|
|
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。
8 _3 m1 T, Z, L& ?* a$ { ^- _8 V( H$ d% N$ L( B! b
( ^; c; ^" E+ D8 ~MQ-9“死神”是小型化、无人化的固定翼飞机1 W# ]) W& [# R D
/ ^5 f" d# ]# N a
7 s. f2 j' R% F( f
MQ-8“火力侦察兵”就是小型化、无人化的直升机
) n0 }$ @2 i9 G D% V
W" `+ w* R9 T0 w- R4 q% v$ a
, M' s# K- K6 @各种大疆是典型的多旋翼无人机，在有人飞机里没有对应1 v& x$ z. L* y
4 R; [: ?" L" G2 E6 q% K
8 Z4 K& Y3 D, d% W# Z% D9 i# \ ^
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6 F& E/ p) r; U- G4 g
! I: Y- ~0 `" E* E. K3 g/ U1 d' 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。
; t3 ?2 [! O; L6 F
5 \+ V# ~) h: i' l4 _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。) v5 Y" Y/ s* K6 x/ X3 V
+ q+ N2 G7 e( h8 M) o# u. f D
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。& u6 a { o) b$ P% @3 h
& d) ~& Q7 Y7 |8 ~7 r
7 d! r M: @% U/ y6 ]这是桨叶系统的简化示意图
: f* s6 a8 ? Q r; Y
3 _' B: K3 p0 d0 X$ r) c
' h: t0 u: @: S/ F
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
# @% B# o, n: v7 ?+ r& B5 Y3 I: ^6 `- Y/ _
! W/ u( j& d/ k. O相比之下，大疆这样的多旋翼就简单得“不讲武德”了
7 J" @% J7 W" H6 @6 m( T, w. ]2 N6 t/ a+ x; o4 r
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。3 w, e# Q* n% j4 R2 v4 {
. b6 w% _. Z* [3 m U
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。
+ Y. e( l! Q$ ~9 \8 _5 Z4 h: `. u6 m Y% \( ?$ B
桨叶与桨毂需要通过挥舞铰连接，这是高载荷、高循环的活动部件。桨叶也有总距铰，控制桨叶相对于旋转方向的迎角，控制升力。桨叶转速的大小是改变升力的，但发动机的转速范围有限，需要与迎角相结合，才能达到升力控制的全范围，就像汽车发动机需要通过变速器才能控制全速度范围一样。这是又一个高载荷活动部件。连杆与滑盘和桨叶的连接也需要通过铰链。这么多高载荷活动部件的磨损很大，维修工作量很大。新型无铰桨毂用弹性部件代替部分铰链，只是转移了问题，把机械磨损变成材质老化了。
2 q! ^& n7 N( |; o, @! ? # o/ o' H/ v: Y4 W, l8 M! ]$ F
直升机的麻烦还不止这些。直升机需要反扭矩的尾桨，尾桨驱动不仅需要动力转递，还需要与主旋翼同步，所以长长的驱动轴不仅重量、磨损是问题，还特别怕损坏。大部分直升机失事都是因为尾桨故障后的失控。
9 d/ U" ^* B0 J, f
" V" j* l" m1 Y: G7 ~3 Z" N/ v
$ |1 O; S, I2 j! ^尾桨的动力从主旋翼减速器引出，长轴需要在中间有支承轴承，避免下垂和转动时的抖晃，但增加磨损
& {* P& c7 W% q8 X6 m. D
$ e9 f$ l, d" a9 ^" e3 _* W各种双桨可以免去尾桨，但卡莫夫那样的共轴反转双桨需要轴套轴，而且为了避免上下旋翼在挥舞中互相碰撞，需要增大间隔，增加阻力，增加结构刚性的要求，更要命的是，旋翼控制机构更加复杂。找任何一架卡莫夫来，看看桨毂，不头皮发麻算你赢。
