|
|
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。
! B5 j, y+ G, B$ Q& g# F$ f* t, b- a' P" A# ^8 E a
' n+ B) j9 a& DMQ-9“死神”是小型化、无人化的固定翼飞机
. w; P0 i8 ? W' Z: g. @
- p. t! S' y9 G1 F
6 K- `; T" G$ K$ f) A* X6 T/ ?
MQ-8“火力侦察兵”就是小型化、无人化的直升机$ k+ A! w S9 {9 U4 l
2 ]0 B% ~4 H: S) j
I, |# Q' d0 z2 t% _' I9 W5 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 N. z' [& Y# }3 ?( E0 A3 s
7 G" F) B4 @% o7 v0 M: m" j9 r% w# l
1 m& R1 s; h. v. H9 ~5 S
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
% _! h. k0 [& d$ X2 u1 {
. K" a" [0 t/ v8 K3 t0 o2 J7 W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。0 Z8 C: l- D7 W3 E( z9 c+ F
+ C: v' k$ y) ]
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。
- ?) H+ F% u( B% }; J& n/ Z& @7 t, E, ~+ @ o" V/ n5 H
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。
7 {% w8 y! R; N% `. m* ~5 k! ?, t e. B. n
: X& G, a# d9 q( U j
这是桨叶系统的简化示意图! m6 a3 K+ k [
2 J. A6 Q. v& D0 O
; c& D& p1 r% P6 |
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6 A5 v! F) Y( b/ H' M. j" T( l
( m" z' j$ S8 }6 o+ F2 ?+ r
3 O( u/ J5 g& @- Q' U) b0 |) M$ U
相比之下，大疆这样的多旋翼就简单得“不讲武德”了
5 z" J" f: v. [0 ~) I! H; [; ^8 m% I/ Y7 N5 h/ u1 N
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。
" K, |- F1 J4 }8 T& j3 ^+ R$ }+ U1 C+ }4 N7 @
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。8 ~4 V$ x& f* i1 \. ^
' `' u( \ Q7 [) W8 i: ?- H
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。! a5 \6 T# X2 v& s' T: Q& P1 i
3 I8 W4 L: p; X6 x3 H+ l" w
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- [1 [5 A+ r% E
* m! e, ~* |' b: r6 R
3 X+ Q3 s, A+ Y9 [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
/ E+ X0 _1 ^0 y2 \/ b' l% x " a) |. A( U- Z+ c5 m3 W9 `% 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。' N% Q; Y! _" G+ r6 h, }5 {) o9 _
' ~; p3 d/ ^3 u: w& v
0 y& R. y& ?1 c3 |' K6 Z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& a0 T# h! ^0 E# K& ?& J
, J& T1 v z$ n& m* {
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。
! r7 D; s6 H/ J9 Y; v- E
7 ~- s4 t9 N8 K6 _. M
( R0 m( ?- C2 z6 [! D: E( {( P
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
0 G. T* n/ |% h; ^# X/ `) \ ' {9 {9 e6 a+ _! q
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。6 x; k" G: R, E" q
2 S) ] h$ @6 N; m& 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。5 o, D, g. M& p* k! t
: {9 r0 _) h& [8 d在讨论无人机问题的时候，必须牢记成本和体系。
3 P3 c& Z3 t0 }
2 Z& J; l! }& c9 v. m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 Z, {0 u- B3 h6 h* O
( ?, Q, ?' q* w8 |- 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。
' O1 h) g: \0 P1 k8 v# O2 P" [& l( j- R, ~/ j
$ _3 c$ w6 @' O) x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 J2 a; c& j. P: r
5 C! m5 x5 I" }/ R' z7 p1 w! U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 |) `- n, K" }+ {
7 A9 T4 t+ O& B; [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。5 l4 J( R8 e" V" g
% {/ S) t" j9 f' X# U
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 v' ~+ ?2 m! V
. N7 h9 [5 _% y7 F6 I4 V- O2 ^
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。8 z& `+ _6 k9 R! t5 g, o
3 {& Z9 X* z; V9 @1 T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。6 }- q' l }; v+ E5 h
& c8 ]9 a$ e( N( p9 {# k! c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。7 x( f4 T3 J$ w* h; J) _, T* [- {
4 g4 V1 j ?; y- o( 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。# L: M, f' {$ N2 [; A
2 `( q6 }. b& f V, K, t 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。$ ^+ V$ K( f7 f' v( N5 U
/ t0 i- u% n4 {/ R$ e3 B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。' b) A# T; _' q' N6 ~- M. x
! h' X% C) n/ @+ ?, p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。5 U. g$ ~' t" j! p6 P' Z
3 m5 u* j) _( O0 y
% _% K/ @: ?4 x5 [4 ^$ d
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 g' u1 E: X' E
~7 O; G+ k- n* [9 A
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。
3 g& l7 u: W# [ A$ Z" T) J/ G/ b, s4 M9 y2 f& \0 c, W+ K
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。
( X$ D/ Y4 E( Q& n. m( \$ U9 U! P: @1 Z$ c
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。
6 h& D" [5 Y8 W8 s0 Y. v3 e, T" x1 w
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。
+ ~- N$ O k# w& M: ?8 d6 l4 S* B K
' ]6 h% y& P8 d" n
3 B7 [- g( `3 E- R. r
“折刀”是典型的单兵巡飞弹
}; i5 w3 e1 _9 S1 {
" @1 a9 C' |' J" G6 t6 Q/ P* u
: c% s4 U+ x- W* q2 a6 K: l发射后自动打开，就成了一架微型固定翼飞机7 G7 A3 q% R2 K6 v8 f0 }
! C. t0 u* }. e$ |; q, a1 ]4 L& i
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。% n! m# \2 s& y. B7 t" ^2 {
& W! j, a0 p3 H/ V( 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。( ^+ J' t3 K R- d7 ?+ _2 E: P
# X, j# _1 |. ~ i. |% x
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。
- }( h( c9 @/ b7 ? |
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
