|
|
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。
# t% q2 p+ G# P* ^& i) r% g0 G# ~, {' l+ g( Z
, f% t5 C3 U6 W# [/ D4 vMQ-9“死神”是小型化、无人化的固定翼飞机
% O* a6 P0 n: g7 q. }- t# q% M+ o( r6 h0 x
0 Z' c: j( r7 e& l
MQ-8“火力侦察兵”就是小型化、无人化的直升机2 I% e8 n# X1 n
! K+ h! m& @& S1 o; F: w
/ B U8 d/ m# H+ i3 q各种大疆是典型的多旋翼无人机，在有人飞机里没有对应
' [" I. Q# Q- c2 W! G. N) E! l$ |( l+ H" N
5 {( T: k9 e( f* a; o u7 `
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- B7 b1 O4 U' k; A1 S4 i! g7 T3 L
, W8 a* ?% m8 d. H+ 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。
; S4 a! Q0 T: S
% b5 v5 L' y6 @4 N# t" l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。7 E/ e4 D3 h+ I4 G: q' S
/ _& f! `1 H& i9 F+ r0 v
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。
; o3 q5 O7 e/ R+ u6 e
$ ?8 ~) M, x' e; W5 W8 J+ p: `
/ |# ?$ A5 t' @# X. a
这是桨叶系统的简化示意图
" Z) S. S* l# l5 Q) f/ {* J) g0 D6 Z/ B; F6 i5 L5 s
( M. ?* h) a- H# W8 F' b2 q+ |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: r2 a8 F- H+ G \; K3 A/ s
{; \! R1 x7 R! z# s9 Q/ I
- L. }6 m* p7 x" U( l& w7 V
相比之下，大疆这样的多旋翼就简单得“不讲武德”了
4 i& x# k, P" u! H7 @ G' S6 n' S2 _" w+ M6 c6 Z
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- y: C H$ e: [% A+ X* c8 j# t3 f
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。. P* U" e0 N- y+ h! @, O- I
i8 e# `8 g, S W
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。+ L2 f3 U/ @/ N& Q
/ t: @& G0 k9 S6 c
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。
, j' n( ]- ?1 b. C& s \0 t) L0 i9 M+ d3 y1 M* z& w D
. r$ X' B( Y- Y; E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; C! W( m5 p8 c8 G
O3 _0 n: l2 j5 X. R- f' c
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。
( S o5 [' G4 |: z2 B
3 J0 d" r( K5 o; Y1 D
) r/ x M( k8 W/ X- u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; U5 n5 {) m3 i5 @* N& _& A, @
; P( M) X) D8 x% N( ^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。7 V$ y" P Y' A9 s( C6 |. ]: b
) E% a9 t9 y" ~9 _
, W3 g3 y3 l1 p& e$ Y7 |0 D$ q% 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: E1 E% H0 W6 Y( n$ \* g
3 f) N) g1 t8 F cMV-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。- T2 d7 F3 z" i7 f1 \% U8 \7 R
' Y7 W$ k, Q: S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 k) H( ?- H) e; P; M
) d" v; |/ l i: B
在讨论无人机问题的时候，必须牢记成本和体系。
" Z& K, `7 q0 g
. }! ^- E- H$ v2 u/ S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。7 A5 R; l- v( x7 E- m+ M1 L
2 I, H5 s9 L. 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。: y$ L$ V* n! ?+ D& |
& E6 A& `8 J5 v+ n
2 j R6 b' x3 h3 R& ?7 K+ ^" ]2 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
3 k; F* Y; ~; H
( {) S1 R5 h8 z$ b2 { u& P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 S; D$ O, A& c+ i- G
! N6 w/ w9 f0 o, 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。
) G7 s- b( t& ^/ ]
! U3 D _1 ]' a/ S% G; X8 |" ]7 T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。
' K+ C% B- P6 _( q: Z* M0 c$ G, ^ & [! h. V8 j, @) 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。! o3 K5 I6 M+ Z# h& a
1 X! s* Y5 g* M, G( X: R! F J9 X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。; T# N: L( C" ^# V- ~3 l
4 ~) M9 }$ e+ {: p; y, u( p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。
+ K8 b! W8 x! M% G6 D+ s/ l+ u; k5 ?! @' U 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。
& r# ?# _; p4 X" H0 p: X6 R 3 m6 @4 T- h! j# r+ b* 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。& C7 I/ m; U- U4 w$ L4 {
}: l( m& }6 J3 g! F" E; X
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。( h# \) ~, A/ b
) u& D. k& 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。! P0 _2 ~4 G# B, k6 O$ {
$ e. ]/ ^- z, G, @/ M
& Y3 @" I# t& X# m# ]8 ?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+ D. i/ d. u w) Z: K/ i+ X
+ G, e* | ]# |9 M# l$ [( D) q
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。
$ U+ v) ^0 ^# \) N. Q+ [/ w
5 P# K5 c& W3 Q, q' O: k' N N; Z# XeVTOL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 s; r. @4 x; W+ m/ w6 ]3 P
5 d a+ v$ i% o- p* X7 g1 U4 \6 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。
1 d" x- T) K+ ?# C9 M
- d6 y. T# }; N1 p7 P$ P# F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。5 d$ s! t- s9 \
. B# T: ^- l1 F: e1 F& ~1 A9 }
) c" k4 j4 ]) M+ s$ a) `& T
“折刀”是典型的单兵巡飞弹9 n- F8 \0 D q
0 o$ i, D U- ~5 m1 v5 M! w
* V l+ [4 n+ _; K) E发射后自动打开，就成了一架微型固定翼飞机
/ B' b: O' u) o' ?, o! v! `2 T& d- N
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。- ^8 c6 r" ~3 o5 n- H1 a
; z$ d" W4 Y) t& G; N
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。
, ?# K9 n% z8 T' @4 n: T: q @; _8 O9 G
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。% a1 c9 _/ V E# P
|
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