$ r9 C* ^: P% j4 q/ `& ]; U3 R( u9 e) e% m. c% `# i _ n. f
: v" e8 _0 q" [% o, d卡莫夫的共轴反转双桨需要双套桨毂机构，还有轴套轴的问题，世界上只有一家玩这个，不是没有道理的
8 c1 M* _1 B2 x! M' }; ] ( \* r _- v( ? G3 \
CH-47那样的串列双桨不仅有双套滑盘、铰链、连杆的问题，还需要把发动机的动力汇总后，用传动-同步轴分配到前后旋翼，而不是两台发动机分别驱动前后旋翼。只有这样，才能保证前后旋翼同步。长长的大功率传动-同步轴穿过整个机顶，这是又一个维修人员问候设计、制造方先人的地方。单旋翼-尾桨也有常常的传动-同步轴，但功率一大，幺蛾子就多啊。
$ ]: u. I; A" m
. V9 L1 W! ]$ r( u# O
# p( N4 n! ] n, t
CH-47用串列双桨，需要贯穿全长的大轴进行动力传递和同步，重量和磨损很厉害
0 H# _6 a; t+ x Q$ D
' y0 P1 M; C3 jMV-22那样的倾转旋翼并列双桨看似简单点，但根本不简单，因为还是有直升机模式下的操控问题。左右双发之间还有复杂的交联传动-同步轴，不仅确保同步，还在两侧发动机出力不均匀或者单发停车时能驱动两侧旋翼，继续飞行。否则并列双桨一旦单发故障，立刻失控坠毁，连挽救的时间都没有。发动机短舱倾转的复杂性、可靠性和直升机-飞机模式转换的飞控问题就不多说了。
/ Y( N7 B& {3 N" u W
T" y6 m3 z/ \6 ]7 D# f6 R简言之，直升机机械上的那么多麻烦事是由于集中动力的关系。不管是涡轴还是内燃机，发动机沉重，成本高，机械同步困难，只能集中动力，然后用各种办法保证同步。再白菜化，直升机只能是鱼子酱煮白菜，注定机械复杂、使用麻烦、购置和运作成本高。
5 r1 K; [$ t) h& g! f/ I
+ K2 o. W+ Q; r8 {+ @在讨论无人机问题的时候，必须牢记成本和体系。$ G. K% P& G# R j
5 [! F h% T" \) @/ U# Q5 |
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。
4 k# h8 d% @! d. C3 M5 u
$ E6 ]5 J/ Q0 S8 v0 N2 `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。
+ @; |- L, e" U
/ g+ a. W- @/ N: [3 {# t) `
% P- S4 _! t. H2 y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5 E- S! Y' c8 q4 B9 x+ l4 x( L9 u, C
& r/ E: n* U9 M# _4 ?
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。
" \, j: E# u0 ^0 I 2 {! X" m6 _! p! h! Y) m7 }
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。6 \( o) J0 N, ?- w0 ?0 x
. l# T3 N- I C) c5 `9 [- X* j多旋翼的桨毂简单得不能再简单了，简单的驱动轴直接连到无铰链、固定桨距的旋翼，这是多旋翼低成本和实际上无维修的第一秘诀。
& m, U' T: ?' [
9 u; h1 C* I( F) }2 W/ _* m电动机之间同步简单多了，用电气和电子方法实现，不需要任何机械同步，这是多旋翼低成本和实际上无维修的第二秘诀。- ^$ Z ], v. P' Y/ F2 D
) s1 k# Y" U, T- b
电池动力的问题是电池重量和容量。这是多旋翼较难做大的拦路虎，但不是没有办法的，油电或者涡电啊，功率更大，续航时间更长。
3 k! P2 d9 Y& q
5 X: m* D6 g% ?9 J) i# l: y# Z油电就是用内燃机驱动发电机，油耗较低；涡电则用涡轴驱动发电机，功率更大。问题是交流发电容易，但交流电动机要变速，需要一套复杂的变频系统。直流发电本身就较复杂。全系统的重量、复杂性急剧升高，完全抵消了无人机的简单、低成本、无忧虑使用的优点。
