|
|
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。# n! t2 g' z5 _9 k5 \% `
$ A( ^) g3 F4 v$ Y
, K) S* F7 H# _! j: OMQ-9“死神”是小型化、无人化的固定翼飞机
! {" a X' {3 o; J. x, E7 }1 i' u, C' T0 r. X: c4 g
; O( v' ^. [7 F; \
MQ-8“火力侦察兵”就是小型化、无人化的直升机 N: k, n* S+ f; X
, }2 S$ v+ v1 c0 O4 K
0 w0 U! ]7 C* _. ]2 u; F各种大疆是典型的多旋翼无人机，在有人飞机里没有对应
. c9 T/ l) C& s+ x3 _9 e9 S# j3 g
6 j! S. E+ V7 `* |* E4 T
z7 b1 g; p; e( `6 k
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
0 ~& y, C- K$ [/ `9 W* @9 r1 n% S! Y
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 e% b" { W$ Y& E! y( F; V$ w
' m' ]/ @9 ]7 D1 L) u1 [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。6 g8 F* g. n$ L( K' ~5 ^5 s' e5 e! I
3 {& J" u- j" K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。( I6 D7 g. q& Y" b9 H; n5 s
( n* j$ k8 k5 E7 I, [) ]( o
. P4 M+ M5 R+ F- ]! V u
这是桨叶系统的简化示意图3 q7 j1 b8 |; t7 R4 U8 r# G3 @
2 c+ O7 A& g1 e! D( ~' l
' b# R& X6 C: K q1 J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
$ x7 D9 A" G# {* V, `1 s3 s* d3 F) u* h+ m
+ d0 b* V' O v/ h" X! v相比之下，大疆这样的多旋翼就简单得“不讲武德”了
7 N5 N, B9 a4 K7 H9 ]% g7 ~2 w
1 ?* d# n _( x4 P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。1 T3 K' q3 i: n2 a& U$ O/ y
, B6 }1 K' @+ D9 S' y
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。
- w s3 ?9 }1 A3 D4 o5 |
5 K7 U7 u' D9 @9 y+ q: d9 ]4 E2 a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 t9 s. ^, K1 W- Y; Q 5 s% z# [: C' p9 g- q0 N
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。% j' m0 T/ c# h |' _
) D, H5 F/ ]3 A
4 n6 v% }; C; y- D5 [
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8 D( T9 f" M# L2 C
1 q* f& a6 n& ^# _3 X$ h
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。" ~+ W; ~9 m5 N& t1 a
! C* x; O1 _' Y8 o4 g K# i
v' {# G+ _ d6 Y8 a
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3 E+ N4 Y& h- i# c5 h
4 }. j; _0 s4 v3 d) i V1 ?6 L" w0 GCH-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。( c8 A. d6 x5 R8 T. e/ P C& j
/ R% s: l* K/ M! ~; ?. \) o9 \
% W4 q- C' Z" ?( y* S4 E
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
' D7 O H S' y% L6 R( p - W" u+ f" w$ }: h
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。
+ Y/ z8 g" e- X( `1 L
) |* q# c. v, U4 b4 [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。# B* R. H- h9 d! x' P- L7 [ D0 ?
1 c) H: v" `$ @& {% S# A4 ?在讨论无人机问题的时候，必须牢记成本和体系。( f6 p0 c' R3 ?9 X7 n$ L
0 O% N$ U% ^" C; u) J6 \2 J
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。% p% P0 b. Y% H7 z' t+ F
: b6 d/ g2 X& q/ T5 Z- K' Q4 j- _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: J. |& z, n- F7 @, a
& h& h- L5 H9 [& y, }" x
! [. |) z/ d6 a' o# N7 h
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
0 x/ q' n7 H! V z8 z # k. e8 y5 P# a/ B2 _5 O. @
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。! U1 ]+ i# o0 G# `+ I) [ A; ]. |4 Z
8 d P% q: }$ n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。9 B% ^* q' W2 {$ o# c4 e
# P+ |4 w3 i+ F+ T$ a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 _! j m& ], P" g5 S
. X' T) ?$ S& u! u2 F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。/ h. S }3 ~. a8 U; U
4 E% V0 ~ W1 |% z6 ]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。4 l" C# B% h5 g+ ^' S1 d
8 ~& I1 B$ M6 v. s) ^1 v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。$ b# u3 k& Y# \. i3 X
! k6 H8 O0 L9 r
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。6 q1 L& v( \9 X g4 M% c
; \2 }; _4 e4 h. U y; r5 b+ c
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。, h0 f( g7 W$ m) I- Z* W
1 a* _7 |9 K* D- F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。# z* p! @ ^; p1 o% m4 v. b# |
5 A' b" U3 w* I0 k) _ }) V6 K
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。
0 U1 P2 B1 f* y: h$ I/ p) r8 \% o& ^' i/ _$ A
# B2 k- U% q. Y" i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
2 z4 |% P. {/ |6 q
2 ?' y5 |" y& p' {* j0 q( y( n; C6 z1 EeVTOL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 B# e5 i. R% l) ^( C
) n8 c! z" t4 a: m' j2 TeVTOL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。
( W, `& w4 U% j' n T z4 u' Q. M
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。
$ J. @/ P. m( A6 I3 J9 ?4 N$ v
# c4 B1 J+ L9 L0 b g4 K+ v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。$ V& g4 e) V5 s# F- H6 P; W+ o: r
, k* Y3 |' ?4 P4 B
/ |- W- Y' @& |. u( I& L3 j7 G8 e8 @“折刀”是典型的单兵巡飞弹
* t+ Z. e( O3 F" _9 b" p. \/ |! p0 \" e. H
& B) f1 f$ c$ ~1 i3 y" J发射后自动打开，就成了一架微型固定翼飞机- _' R& r7 i; |4 o$ W5 h
% i9 u& v6 v2 U
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。# K! q' y& G5 q7 _/ [
' J5 W- e2 j- O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。
5 i3 ~- h0 y$ w& l$ Z6 s7 n+ W* i! v# x% g m; Q' M3 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。& K( \2 R1 p, u+ W8 G/ h
|
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
