|
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. ?/ A2 M' r3 l- z8 ?. z, o
. h4 o1 ^. c& I! u- n8 Z1 n
$ j) x% f3 @9 T _
MQ-9“死神”是小型化、无人化的固定翼飞机
) I( Y7 L0 g% Q) ?$ Z+ V8 P- E: w% n& z- j6 w- T% e
3 C7 Q; e, g; `' L' F1 U' IMQ-8“火力侦察兵”就是小型化、无人化的直升机0 J$ Y' n9 i2 Q! p2 {
) A8 `, |5 ^- _+ x/ [9 q1 W
2 ~' F# n) S' g" U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: [. Y2 h- l" w6 t F* H; Q6 f+ W+ s5 A
( U5 j I# f5 P0 M& s/ Y2 K# 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
6 ^/ Q' O0 w7 R! M6 s8 s8 d% R. b. J# X+ e- b
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。
3 U9 k, K) P/ f/ h( X' f( q' I) b9 g, p' W X2 c! I* U 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。
8 f. X: M# R! Q, b% L: w1 k7 D, V$ f( H1 F0 ~
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。+ {& I* P: F Y' V
. Z6 F6 ^$ K: n! N5 b8 `
+ k: v, W( v) b9 u* i( g/ @: \
这是桨叶系统的简化示意图 Y" `: h4 l0 f8 O g1 X/ m- U9 f
; [3 t' F9 ]; z3 y C1 A% n( V
7 B. P8 v; R0 y* g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: S; o1 O. u% b# ]' q
, N. c; ]4 m& d8 i7 Y
9 J, d5 j$ T. `4 k% [% s3 b
相比之下,大疆这样的多旋翼就简单得“不讲武德”了* t% k3 t# F! x% f) A; z
' t, M7 d e" f' m: A2 l3 U' X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。
9 j: f/ d6 y8 \: l# @8 n1 S4 J9 n/ X ~3 ~) I5 U/ n
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。
' A3 Q+ G4 k" U0 B2 y9 U3 \' F
: u/ X8 t+ I# [! w! f- V$ _1 {5 s3 B8 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。
0 ? Y! @. F- K& Z2 n3 W / g- ^' f7 U" ]0 _! M& O
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。
- q* i: I; M9 A2 ~4 d0 }6 m% P+ E
7 t# [' F8 n4 g$ V9 R
2 }9 k' R6 s1 U9 c' \- p k7 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
1 v2 R" y& n& f0 F# W0 c 3 ~# V. b2 [; Y F
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。( m0 ~ b a! Q$ K' ?5 q
5 v- \7 A- W' l/ g# {; h" g
" B$ Y. {) \! E, _4 E! `
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. |; ~: r c4 F$ I; ]) \9 u
1 R+ h, ~1 z" v7 @( B
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。& Z. z; U/ ~& |6 K: S
6 l+ S+ p1 i0 o- W; L2 u
% C+ }; Q. a6 |' W& ?+ R: v. yCH-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 c( A6 x+ }! d) T1 A
2 ]# A1 J* ]9 A9 J8 C6 z& x. ~8 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。- U @* x( O2 w6 o& _
. \8 F* y( Y5 |" A% W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。
; h$ K, R6 \' b& f7 f! E; d* q9 h0 {2 e
在讨论无人机问题的时候,必须牢记成本和体系。! _3 z5 _" |( I$ u6 R0 O8 V
F$ F$ g5 W, `7 G# g
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。+ ?( W) {; n: K6 D
( ~3 R" e7 p) A; n
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。3 ^1 s- v6 e& k Z9 e& {
2 l5 Y0 k8 [' G: F0 t* {7 A
. n5 d* D/ m/ y' I6 ]% U3 l' Z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
' W" }5 x7 d) N
4 |4 ?- T/ |9 E0 n4 G( {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。
9 J4 l2 G5 b" Z" J+ {* u2 q
4 M0 r- F$ _5 J# ?5 |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。: R; k+ D. C, f( Z/ G+ O8 X
5 Z0 N) g) |1 l$ E
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。' ]2 o4 g- {6 d0 d9 Q
2 T$ t% z2 m) U6 o% h4 |) O8 k( X- y: C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。9 \ Y1 P5 q$ C) } ?
" i5 u. N7 i, ?- z) N: Z
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。4 K. h# K- @) L5 t, T7 T2 Y8 `. G8 M
n$ A9 m S+ q9 T
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。
$ @+ C4 M+ j! J" Q" \0 u/ b# o$ ?! B, D$ U, c) R" 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。
6 m, f; F% {2 |" W. r5 L: p J
# u# E3 N1 L- H4 v; }4 w1 i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 s, E c2 c6 k9 U; Y- C" l! a1 ]. P2 F: j4 ?3 T: n4 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。
2 G1 R) h1 N2 C0 ?; X ^- K
) n4 V. x8 g8 u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。
1 S' L6 R8 T# _) |6 @
# r/ S9 C; j7 w; ?. S5 R
9 O, Y& ^: Z8 ]- a2 R- u, d& 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- T7 H; M' ]$ D* B0 @" Z, Z' n
4 ]9 o! c9 L+ s! n. z. }! D. P
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。* | L6 _8 y6 a |1 ]9 Z4 S8 c% r
+ Z$ o3 B6 M& g7 g
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。+ q$ k* A J, T8 ], P- w( Q: b* f/ T3 g
' } u# H2 P- `+ _6 a; o) U) Z3 i
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' m6 [* b3 V1 O: ?- L j2 I
$ A4 D8 T5 s) y& X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。4 {2 U$ J! \. E
( o( l7 w, ^: g/ `& ?; S# n" |
3 O7 j! w' b, i8 f& w! w8 [8 U1 Y7 Q! ]! f
“折刀”是典型的单兵巡飞弹$ Z1 d8 t# v& K
$ M4 F% d/ K3 C7 Z9 v6 D! S4 A
( i+ C0 j1 n/ t! L6 C* }
发射后自动打开,就成了一架微型固定翼飞机
6 O% T% m8 u: |& U& ~* N t1 f* v
% I5 {6 m9 G8 a4 H; H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。
* a( K" f4 n9 c. f2 T7 L2 q
/ f0 ^+ {( }! M* D: ]2 j/ @4 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。
; l, [: D9 ~" o
% ]% ]. V7 D5 o0 U" f1 i4 a2 `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。. q6 V1 D# N }3 N e+ y9 ~" m
|
评分
-
查看全部评分
|