|
|
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。. I- b0 s. S/ ]" C2 x
2 \0 m. h" u) {& L# E* l0 G5 x( |
9 f7 p0 N5 K! L3 x! i% {. F
MQ-9“死神”是小型化、无人化的固定翼飞机
# L. `7 X, I. g1 a6 d6 { \7 H, `; j8 b) X
$ I* s. R( l: S0 U% {$ r+ w% Z
MQ-8“火力侦察兵”就是小型化、无人化的直升机) G5 a( |: n$ l4 b/ I
- T% F9 N5 H% P6 J$ t* x
9 t" ?+ x2 t; i1 y1 I各种大疆是典型的多旋翼无人机，在有人飞机里没有对应0 l4 x' o: {* x9 [! b5 Z/ c
/ o2 D$ d, m2 K* w- l$ L% z
3 C. i1 }% ?3 e. K9 W* s5 N4 L
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
1 c3 |+ o/ y6 } X
; H9 E' D( \$ g+ M% q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。
; C/ e. Y9 R0 @! m; I- c
9 S+ o |% ~( y; p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。
+ `+ L/ R8 j4 D% x! u: K1 U- F- V- n" i0 k* f/ a! J' T6 f
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。
% W1 |3 Y& O: s* J- t1 ~
1 A; Z* K4 l' w
' w: G: b0 g; T" M
这是桨叶系统的简化示意图
9 y$ {8 ~- K/ G7 | |4 j1 E
) b9 D9 Y8 }% ?9 Y& N( o
5 t/ }& _% [1 ^- Z' o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7 a: O" M/ h& }8 W. h
$ H7 C; J& ?, Q! E: i2 D( F
8 X; C4 ~6 m; p$ ]. {
相比之下，大疆这样的多旋翼就简单得“不讲武德”了
k, q. s, ?/ C; c7 F% S) j n I0 q) s0 v# }! \2 E1 V- w& v9 B% Z0 T
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。* m5 {% Y- }* b! z9 s
. \: \" X$ {' O, c
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。9 K% D$ M. I4 ?. \& l
1 P B) h; P9 E- x6 ~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。
; r! F4 l; K: W5 } ( D3 Y* O8 O4 r% |
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。- I- e8 \& s a0 P r |
% T$ j0 `$ a! Z" j; R, v0 i
?9 S! W0 H+ q$ i2 J2 }. Y
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
+ Q5 j! a$ s3 O) F6 r
; r+ v" ], `2 k( u% ~3 `- f( s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。
$ B4 ^' O) {6 b5 m" y; w' [% }- I6 j" ^1 G1 N& ]% Z: T+ O: a9 V% c
8 H, T m; L( y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
1 K- Y1 W n. K2 a* z2 o
; R, p# o1 G; NCH-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。
8 z G" D# A. X' x; I7 Y. z/ e+ }% E( Q4 h" V
# T7 {) I" P9 | X1 j8 {8 {
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; g2 p, c. w/ t) k
2 `+ `& [; w: C/ e4 X4 U4 u. Q! n B
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。( V' }2 }: f# [ h6 R
9 J& P5 f y$ }$ f8 a1 Y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。8 ^. I0 u1 {" C* x# W5 f' z" A
5 l- e) L2 Z2 D" [0 B
在讨论无人机问题的时候，必须牢记成本和体系。! m1 l( F0 P$ S. q) z- x
- u% `0 H: Q7 i5 s j4 q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。! v7 v& J0 M9 o
0 a8 g C* g L' T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。
4 U1 s" \* r! h& V% e
# \' z; D H) M0 O
- s+ N: T0 ^/ q: a E e7 E
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
1 S" i4 O. ^: r% Q $ F1 k+ _, f3 ^$ Z
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。/ @ g8 k0 Q0 Y! E
# \- w1 ?4 E3 H+ t+ Y" G6 ~
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。8 j" ^1 c2 g2 e1 a( \: W
+ ~- V5 S }# A) \/ O0 [
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。
* w, Q- M5 \" ?4 [$ Q
: C5 A0 e5 F9 Z1 w) m$ h. R9 ~$ K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 h" ?, j& g: G4 O$ B) @' d" v# w. G+ z
& d/ X5 ]$ z2 d8 m2 [
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。
" m9 u+ v9 f8 i/ Q P) h) _
9 \ W0 e% 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。$ h% k& G7 k4 `* M# G _6 V" a6 M
: o+ X* M" z6 v- x. X$ 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。 D2 M2 l! h/ p2 ?
$ R% L' W9 s* A+ `7 t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。5 v) Y: D3 _3 ?2 J! t
) _8 ~6 m0 @/ B+ L/ |) \; f4 z& u% i6 k
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。
s9 P; O6 ?! q* i7 h9 G8 ?$ t7 m1 O
5 o* G( y, ] p7 J3 t4 i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。& o- M7 m/ Q# D; M `0 f, ^
) ]$ B; b2 d0 d3 f; \# H- H: C
2 u) G" @/ f! {. \4 T6 ]. r
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/ b! X% g+ v- m5 G' K/ q4 M1 A
! b6 e7 [" z; n# f. k5 W6 G, T, BeVTOL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。
" X$ _% ?6 Z) O9 @. N" y' ?6 {# p& z, G+ ?
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。& p. q2 t+ ]; ?5 r8 ~
. E6 P* F+ u+ N+ |" L6 c: \7 L
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/ i7 B8 H9 e5 t3 M+ C3 {- `4 U- N
1 @$ Y; _/ e0 @$ L- I2 u
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。
$ G6 Z1 g* s+ {1 s; \6 g$ R# I- E/ ]- ^- C6 L; n5 ^9 i( J
) L, D3 _& F2 _# Y9 Y. k; M) N“折刀”是典型的单兵巡飞弹% X0 Z" a: _$ l; A) k8 o) B/ E5 l
1 X4 M+ F# h" j/ { v
8 {" Q; f- m! E- Q$ w+ T发射后自动打开，就成了一架微型固定翼飞机
. R) o0 a1 Q U& [3 b+ ~; D5 y! d: `0 }1 T, `/ s
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。
- F" v# I4 Y; M1 L7 f4 k
8 j" a' |% y! N1 Y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。
2 T. g: r* F5 X; \( w2 M4 j" l8 A7 u& C. ^& e }& B
徒步步兵比较麻烦一点，但他们的麻烦不只是充电了。背上一大堆巡飞弹一样不现实，还是需要某种随行的战术拖车或者什么东西来解决。) F7 [# l+ \) E( N# I
|
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
