|
|
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。7 l) C7 J |" J8 Q& t0 Z
2 [4 X6 G4 \3 j, ^
+ _" F" _0 I- K* t. ]9 h0 R4 h- p
MQ-9“死神”是小型化、无人化的固定翼飞机/ r3 M* q! t5 x
& q" L# A" V. k" Z2 Y5 r. N
' C5 w/ B3 k Z, J" p/ xMQ-8“火力侦察兵”就是小型化、无人化的直升机
$ z2 y2 I# O* c' n1 t5 Y/ r: T! F2 D! W s8 n
" b+ r7 Q7 c" h各种大疆是典型的多旋翼无人机，在有人飞机里没有对应( L% x0 X+ j. s5 ?4 s0 o
' Q5 Q* r& b0 c- a$ Q) k8 }! ~! \4 y; J
) L" i6 Q3 E4 I7 J# q; O3 VElroy 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) y; X- I( w' q( U6 `1 Z- k
) M5 j. O2 X- i% ^( l
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。
. s3 Y, O( U3 M8 `/ Z' J' n! B( X& P
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。
3 i" ~7 \! T+ I. c# q0 F7 {5 T6 L1 y/ u+ ?7 [
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。
* x3 W( D c; K6 P/ F; }/ w
! O; g; p: v+ M1 b( ]: O6 R
- Y/ r3 h& d2 b+ Y# a" o这是桨叶系统的简化示意图
+ k1 R" F9 t3 `) w; p; W1 J+ n3 I2 E# y/ `3 O
: f7 }% b0 F" r9 T1 b2 O
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
, l) I7 W# J* ?) A/ s
5 b+ N/ \$ q$ g! n
4 _/ |2 j: j1 H0 |( W+ W% K相比之下，大疆这样的多旋翼就简单得“不讲武德”了
$ m. V( N4 { E# ?2 ]
; \1 \/ C; o: s4 l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。 n7 D" [+ N! f X$ R
# `6 U+ l$ K/ q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。' l$ V- o8 y& e t! d0 [
2 D$ y Y4 a1 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。8 F4 j, F) j g+ u H6 x; ]
7 y6 I W) `0 s$ b/ ?9 P
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。( d& H/ I; E8 ]6 T2 g. P: {
) q5 X W7 a' C' l* j% S
* T/ o# j+ W5 r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9 O, B& Z6 k6 w) f
1 ~# n2 b& U" ~2 | {
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。
0 q4 W5 c3 f `: G4 N5 |5 H
0 ?' R R; J5 q% u, v. ~
* N* ~( }& Q/ H$ T: H! }4 g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5 p( G) m. K; ~/ @8 p
; f- h' F+ s' i2 G8 FCH-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。
9 W' i! M. c* k! e; [0 }2 t. R9 w' B9 _3 @% Z2 D. @+ A0 n/ [- z
: w" M1 K! ~/ V5 h2 W% W
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! N4 a& b# @* e& @
. W% k* l- v: P7 h5 A% ~4 C
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。8 `7 \/ y% V7 Z6 C/ F
8 q# Y: p1 U3 |+ D6 i* M9 l
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。' Y! U5 B; k: Y& |5 K% S5 ~2 Z2 ?
2 v! B9 O0 |/ B" \' j- l9 b在讨论无人机问题的时候，必须牢记成本和体系。- ^2 s# q. Z9 _5 P; {
" t; u- ?% x/ c4 A/ c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。
$ t" |: o& D" H2 ~$ Q& B6 R( D. H
3 F% [ n# U/ A( w1 E, l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。9 e" u0 f/ S. Y9 e! _
7 F9 D: S. V- l
, e8 K* L4 M- \; 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
# T, o) C) ?' q b 3 a2 \' I9 m$ e, c' B: G" f3 Q- n5 r
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。# O0 O4 S: ]1 K
( H k7 U3 M) @: x- [$ c5 D1 c
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。: V- L3 n5 {$ ?- \
+ u, ?8 H4 w& d9 m4 l5 C! N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。
" g% ~7 a) c- p- k: k 8 q7 N3 u5 |1 {3 T2 ]2 ~ r
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。
) g f2 [9 {+ V6 K- Q( g + Y" F1 b8 @5 Z0 `4 T, A* r
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。
) P3 m0 ~: i8 t% l+ p: C- J' g1 l/ K " T7 G" \$ ?" 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。, l& h* W4 ]; ]" t8 z& V( y
4 j$ O" f2 u o6 @- a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。
- ~ g7 V7 y5 d- z9 Q7 E
9 C$ d) Q1 s' L7 P4 Y1 m* I( Q& `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。& W' W; d/ q& S2 w# E8 }
0 f2 w" ]( {1 Q4 Z1 [' ^6 U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。
+ v6 o7 Z! d! w+ ~2 k5 Z# F# q: j: [( w/ I
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。
# k3 l$ h5 J u/ g, ~ O- W$ K% K+ [6 j' h$ A! W r7 J1 }1 N/ y
3 G! E" v6 ~1 C. }, X( U8 ~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0 ]' P- B+ J2 ]# `& }. s, e
7 p8 i7 `% D. W0 J1 }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。
! d7 X6 y, H( G: u3 n8 H- X
' T5 q: |0 J) [5 g! K+ O0 l9 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。
+ B1 _. v! j! x! _ `; g- K% G$ p/ h f/ p7 i7 k; w9 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。0 {* ?* F0 L; j' J7 M& v% b
. ^- D# ]4 A% J+ y" o, K* B. ]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 B1 C5 Q" [7 A0 p3 N3 D' A* X& B. s/ z# J1 v4 R
% E# C0 W n$ b: e Z“折刀”是典型的单兵巡飞弹8 C/ ~3 w7 T1 ? d) l4 Z
, ^3 N# S+ K/ e6 w2 H* S: r1 C
4 o- N3 e3 n! i0 v9 X+ K发射后自动打开，就成了一架微型固定翼飞机
' \4 n& n6 l" H& h* j8 M1 s' }) m
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。
4 y1 w& p i2 G* B5 j( f$ b' _
' ]+ E( S" l" t% q3 K6 C! m1 |2 @8 h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。4 @9 W& {+ X) O# k- Z3 [
- c+ k8 K/ y& o. K# P
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。
* o% ]0 Q" i7 b* G. T |
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
