|
|
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。
7 u- E; F8 Y1 |9 }, \, E: H. F [
, Q5 m1 B3 B. m& _# @
! o, d9 K' ~. @MQ-9“死神”是小型化、无人化的固定翼飞机) |2 s* O8 N- G# _/ Y/ m% L2 C
( N/ O6 A$ E& ]8 B# H
7 o9 p) W6 E+ K7 ]( \
MQ-8“火力侦察兵”就是小型化、无人化的直升机
2 A) d: l$ n7 F: H' ^" c) B$ L0 a2 F3 V+ _8 b2 g) S
4 z8 E2 v/ U, }: |5 I
各种大疆是典型的多旋翼无人机，在有人飞机里没有对应) v( b( F+ h8 C0 Q8 @
3 x. E: y! }0 W0 I( V
6 @+ t9 z. v4 u# U4 IElroy 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
+ \5 F$ L5 H7 A E( P/ V6 x0 I8 Q- _8 F( ?% `4 y
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 a7 U1 S8 s5 J1 } L- I
) o! S0 i7 ^0 Z
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。# {- m: G) |. i4 t* Y) W5 Q9 d
3 k/ U6 C: s, }0 V1 V0 e3 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。8 z- z7 M1 x. Y* i0 T% X/ E, m
" h- F: a$ A! j# ^* E
@1 N# y( c# F2 c" ]( s5 q
这是桨叶系统的简化示意图
- I4 H% f4 b7 S6 f9 r5 E, _7 W- d8 S& P( |0 @% t8 b9 p
8 R1 [! v5 c2 _2 w) Q! x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
# i% q* |2 m4 O8 } I8 N/ B7 o3 K( v& Q- L: s0 |0 w! ~% S
3 Y9 q1 y7 P, D# M' _1 w相比之下，大疆这样的多旋翼就简单得“不讲武德”了; {& X) F4 O- g9 w, U$ p
" d% b3 G5 z: o8 T- h3 t" n- E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 T2 s; a( x) D$ W3 u, H
6 A4 V' [& ~$ t4 H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 q. O3 M0 `& s# ]; P
+ Y1 e! d1 q4 J% S) E8 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。& ?+ p5 C: k5 G9 C
9 a1 h5 e# C3 v2 N- ^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。
6 {6 D& {3 H2 m, x) Q f% H; V* E! e$ v" A5 r
" Y0 |$ ~0 b1 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
" I2 u1 l2 K. D1 ]' \
7 ^" S2 e' |! D p2 i: ^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。
- Q1 J0 h2 h+ O% M2 N) R+ Q x F! B6 G
+ S( x/ P- N; @4 i. P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
~/ c( Q, K( l
' R% e T1 Q% q+ ?7 ?) g& X oCH-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。5 d6 i; n0 u/ D# f7 o0 F
) W" ^$ H; G+ Z# M0 f
5 `! ]) Y# `( Q3 LCH-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, K( o, \- Y2 B0 d
' c1 W' |; T& d0 G+ v
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。, x# N: E* W& I2 G* r+ b
7 ]( T! m( q# k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。% R5 {, A9 t4 y& ]1 \. t+ g4 ^) Y
. Z2 ^8 y4 ?/ {/ M5 a0 M
在讨论无人机问题的时候，必须牢记成本和体系。) ~* B9 k0 \8 Y5 n" H
( B: I. ]% b+ a" ^: t# ^; y
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。1 o: X. A/ [* s. `$ F1 }( Z
{3 g1 N9 [: a' R2 ~2 r) W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。
# T) [' n& d( k& ] a# t' |$ g
; B( b; G, |, k6 r9 ^/ U( R/ N
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
* a# S" J) I2 Z9 g+ R/ B* h g 9 h$ ^& k; W+ S* V
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。
) o7 t+ y% ?0 p5 U
m. }0 y. F" C) V! i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。
: U d1 ]! f) ? ( p6 v r9 e; 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。& n! c m9 Y% n; m$ X6 R
" f+ B( f+ _6 b! ~2 R' S8 D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。
; C* r8 T& Z, T
; v+ N m+ q2 b8 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。
( l( S0 V* k6 G7 |# Y, L& s# W/ M
. q9 s5 Z3 P6 v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。
3 ]- e6 ?3 |/ X4 Z* I2 E$ `
, j3 x2 S/ M n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。
8 Z- Q9 J) ~. Z* ?: p 1 P: G8 y' c0 e( H
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。8 s4 n. b6 L6 [- J% ~! b% J$ s
4 f: X; w- h& @5 A/ o' U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。
+ I: a8 Q5 s: y# {9 F& F/ {
1 \4 O9 b+ a7 L$ |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。: T; V) P( E9 o$ L$ h0 I
6 B3 g0 O8 J1 K
5 H. n7 T( s5 }0 ~- d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
4 m0 F" F4 m3 c
+ z& o! m# c7 x$ reVTOL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。) A) A% W4 R+ w; @
, {0 Y& X* Q; w
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。
" ~( b8 k0 `. l5 f0 W! d0 d( T* a& h% c, q
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。
" s0 U% J7 F9 O% E/ H. m. q" e; ]7 Q b7 g9 h% T- Q
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。
" H% i2 n$ ~- Q7 p
% h/ I* z* o. I. I7 N
9 Q& D( L1 i+ y) B+ H$ X“折刀”是典型的单兵巡飞弹6 j( i4 V2 E T6 g5 z: C( Q0 {
1 F1 Q; x) \6 W( h. z
, a% u6 L3 n2 {/ \
发射后自动打开，就成了一架微型固定翼飞机# g* C. e+ ~/ ^3 o: w! _
# u% s( a1 q: y: X* ?* C8 y5 x$ ~* C
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。# H5 N' P/ w2 ?. R8 B/ ^! e* o1 l
' |! I- L! \ e- q, d' S' i
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。! M7 B' c7 k8 C. Z
, K6 n, [( o" d! q( F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) O* E7 s) \5 W$ d4 m; D |
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
