|
|
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。
; x0 [5 ~7 H' Z. `
' g5 q( h/ b# y' `
4 D8 C: x' q: E/ S% [5 xMQ-9“死神”是小型化、无人化的固定翼飞机5 m I; K P0 y; ?! {: q1 x
1 M9 c# I; c2 `( I; A
; W: Z# c1 C- H. B/ s3 G+ w; ?MQ-8“火力侦察兵”就是小型化、无人化的直升机
3 X0 d2 A' J3 M4 X6 U8 a& `' W. r/ U) {
5 Q8 R5 m5 Q+ 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( @: r. T- a/ B; M
( \, R% ^( Y3 d% ]- [
1 W$ o8 F8 ^) x' `
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( H8 ^* i7 E s( }+ G
4 x _% O+ e$ b2 C: p$ l1 q. X( m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。
; @, S6 f1 |6 A& B& l& J3 q
# P( P5 L: S, Z6 A" ?6 m) t7 w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。4 L D5 C! V) W9 T1 N
; x% m& E |2 t/ {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。- _% [% L& m0 A1 v8 |, n
. H$ B4 p1 \: m! E& M- f6 G9 p
3 W) z. w) W; S8 K0 Q( z# ^
这是桨叶系统的简化示意图
# |. D. L$ `8 E0 V3 Z
, q+ u4 k! _& W, D4 N
& e! g3 q& j# n4 n; L
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9 J, Q1 v# _ l# H. l, a! n
4 T" J8 S4 j! B8 P' n- y) H5 R
8 {! m5 u5 P% M- S相比之下，大疆这样的多旋翼就简单得“不讲武德”了: X4 R/ L+ {. Y: A) N
; c& B; D" Q; B
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。
. ^8 ]$ I& L( R5 s. ]- U! f8 Z- n+ L r& Z" g
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。
: A0 l1 C B9 J( U
8 I1 W) \" _6 E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。
" V! ~% _: z! _: Q* o + i# ^' Q" Y5 Q% W( N4 H
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。
& v0 E$ K7 o3 W) d8 p8 j
4 P; g4 Y6 t. c
% G8 Y% u4 H& E2 e# 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
/ z4 Y5 l) t$ j! N # M, C2 _( h, Q8 q2 \" K
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。
( K! Z/ C4 B9 k$ g% d. E! D0 Y ?* e' L
" _* \& y9 r; [+ `+ i' P6 n1 b) f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) [- d4 d. t% o9 Q
0 i; U* s8 n# a' ICH-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。
4 G$ ]3 S' M) O9 ~9 K
! _" Q! q N: m2 l
' q' t* o2 `* \9 }& KCH-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 ?/ f" u# u' D s! i
) X N# w' [2 S) G
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。
* Q& {( m# R4 e0 Q3 M
& i1 f- S; b2 V9 G% D. B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。* Z7 w6 }) l8 u- D6 A! c0 @8 ?8 O
0 ^0 F- A( }9 c0 @$ A8 k) |6 y
在讨论无人机问题的时候，必须牢记成本和体系。( n" m: g! k7 B* i# l! [: q& S
: M; r! P9 i+ F
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。
# f/ r+ f! a, ?$ j' X
0 O9 T& y$ x$ \5 A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。1 X8 d8 t. K0 |! ^* [- R; T
/ h. }. y; C8 f+ d' c: s# [
& ~' U3 i0 K: k$ {3 |7 P& r" a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
2 A) m6 _$ G' z- U$ i0 e+ j2 U
* W6 C5 B1 R" ?+ Y% S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。
) p: l. Y1 S8 b" [, D 3 c' b# [. T& Z. F
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 U, G0 \2 P8 d7 o& k
9 }' O9 l+ ? b. O- Q. {
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。 i r( G" B' B2 Q7 n! U
|2 w; r) O* J) G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。
* q0 r Z5 L$ d; j
- j4 G5 o# }; g) X+ [" 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。, y. `, C6 s' g9 G- {3 T$ a7 Z3 x
# w. z9 q+ `6 `+ l0 Z, {* ~
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。
2 \ N; I4 M7 |1 j; I! E3 ~8 {& }9 [7 [* g' E9 l/ ^ C3 Z
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。
# P; B j4 @2 m0 X' ?
2 o- o9 A; I! c; P4 s9 D$ e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。; w0 }( R+ \7 F9 P
5 X* m# ^# n& 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。 d% U" ^9 P* E+ d: w1 @ Z+ A6 I" A
5 t5 x; U' ^& X) H+ O8 K; }
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。
% Q. H& g0 t/ |; W3 |0 h! Z1 ]2 ]9 a1 _+ k% {" q9 X
: M/ R2 j2 V: U) b# j& ?. P( ~7 M
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 z! g" s3 i% {# t4 j; w) J# v" q
! k) H$ E8 I* }8 e5 _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。
9 S- H2 o4 X6 M/ ]- V
+ P" C8 h! ^1 y. ]4 c) @& YeVTOL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。 Q1 ?. a, S: h. P& L. f
% t1 C) l' U' M- b& z$ w R
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。
- a# P8 G* `6 r _" \6 w3 R A6 N5 j( B# R# g1 ^
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。1 ~, ^2 t- E4 s
4 X) v% ^# F1 r2 u5 U8 |
9 I2 {6 U, }2 f" J6 |2 |“折刀”是典型的单兵巡飞弹
/ M$ r, O- t) i
5 O; X/ E3 r: f0 K9 f% }) ^) k" J
5 p' ~; r! W. F3 X$ U7 t
发射后自动打开，就成了一架微型固定翼飞机4 g7 C0 ]- \1 J
# o& Q( @ c z$ ?$ ~, x1 z
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。; O5 L+ b: H& f- i9 A7 R
& X0 Z% B. N. u
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。
: b2 M( X# s) y, O6 G8 g' a4 X* ~9 q
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。; i5 f Z: z3 Z2 m) R1 t" r+ G# A& p+ l
|
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