: a3 N( `- P# P/ w
1 ~/ O! ^8 Q7 g6 W9 S( ^1 b涡电作为航空动力正在得到高度重视，但重量、复杂性和成本使得这还在很长时间里不适合在低成本无人机使用。还是只能电池动力。: A$ H# D1 J5 J4 O7 V( U
5 X. @7 C2 u1 o N* q电池动力的多旋翼成本低，使用简单，已经成为人们对无人机的认知。要在连排级部队装备大量无人机，只能是这样的无人机，不可能是油机。
8 o/ k+ @ C5 _( n1 [& G( m @& o7 V2 N$ j8 Z$ N9 ~3 _! }/ q( c
空军、海军的无人机是完全不同的要求，不去说它。陆军的集团军、合成旅级也是不同的要求油机无人机或许更加合适。连排以下的甚至到班和个人的，首先数量巨大，而且是半可消耗的，对成本必须敏感；其次小分队里人手紧张，没法伺候。必须是使用最简单、携带最方便、结构最皮实、无维修、性能够用的。还是只有电池动力的多旋翼。
* C0 T6 E$ A8 [8 V4 @1 O
; A( Q/ V, c2 n, B. ?5 R% Q唯一例外可能是彩虹817这样的微型无人机。这是很特别的设计，以前专门写过一段，这里不重复了。这对班用甚至单兵使用很好，但结构上决定了只能是这样的微型的，能力有限，连排用有点不够给力。
9 b6 F& N, M# p% {7 ]: b P' ^, D2 o# x4 e5 g( B6 a
* X& b) H- E$ t2 K! ^" T& x' N5 n
彩虹817是非常有潜力的微型无人机，但在本质上就做不大，班用很好，连排级有点嫌小了7 N( u+ [; O5 o
) {& w1 ?1 ?( ]2 Y, {eVTOL是多旋翼和固定翼飞机的独特组合，因此动力系统也可以更加灵活。多旋翼部份肯定是电动的，但固定翼状态下的推进可以用普通的内燃机或者涡桨驱动，同时为电池充电，用于短时间的垂直起飞和降落。& i& d) O; L- a3 q B" Y
: W: ~2 D6 t& V! R' b; g; s6 m' B
eVTOL对于合成旅侦察连这样的“专业单位”很适合。在平飞状态下，速度、航程比直升机或者多旋翼大得多，但可以垂直起飞、着陆，比固定翼无人机更容易运作，机械和维修简单，不需要太多伺候，但对于营以下的分队还是太大、太费事了。& y7 g8 ]8 t* y# s* C+ w
6 q( @- Y r' T0 R+ O0 R: @7 ^! N单兵巡飞弹在很多方面符合要求，但只能一次性使用，成本还是高。战争不是只要打赢就行，还需要在对经济和社会负担最小的情况下打赢，这才是真赢。在不影响任务完成的情况下，成本最低的手段才是最好的手段。这也是飞机投炸弹不可能被导弹所取代的原因，无动力或者短程武器的成本大大低于远程武器。单兵到连排级也是一样。巡飞弹很有用，但不是无人机的替代。
" S6 u+ o( I7 a. ^& m0 H0 n7 }
: P( }2 V0 E2 _5 T4 \) ~' U! 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。( O) G. n' z$ n5 o9 _; U0 @
# s$ e* r& x9 R" Q! L
# ]9 ]; o: a9 \% f `8 }9 `: ~2 R2 w“折刀”是典型的单兵巡飞弹, k1 k$ t: T3 |9 T3 G' ?
e& \3 e6 j( Z6 v
* J1 x( B* u0 r9 y' @) i发射后自动打开，就成了一架微型固定翼飞机
4 h% g# v' y& G& h
2 q Z! s& D V! b6 P) ^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。6 F7 W- {7 h/ u$ s
8 c3 t; O9 V/ D% r0 g
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。
: C3 p5 g* N% I# [# J5 F; L5 b6 ?
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。
; M3 O5 [% I. x- \ |
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
