
. O+ V N& f& o
9 G$ X( t# E" D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。4 d0 v6 c$ r. W; d6 a
" j6 A, a! Y7 U2 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。0 S+ q( T; y- h4 E+ S. d
5 ^! C9 g9 E% v6 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。; X9 O& A/ [4 e6 S# l! c
4 E$ E5 s/ b6 Z
" Y3 u6 {' N3 z1 Y: x6 O8 Y
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
+ W+ K# g% {/ @; z; a8 E7 M
" Y( o; n; T, W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。
8 y2 [+ H3 ^" r( w, e9 n4 s2 a# L. v( R8 ?9 c' M
0 a* [7 c' G1 V, u2 U- Z8 W# U8 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
! N8 z1 B4 W9 V8 z+ }
- {: W: ^: `+ a& s4 z. xCH-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。
! o# X& ^3 c' h
5 ~) v6 J6 {7 ?" J
! |# K' E7 m7 L/ U
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' _! G+ x |( A; Q/ X
( j b, `1 m; @; r( W' `
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 \' w* X0 O/ ~1 T! }+ L
% b2 U: J ^. x& A' R- ~
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 x1 Q" i5 M8 |4 @4 s. m( b: u* E" `9 i
在讨论无人机问题的时候，必须牢记成本和体系。9 A1 T6 L& D/ s! Q5 {- `3 M
. w( M/ T) N6 J8 M4 N! C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。! r" J! M% c5 }- R$ ]7 a9 L9 C
! x; h7 Z; m/ e# A- A$ C6 q, p8 V3 i! P
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。6 `# Z, v1 J* k
$ E4 w8 w' K) l. b* `! T0 N5 h7 a
5 v% ~: i3 w* f4 j) J" z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
j6 O. J$ q) i( J
0 L6 O+ L7 ~8 v) x, i" }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。
. d7 c8 ?% V6 e& _5 b! y5 f1 i : g0 M3 y, b* N% t6 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。3 ~) A9 v5 l. ^( q6 W) \
; P/ g( L: Y- }/ C! n
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。
; y; d4 b8 D5 a4 _
8 F# m( v4 W' F* S1 f6 W6 Z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。1 C# F" R6 m4 T( s
A9 S1 ~% z5 ?. {+ W
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。6 Y5 g1 X% W9 |. {' @ s5 Z
+ B7 p, K' s' r2 V+ B8 q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。
" \! v5 R& H5 u _6 k d4 B9 P8 N5 H9 o
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。
% W; V5 j' S$ K: u. s) @9 Y8 n8 J; u
; M8 R0 x& G) y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。
5 b4 G6 `& J0 @5 z0 m" x' |$ @/ _- c0 X
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。; T- ~( M1 u3 A% c1 ^3 C" {2 w7 Z
9 u5 I$ u+ p. s# V
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。
& v% }& ?. T# R. j! Z0 W# k; d4 l, |
0 X5 G; f/ ^, D0 S- j$ s 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
. }0 d6 s( a; u6 c1 _+ X' C% d* v, y1 _9 M
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。/ Q) L- M% w+ {" s
- H5 P8 `1 c; A R) M$ t+ V) C: u
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 U* ]% u4 N! @
9 f& E$ w' ]% M$ A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。
z- ^# L. j' G9 b- U; O$ U6 w8 L+ z- `" s2 r3 D: s8 k) G
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。% a$ j. B! p- K" n
, O& N5 o7 }* @% R J$ q0 b
: k: f( x3 a" @$ }) h“折刀”是典型的单兵巡飞弹, M9 `7 E5 \% M5 `+ T
X, n; I( x {; [+ E
$ X$ M7 |) T1 y. Y发射后自动打开，就成了一架微型固定翼飞机+ z, G& q: [& |- ^
. k* n; g, m! U# b1 M4 L
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。
: y! [1 U9 c6 n4 V h! [
. o+ ]- E/ M. e4 \* Q9 K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。( B$ `3 T5 r& i& a C: ?( j
- e6 ?3 w5 t9 x K- L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。, G* p3 l6 o \, |
|
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
