|
|
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。$ H9 I/ Y' T+ n2 |$ r- X) J) P
E3 C5 w; P5 q+ M) M+ \" M
& v2 x1 n- _6 E- ?- J1 [, G
MQ-9“死神”是小型化、无人化的固定翼飞机- ~5 J9 g9 s! z! j* n6 V
' Y$ m/ _; d6 I- v) R+ w, p
1 ]" L( u G7 D: m7 _% ~' A# p( _& hMQ-8“火力侦察兵”就是小型化、无人化的直升机
+ P7 ?3 J6 `+ R$ m
5 `2 X, Q$ x+ K" U* m( m/ @
8 P# F% U0 J4 q5 U; R) `; X6 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
8 n3 \- }2 ?, @0 g+ Z) p! Z! {$ C, \
+ l: j+ ^# r+ ? p9 tElroy 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
3 t+ ]; l* z/ I1 x% H$ t, Q9 x
8 d; I3 f J% d, y% g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。
; u, j- q% c0 w' H$ O; R2 a% B a, c1 {* j7 h4 }' G
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。- y# y/ V% ^& u" |+ j% }
x* {: \; p5 b: ]" q( @# q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。
/ e/ D7 i8 @) T% G* Q( w6 `, Y/ z. \" Z2 ?
2 W( s. i4 g: W ~+ F, ^0 q( R& e
这是桨叶系统的简化示意图1 z6 j. X k3 G' O: Q; G
" }. q# Z, O4 q" b C, t- ~
! f* A5 Q0 Y9 P- L7 W
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
0 T% z6 ^: S4 y$ l7 u
2 u* z, Z. G& h! b# m: W
; y7 u7 l2 R- O! r6 a$ `
相比之下，大疆这样的多旋翼就简单得“不讲武德”了% f5 g: F9 M/ Z
0 ?$ }- f$ d- D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 z/ C+ c9 H( Y0 |& o, E: A' T
) |/ n' I: k2 H8 q* K
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。
/ S# Y" {% v1 h1 e9 B. h4 s5 s0 |- H8 F" v! N7 g( F
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。
& G# @' E4 W* }+ B0 P/ ]
0 H6 X: g, i; ]1 B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 A$ N8 y" R6 i) A5 q
) q5 T {+ b2 j' K
& t: l1 u7 I2 s$ k+ |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
: _: K$ o4 ^( _0 `& T6 x
" N8 |( N/ ~4 j/ O3 \3 [ X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。
# t4 d" Y$ s. a' z( k, P0 P; k2 g& x# l3 G/ [* ^ ?. `
/ }% [9 _* Y8 J2 y( N+ c; C; m
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/ Q7 ?+ V2 T0 [/ K3 e
: z* I( }2 I2 P6 X; u$ o- hCH-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。2 r& ?4 l4 y, D9 |$ u+ R$ [: ~: C
. ]& M/ l! `* b+ a" K" F c
: j) I% O5 x7 L7 z, A- TCH-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
4 q! B1 H( O7 [8 ]
* V7 Y% Y3 P& p* N! nMV-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。+ \2 H% O( w2 D7 a4 k9 t$ c
" E. @1 {" r9 `- ^/ 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。. x+ G% t) X. ]' s+ [
: h' b2 i: l1 J0 n1 o在讨论无人机问题的时候，必须牢记成本和体系。
9 M& N; ]$ {$ ]7 R* V
`* c/ T8 r1 _3 A4 t1 q7 M3 }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+ E0 F N: ~* Q6 \
3 @% {, F+ {6 @( T& K( H& V- ?5 \3 }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。# z2 F4 W, N5 X% |) A
4 H. u" e- {' o/ l S& ^, }/ N
6 S. r, F3 a4 y! z" E: n2 ^& 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 G' x1 p; K! k: l( F. J
; t2 J( i3 |; Y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。2 }' o& d- H4 a+ x
7 A& `! k! }5 a) I0 S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。
7 B% u/ S: _7 d( s
5 x) y: w1 p5 ~7 k' P* \ L1 [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。
3 D2 }5 V* P7 I. w% n( r4 e6 H5 J % `0 B! E" G. q, M: g T$ }
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。
( v6 m! \8 f7 h6 r5 \! u$ } % _$ W: X5 M) p- y
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。
2 d) u: ~+ R5 n- e0 d - w* S2 t2 p; j f+ X1 b/ j2 e
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。, }+ f6 {9 Y) t( `
# X; ^4 z' W4 T2 \6 L3 i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。, e# H- F1 P5 H+ X$ w/ H
1 X" ?1 m5 Y* ]; 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。
9 W- I. B" w; Q; o
% j. q8 P6 f- [ T8 n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。$ W$ A* B5 {+ @1 j$ W$ f7 g
5 T- i) M4 X/ s2 Q! ]- K8 W- N) V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。; S% {* T J+ I5 ^, Q- h
3 ]! f6 J: u. R6 m1 @9 X
3 ?) G/ o# H7 a$ \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, Q6 y3 k/ T. o( E: x
7 r) L# e0 @7 _2 @' K* I1 ^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。$ R* w: c5 {3 p, u+ L6 k# |% F
' c7 H z( C* t* QeVTOL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。9 ^5 N& x" M+ t0 P R# m M3 P
+ o6 x0 d4 s, e3 G- g- K
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。: i1 A' s2 Q0 L, g) H1 e7 Z; s6 R
$ ~+ N! x: i; u# X0 G' |
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。' S9 z, b8 M; ]
5 N5 U( y% i* O1 I8 Y; u
! a# ]4 a7 i9 I* {" g
“折刀”是典型的单兵巡飞弹0 Q8 f% N* S' R Q. F! b
( ?* ]* e4 u* d9 n7 u) O8 `! A
0 E {' H' x y' F. I8 V! w& B
发射后自动打开，就成了一架微型固定翼飞机+ B) A T R4 E5 @7 K7 r! ^* Z
" |0 n: p- V7 Q
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。, W2 N. j5 L9 T; ]. q9 P- C3 ~3 q
# e d0 _4 ^5 m% [, a' a" `+ D0 v; T Q
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。# \9 u! y- _3 V$ B' F
1 O! \- t2 d+ e
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。
( `+ j3 w0 r4 I0 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
