|
|
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。
! s( ~% M9 g# g* W% r. C! F
/ r- Y: P( ~" P: D6 x
. a R% n# J; ^8 [& u# j3 n1 E; [
MQ-9“死神”是小型化、无人化的固定翼飞机, m' [$ Q4 U' L5 ^; Y
1 t- B) | E, @+ |8 H
2 }; W( R: u: `# x8 {+ @1 \8 R* pMQ-8“火力侦察兵”就是小型化、无人化的直升机
( f7 i$ _9 q( V: p& y- a
# P. k: H2 i& u
3 W p1 @' I' @. j! t H2 S
各种大疆是典型的多旋翼无人机，在有人飞机里没有对应
: n1 I6 N4 w `" s
2 O* A- R( O5 a8 ], |9 i
; V; B# @/ p c" f9 HElroy 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
" y4 S; O8 t# {/ \7 S: a- R; @0 f5 N4 |# `
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。: q/ } M$ ^( N" D, [! [8 p
1 Y, g9 _" g. l: U
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。
b+ I9 Q5 O/ n! S. j5 [" L4 w+ I
4 u( ?6 `4 G, j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。
^$ D$ D0 E& e) u9 z. n
: b! K# O+ N2 m* F9 E- ]
2 o- ^: i; E1 Y) y
这是桨叶系统的简化示意图
7 K4 N6 E, |0 F- l
8 Z9 X# L/ o$ w* R/ e1 I2 L2 N
3 m1 R$ H. z& K! ^- z9 I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# n! Y, ~8 D0 I$ ~
& J+ N. L! U* l) F" I: N6 @* Z* r6 k
. f. F- k, S: Q* b( L% S相比之下，大疆这样的多旋翼就简单得“不讲武德”了% [& L# {5 V. i$ }( W
& w! X/ T8 c" A( D- |# y
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。$ y! B7 @ w; ~) s, y5 g$ ?
( \2 `4 G8 R! d3 J9 }7 }# d7 c1 \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 n8 F# A% D8 i; P
0 f2 U. a1 ~3 K4 F/ 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。
/ Y6 t0 u2 ~8 m6 Z* M# W' R! b
& b0 T+ o; V- _) w- e; I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。' w! u& F: o0 s0 v& q, V5 |
! d0 I0 [- @) K3 @' q/ t) k
; Y9 X. T; t# ]7 ~- p B
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. M% w7 I" ^' f& x7 z, B
$ s7 w! t1 F% a9 w- x2 O, j1 Z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。
: G6 j- \3 h* k7 p+ n$ [1 h& k! x7 v: y
: ?0 x5 { V% R: n2 ]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
) m4 u7 d0 d3 Z: q
8 A2 _' j% L) ?( D) J B! gCH-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。
) \1 j3 A% q1 N' T: f" B! t* n5 `9 `( X/ t+ _
: D$ L+ \( K; i. D& f% o7 N. jCH-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8 {) W. W5 l' p' n+ @
' E# L j/ w5 Z7 }% y" m* YMV-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。4 g7 G7 \% I b" ^8 |; ~3 w
, p; T; L" d7 V2 [7 e6 l2 ~, u
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。
7 A& y. H- Z/ o) g! r: o1 v" D6 o/ o, B
在讨论无人机问题的时候，必须牢记成本和体系。8 F! Z7 [( K; L
2 J6 L( i* M& b3 j0 D" 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。
# x( w9 Q# s0 @8 q # [0 d) a& R- v
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。' Q0 [2 Q q8 @
- p. P7 \, y. v7 @
) v' D: n- Z) o5 b8 S& m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4 u( w1 c$ m1 I8 y, a
! D n& v5 f: [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。
& O1 s( M! [8 Z" s! w
$ W# p& q8 }0 u% x# l: P6 v' 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。' [$ b7 L h; E0 J% ^: M4 l
( a) g& f$ f+ D2 C
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。
# |, h; @) ~" s7 a. F& s: {) D
/ w/ F8 I1 O( g7 R2 V$ {6 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。# P2 x+ v" [1 l! j
: o/ F7 B% f: m
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 R# B# W( g ]; D2 o) S
9 Y7 L) S5 o) m6 S& u' h/ s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。& S: M. T1 t8 b# r0 n) ~
8 P" ]+ C0 R' P2 _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。
. D. U$ Q* b. o' ~* N0 p5 q. ^ ! S. w0 E5 C, d
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。, Q* i, n" E" k: n/ v) r
9 d1 M: E! L! l( }1 O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。
, o# N1 l5 Z" S2 u. S/ u% V) d# Q4 L% o+ M0 R5 H
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。% j1 E+ l$ f2 j9 p, p0 Z
) |- h# |9 N3 V* `
8 T( |8 o1 r' n2 b& k
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/ a, G, j3 [% u. `
2 [! f# E- D# \4 W0 h5 IeVTOL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/ x% e+ J9 g7 S
2 ?' e7 k# O! `& beVTOL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。
1 l% n7 s1 z' r; Z2 {' E. G/ [6 j
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。 J" E: U7 Z6 X& H
4 n9 ?2 H# m4 W9 g8 T. e$ `: Y
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。
8 ~, g5 i9 p0 ^( J$ T) G; a5 O9 Y2 R) u3 J& N
" M0 x9 g! ]/ L
“折刀”是典型的单兵巡飞弹/ U" p* i+ _2 I9 w0 s1 _6 u" r
9 K" X" C4 l0 t0 G$ w9 Y
$ T ^; W; u0 Z
发射后自动打开，就成了一架微型固定翼飞机3 S! l$ Z! W- b+ B! \- P
- f- U5 ]( k$ d; c. Z+ l8 {
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。1 r+ I1 N& D& Q3 X, _# _4 O
, G* i! p$ Q' D, r! }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。( a, r9 f1 E0 x3 ]
) R c& x# k" @
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。
@3 Y+ f% W! m |
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
