|
|
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" E1 x& Q9 T/ w. ~ u- ]" x. }+ D4 W1 {) }/ f3 P7 R- P
! h5 N5 F9 ~; ^( E5 ^MQ-9“死神”是小型化、无人化的固定翼飞机
' B& n/ n; X7 ?; C
( b# G) r6 w9 T6 {2 p. z2 H% d( `, @) l
S. ~7 \. [; T# g. D) AMQ-8“火力侦察兵”就是小型化、无人化的直升机0 Q/ b$ e3 x; x6 g+ e
4 _# B. `4 u4 z8 e
: ?, D& ?" v; W0 s2 a3 H' q! T各种大疆是典型的多旋翼无人机，在有人飞机里没有对应
9 b- ]. ?; ?* A6 S8 ]
# P# \5 n. l, M" O! a
: i7 M* v6 S% A/ d2 {$ F2 ?
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" [0 T& H5 H5 c. x9 [2 {3 m
$ h1 \4 ]: N% R5 d; s& g
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。% Y- j- M; H) n
( A9 k' T: x1 {8 t
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。
+ E$ h1 ^3 S- _- b: Z r
) K' Z' n W, l% L: k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。( ^3 s; d. p+ X3 ^" H. Q' g" \8 x7 t
" v3 D( B9 t# G4 t, J% S
7 l$ s# n- L" ^" X( `! h; S. z这是桨叶系统的简化示意图
- v- K1 g2 Q8 W6 E/ K
& l. ~ }/ g6 } V) w- y
3 W" R3 i. X$ b6 o3 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: }0 [. Z) c: x
7 t! }5 z( N: F, V
! o6 u% K0 Y/ b1 `
相比之下，大疆这样的多旋翼就简单得“不讲武德”了) u. a" S( S# b, b0 t" y% H
9 U2 U& j/ }+ ^3 E& g* O5 D/ N% K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。4 P! h, Z" n: {* Y5 a
/ ~. {4 `, L v: N0 E! F5 u' u% I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 }5 {8 w$ `8 I( L
4 K) B: d) [" y/ ]8 ]/ u2 \! d, Q1 c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。4 C& o4 n- V, q0 q
4 u8 d# `9 e$ I( F0 E
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。
" y) O5 u/ }- H# ]# I! s) e! R- m% v7 W2 b+ J
% O7 J! x% `0 ]: g/ Z4 Q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
9 P. ]2 q8 E$ J N9 Q$ L , s3 N0 ]4 ~) } 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。
2 ]9 H- M8 ?' t! p7 }) `5 z; m; B7 F4 }( ?4 g7 \7 [
+ W' c/ i$ u6 c$ d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( f- d+ P0 D1 E
% i2 F2 @+ s; s7 q7 X. 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。
# r1 d( [; S% R0 n, H3 p1 ?2 I
0 y! ]5 v( l1 r* q
: t/ T; a# g$ A5 o% m! t3 Q
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 Q1 W O9 w# v, C6 ] r) M* S
) z, x1 P* F! _/ d6 bMV-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& R4 ?7 a& G6 ^/ d% U$ U% T 4 I" l2 T9 m1 [, A0 X, u& F
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。! j9 l8 k; ?8 j- q5 S
q' y$ D/ L4 S2 x- X
在讨论无人机问题的时候，必须牢记成本和体系。+ w( ^& \+ @; n: \7 ]
% f7 y; u- t5 M Z7 _* D% q7 D
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。; M! \* [0 B9 g$ W* w! y
; O, D; s0 ?7 Y' |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。
9 m5 ~# p( P& X2 `% Z' w: K! z6 V' q- E4 e. i, R
7 {8 S8 ?9 K8 A9 Q0 r5 G& e, x( C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% N: {" r; C# ^) F9 g2 p: i
0 R5 T9 \) p4 I0 [2 y6 N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 d6 B0 F8 T# y! x c+ s" i( i+ |
5 N" J/ I+ H: A: b4 v
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。* q6 }; r9 z; |) Q9 f {
8 C- u1 m7 K5 Y3 \6 Y; y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。
& n9 W. v! a' W% D7 Z. x
$ ?6 G% N: Q+ _" E' 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。
0 V1 j' H! |5 G- N
5 D- q, A' S* ]" A9 ?: g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。, `. h# N! N3 | c* E/ x
2 a& `1 K' f& {; 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。
: u, Y. q! A+ ?$ k- u* @; e8 v6 c( U* t: t1 x1 ]9 {- X9 y6 R$ U' 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。' b2 F6 k. y% A
9 L, l1 a" X6 \" ?1 P* q# f$ 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。3 A8 z/ V# A, N- I* K5 J
& q# r. a5 B6 _3 L0 i$ s
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。
% D1 ~/ u4 B8 w8 R% v3 R( x8 Y3 r6 P7 A
9 o6 H$ w7 g4 g7 M9 t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。7 ^! o4 S, t) W) h+ c, T0 ?
5 j! u3 n. \3 m! N
# z5 L; l8 R" R2 k+ J' q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 X3 d8 W3 B& ^9 F; v* \' Z, q) e8 D0 r) m, u$ d0 }
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。+ T# x: r; D s
% h9 |4 v4 W5 W) x* Z" S
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。
8 v& g$ l A) R8 m; y
, `! M" _7 N; [- G; v" J4 D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 b- C9 \, s: m7 w
* i, \$ Q; c9 E4 T1 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。! U% }1 m0 a6 i4 h" c7 }. O
" }, g/ n' g @+ i
J, f- U) F( u( d
“折刀”是典型的单兵巡飞弹3 W) i: h, ?2 \1 R. x( M; N$ h5 j
+ K5 [! j, e' e
9 ~5 O0 X5 P% W* y4 c# h$ r
发射后自动打开，就成了一架微型固定翼飞机
, W( z$ \- z/ m6 J* Q7 Q- a# ?0 o4 Q) h. ]2 f: m5 P" C' V
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。
- @; J8 `! j% q1 ] C$ q
! ]. M& c0 B1 T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。
% M" C- p) @ ?1 Q2 ?! d9 _" ]. w3 P& Y. u% n f* o
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。" h* u6 K6 k) z
|
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
