|
|
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。! K' e( J! a4 ?/ @- J
$ N5 E; f- i5 s4 H* f" z5 B! v3 |0 Q
6 r& y9 X; w' X+ E3 |; S
MQ-9“死神”是小型化、无人化的固定翼飞机' {" U9 ?% h8 P& d! @7 M- m* ?4 ?
- [+ b, J# a3 o% N- n3 F
! P) o7 \# k* O/ {' d* p
MQ-8“火力侦察兵”就是小型化、无人化的直升机
# G: Z6 s" J2 U" b
8 y( J- D" C9 ~9 K! R* t- k
- E$ @, F+ T) ]6 |9 o
各种大疆是典型的多旋翼无人机，在有人飞机里没有对应$ ^+ z5 u; G% Z; S
4 M" [2 T8 [* ^# H
# O E% W! m( ?5 ?' b0 SElroy 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
8 T. f. x9 j9 w5 h: l F y4 F3 {+ r. ]& u C- W) o0 \2 j
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。) R# v3 B6 s/ d( S8 T) ^. U- F
% T7 N0 m( ]/ H1 ^
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。8 o0 [) i: }9 v6 m* a
5 w; Z4 T) a ]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。
- R! u) A% p9 B" c# U& M; g8 Q
& v7 x9 l$ d1 r" u/ E( b
6 m9 M4 ^8 V8 ?3 T这是桨叶系统的简化示意图: b3 _' G/ N! p5 h5 B$ S
5 P3 q) a) J# z. n
% E( t# ~7 J( R4 o9 g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 J- G2 g1 F8 w. p' w- c
1 \1 o- J) _. Z0 Y$ T" S
F' H& q. @- Y$ k相比之下，大疆这样的多旋翼就简单得“不讲武德”了+ `" y- L- _2 l" q$ o4 F
_* _7 e5 m, N5 s) [. q
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。
" }* g6 E0 z& }( P$ ?+ j, @; F/ F1 ?' T& `$ I# 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。2 \" B; e3 v5 G& L' l+ j
$ d6 F( w/ @7 s3 _9 Z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。% U4 j5 \* O, E" k
6 a; E' E3 k% B4 t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。; J2 C' ]; _ W9 {( @
( }4 c4 Z R' O' _3 U$ ?7 a
' o: u% W& B) n, M
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; y" H! w( z- S3 {
5 n) o- d. Q4 w# `% e
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。
0 k4 o, m+ U {; k% i/ B) q" j4 R; x( {" X
5 S) x' p( a( f6 A- p+ c! M$ f5 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
6 G2 P1 |# u: w1 p2 _: L* A( } # M6 |: x8 x* i
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。
* e2 T& l0 t: z- |3 g7 {& u. Z8 R% N. \. r5 h1 L) ~
+ C) n p1 l. dCH-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 N. _( C" [# Z: M- D6 R
& G, G2 V8 B5 R- }' L1 j. Z
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。
( V' ] v, t6 A5 M) l 9 O' x0 e+ Y" g
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。
# g+ R- M2 o, e% D$ p1 [% Y! \8 P9 V5 E% I) R
在讨论无人机问题的时候，必须牢记成本和体系。
) G0 S8 f+ j6 ]/ z. l w+ V ^ n1 Q$ r( T: m" ~0 }% K) ?1 x
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。
0 h, }0 S# l! q$ z0 ~5 D4 V ! b8 }& }7 w1 S
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 ]- V) ]+ J) T' ]! j8 E! Q
- M0 H9 }3 f% H8 ^# l: i) G% \$ R' i. Y
+ X, {: W$ a! G5 x5 ?
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
% y8 o7 b2 X* C: k# k( Y 2 q q! T Y1 K3 t3 o; K
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。" z8 w! [8 O5 q: N) N% Y( W6 e, ?
% e% m) \' N9 Y! _. U# h
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。+ s3 H7 Q N, g; W9 b- k& F7 T
9 N9 {$ n$ I) _. r/ @" 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。' x4 }3 v5 _! b$ ]: F
( ]) W7 b6 T3 q9 }* R( 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。2 g; _, { N1 F( i4 e
, X& e+ D0 ?" U6 q) w& Q
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。1 H. U1 g" r7 q) D- U0 w
. D# W5 t- t9 u+ 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。
; a4 q- T( Q; |. q0 `' F0 {8 a7 T# T/ o. d$ S5 I4 f8 t
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。
4 A3 A8 H4 ~# W, g+ _ {$ c 6 p: z0 z( M0 l: A* c8 B( m2 ~# Q) k
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。
0 o j2 ]' t3 n% D7 D2 |5 h' |6 T) X3 y( l: a3 F, z+ l
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。
6 ~8 p9 m$ Y% l" j9 [9 W2 K$ W- w, L2 \+ z
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。
! Y5 D- d. \4 a1 g0 Z+ H" O: Q
" j" ]% s" W$ v1 |3 Y+ |
% ?. Z3 w) ]! W5 C# X
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
" k& \* ~9 l9 J
3 I2 ?! x2 q/ b; P( H5 N; J2 [+ 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。* c: F V; r9 h
# x7 z! T, a8 J+ w& R: [1 q
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 f# c, T, Z6 L7 j: {& Z# d: j' b }" E ~
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。
3 E& a: d" o: `. N' \
0 W9 W4 @) J+ k" u! y: p1 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。& B' t y3 G7 V. ?2 c3 {
+ ? x1 u+ y4 }; Q# U& x
. l5 q0 B) t. J: H3 f
“折刀”是典型的单兵巡飞弹- A8 N& ?& C4 j6 a
& _& `9 M2 F/ T
/ X) U) d( J7 P0 i
发射后自动打开，就成了一架微型固定翼飞机
2 v$ R7 [+ D8 f; b/ t/ I6 {/ n: _1 i# m% K6 s
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 @* Y9 Z+ q+ B7 y
( ^& H3 b P6 W4 N+ P. M% L7 M
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。* H0 z! v( v8 _8 ~& R+ p
5 r) {" u5 q3 N( | 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。
, A5 B* L& Z6 K |
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
