|
|
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。" E' c e# M. G2 s
* Q* z, r- P( o$ b0 z7 H8 F2 W
+ l1 E* m" V/ F7 k& `/ Z3 ~
MQ-9“死神”是小型化、无人化的固定翼飞机" C) }6 j' A C: E/ c4 K/ Y( a
+ s/ M7 C, f2 d2 f! H
, Z+ C; q) b; C8 yMQ-8“火力侦察兵”就是小型化、无人化的直升机
& K: `. O6 r- ?/ H
4 B& T7 C C& s' }7 z
+ Y4 a# _$ [5 s' Z. ~
各种大疆是典型的多旋翼无人机，在有人飞机里没有对应7 x( W/ C# y& r# R I
; i. [* K8 e% P
( n/ o2 ?7 _: d" U
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8 i) p$ L: X8 M3 f, U; p
& Z+ l |& s% O4 Z) S4 K
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。
+ n @+ f2 ~- r" P( @# s3 _5 X0 A) r/ _! A3 l* Q
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 F, q1 e& `* Q! {# i, ?
* z0 U/ i% u; A8 G9 S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。5 ~9 d: |' x5 F! \
8 ]# a! o2 t9 l) p! y- b# K; ]- h
( ~- ?5 s5 g% r1 A
这是桨叶系统的简化示意图3 m; m2 f, }; l: W
7 Q. T% c: `& f2 ?" k9 t! N
% Q6 s4 k) E8 F' A& H2 t" i# Q+ P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) K* p, J/ D7 H0 H9 a' ~
8 A4 _% j% v+ m2 o( L$ ^
! @4 A, d. e. ]( Y9 a$ g1 v相比之下，大疆这样的多旋翼就简单得“不讲武德”了4 [/ }9 C% k6 ]. d' V
, p( B* [8 s& T0 T/ ^1 \& l8 J
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。( D( V* W) p$ k( ]
0 _6 W' K5 X2 a) B+ _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。
: e% {6 x# `2 M- {% y4 z: i+ T3 Z' Y7 }7 m
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。* a% T) Y; J% n% c
3 _* d0 ^, t$ T8 E! g8 a5 k( v! t6 L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。1 G. |/ r& I1 t5 _- y$ [
+ a ?! x) M) a# P
, [$ d) N4 K# b: f4 q7 P
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' w+ d# c8 x' A; V {8 u # h {7 g! n- X+ v8 _ j6 q: G
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。; r, k4 B9 a; D% o
2 w; }$ @2 ?3 z0 O' A8 m- F# |
) x: [ D( [! j7 T& ~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
; s8 U1 I! G' b: S: ^- M4 G; b # S) A0 ~5 @9 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。
; G5 l' H! Z9 |+ ?$ |- L! L, q: I& G0 t( G9 T
; b' |4 X7 g Z" y2 F B
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
6 v. J9 l2 H2 d$ @- c7 X9 Y
3 x' f4 N" D4 p# x2 B( K# S) }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。9 _/ T2 P' O2 c$ U. h0 z# X& [
5 a( i0 t2 v/ B8 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。
$ Z; i) X. r4 N! c7 I: K2 @: ]- X) ~/ w
在讨论无人机问题的时候，必须牢记成本和体系。
# o6 p/ q; m# m$ P. v N* L+ A; e* b/ @1 `/ [
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。* @+ G' P& q7 C, z- Z5 E/ ~
) E0 @# H; s+ [8 k% Z% G8 ~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。; M6 j: M$ T. H
$ D) `% i5 t. R4 Z
9 h" D' K- D$ c, u) U
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
0 A2 B8 Q" l# f! k; i5 q
: b+ m% `' z# 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。* d& ?6 }1 v% N" ~6 _
2 k3 S8 @/ x" c6 ^' e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 O" ~5 b" J# h! O! m1 b) R
* b7 k! U& L2 O) c- f
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。* j1 Z }: ?. {4 U; p6 J q& q9 g
% V& N% q$ D0 b* i0 D2 T! h* g N! P! u
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。& Q+ R6 W; K/ y2 V
: A/ ~9 @" ~$ e) U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。
. I0 L6 J6 e5 Y$ F6 k
4 ]% n4 U; L K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。) {, T6 G* E! g' o( W
4 L* M: h' `$ z+ m( j
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。
+ F7 |# c/ @4 v' K3 ` % y; U' p0 T2 j
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。) h* D$ v) b2 W* K- q
& u9 {7 B' Q3 z! l |$ w# u. r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。
) z0 J* A+ o+ F% @2 I& V4 n) J% A2 w' {( e) }* ^# {. W$ f `
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。8 W/ g; d5 s" p2 L
. w" l; ^7 M7 G0 I! _5 S
3 l5 I# F) j6 S( ?# |, J' W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1 Y& J( Q, U; P: `: Q4 j/ P
9 T% B8 y3 D8 V0 H7 h H# `0 h
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。- y4 L0 H; X) Y, m
$ q" {9 L0 C E3 e0 T
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。% U$ _, `* \9 Q6 A( k& v6 S
' V4 X1 ^0 b- Q& 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。
: M/ E( f8 y* y( \; \9 g7 z6 G" C' h
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。
& x, x' u E" l) A& ~( ^
& ~+ g- e5 {. y6 t2 O% }
3 s0 b2 {8 e- |/ r' x# x' G
“折刀”是典型的单兵巡飞弹% ~$ a+ U5 z6 r7 h1 _
5 |8 T) n+ H3 s( s% K2 I# }7 L
% q P: ?1 n9 ]
发射后自动打开，就成了一架微型固定翼飞机$ l! w7 ]# g; y
1 i# ]0 l9 o$ x. 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。& |+ A0 Y$ M; N# H2 v
8 M, ] l8 U" J ]; s4 W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。
" a7 g: y' ]# D2 H g
# q1 h# q! w. D0 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。7 N) q( j8 j/ I
|
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
