|
|
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。
: ?) l+ @' L/ ~/ [+ l+ f6 ?9 x2 X( g8 {" v. i& j( o' N, w
) @1 S( p) S, w( X. Y; M
MQ-9“死神”是小型化、无人化的固定翼飞机
C) R5 v v& j7 p
/ S5 a- b) x: ], ?7 a
2 F6 _5 z$ b0 D% A5 r, z, `! q6 tMQ-8“火力侦察兵”就是小型化、无人化的直升机
; e9 R1 _7 x" R6 o: `$ ]9 S; B% F) p7 H# Z0 h. K; C+ P
& \: Q. X! v5 j各种大疆是典型的多旋翼无人机，在有人飞机里没有对应
* G) |6 w" f3 W2 U1 f1 |) w1 G, D7 Q1 Q! b! m- }8 i4 h
1 \7 Z( s6 r) G8 ^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$ W+ I3 b5 ~- F- N7 s0 @) M/ Y
' C% E5 i* _4 Q6 j% H! X) N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。; r+ S2 |1 h( \7 d4 h
$ g' b; z# I( L+ \6 O r5 ~+ ?2 U
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 H: K7 m/ v5 X- V+ m& R' C
4 s% U; J+ q5 A/ P- b# [& V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。
/ F3 h4 w- K2 i: v. @
7 X) m- `% h+ @3 V, i d7 v; T# H2 P
V+ u; y3 L; p这是桨叶系统的简化示意图; ~8 \5 I% ]. h* F. w
. w7 \' M& K* ~- m, H; {/ J1 G1 P6 E
" C. I1 P. v( j/ k3 d0 m
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
, ~5 s% w6 K. h) I2 G$ o V( t7 W
; Y) ]0 n2 x( m! D) s" X ~
相比之下，大疆这样的多旋翼就简单得“不讲武德”了% d _* e6 i! n. @' i
2 C. K; b( m2 b, B$ R" i$ S" [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。& ]0 `! m. s& X! X% l
2 V8 b2 ? ] M0 E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。
( b ^: |$ r' |9 ^- X
8 v7 W6 I1 D9 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。5 C; A# X6 O8 B8 @$ _9 y
& l* M0 y1 V/ r) a0 a- ]: x; D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。
6 t+ W9 ]( y6 a5 B/ _* _+ |8 b1 c+ B% ^0 f$ V9 ~
; x. h+ ^+ b5 n( F: `
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3 r. ?$ G- e$ r5 z! d
1 ]3 V9 D+ s& l9 C* d0 a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。* x9 h% h& S- d3 \
3 C9 |8 Z3 O' M: X
' S" o6 D4 Z& o" d# K5 k1 I6 E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6 C/ \. O5 `$ U; V# y6 w7 C
/ U6 \# }( ^: u7 q5 O% q
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。7 v9 R* r" s9 L6 L' T
( _. `- B8 y0 t. \# J& j" y- a
$ l0 w4 a; X$ `1 B( h% l& G
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( Q* k( m) }& V8 A( Q+ D; `
& t+ `) I( [! Q# 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。7 b9 Y: p6 d' g8 h
) C+ p( q$ w, B1 @( K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。* `3 ^5 F3 m3 G' c2 y4 ?8 k
- k4 Z" L' M- x
在讨论无人机问题的时候，必须牢记成本和体系。
* {4 B: ~) K; _# h. C9 ^+ M8 Q
0 {7 J" V4 {1 k" C+ }( Y$ d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。" H+ z) j8 {* C2 R* a; A
0 T8 d4 P1 F6 T# K8 n0 W p v$ ]" G
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。- E: |0 u8 [! y7 l; z9 f% c) C) n
) j# [1 e1 S( v$ s, L2 _( } U
0 `7 _$ C; T# K/ c: x6 ^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/ C) j2 H2 N% D$ @
) j# @; B/ T0 m. X3 I7 D) H9 J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。
5 {- I* F9 G% v, G8 _ ; A- |6 Z! h0 }8 s/ J! `' X
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 S) d9 Z3 l+ E( l6 f0 i8 k
: j" A& b+ e/ d! F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 ^0 X0 @- L( U W, v0 ^4 B1 p
& U* [1 O8 V) S- h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。
4 ~2 x0 {9 [6 X" i2 L7 H + p# g6 n/ p: D- b F; Q# Q% a) g/ Q
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。( j+ s, ~# d) M k8 B3 C
, ]$ p# X& Y6 _" r% O" Y& F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。% i- x& V* `- {
5 C& n( r* G9 u. R0 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。) F" i) D( P; u3 L- o# y: O
' T T. A* _1 f' o" O6 x4 ?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。/ N/ m+ x- a' W5 D6 X! K2 y7 ?
+ f9 k) p% Q5 m
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。
! h3 A) w7 c/ v3 g% W# h, D/ j
; z/ f4 ?& {. l, B( y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。2 S2 U' ?5 v! W# c0 ~
: O, n6 f5 F% c8 `( x$ w% z
" Y; D" A" r! ~8 b! S* ?
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
5 |: w1 @3 `! k* r# p+ \( `; p, M
$ D, @* i5 L) j) n |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。
% T/ ]; I6 U6 z5 o3 G- U8 S: M0 _
8 A. ?: n. ~* H1 V! N }$ veVTOL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。$ }& E1 X+ v( V
( |2 I e' j M0 a: h( ]
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。
) r/ Q0 Y" H& x! x- Y
% Q! o9 \9 D' Z- D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。- `7 `/ i2 x2 H" t+ G+ e. x
0 p" _# R9 c; v1 n# q! X& r! l# s' p& y
; x; p' e) p% w1 T) e p2 s4 H8 Y“折刀”是典型的单兵巡飞弹! q6 Y- r8 W2 `6 v1 q7 I9 i! u; P
7 P; F2 C- Y9 n" S$ p t+ m
h* F. z1 r- W& ~! {
发射后自动打开，就成了一架微型固定翼飞机" u( U( ~& `' Y6 k: r
- q& N) N' j4 ?& x$ G1 I9 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。
, U, D3 R" c' `
5 x, q/ y. ?9 b8 E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。
: v$ g n5 k ^+ H( O, x0 a, Y' P* l# y8 L+ S* S( d- ?% Y
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。# C* [4 |$ v& d$ ^( }
|
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
