|
|
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。
5 M- u7 u, J) h% J, `: Y( u O9 v6 r
5 ~% J, Y9 } f( YMQ-9“死神”是小型化、无人化的固定翼飞机/ d$ _; ^& B: b, b5 x& Q: o& T3 g
8 S( s0 B1 A. V; c+ Y
* n7 w8 Q8 d1 CMQ-8“火力侦察兵”就是小型化、无人化的直升机" y0 ?5 \0 o6 |# Y" F6 q1 X2 K
) L. _; L! \$ \0 D5 H
. ?7 a! j6 ?( K: ~+ d Q' Y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 A9 ?; ~1 p6 m: r9 Q7 h/ ?4 ^, M6 ~7 N ]% i | d0 y, {* X
6 I2 Y1 L" p# ]" e2 yElroy 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
+ V1 N; {! v8 ]
$ n+ `4 S- W' Q# y; ]" p1 s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。6 \5 `' `1 T3 _4 \8 K R
T$ t" [! _5 h/ q# ^9 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。5 t" ]( i9 |0 u* u2 H
9 \" H, }; c" V. g" u! x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。+ O9 n+ }, m0 i/ z
9 N9 {2 L7 d. N3 W3 p0 v
: D9 l# m* @) R* @+ v% F
这是桨叶系统的简化示意图9 M9 Z7 _2 h7 B) f" Y: m7 V) _2 Z
# _$ D0 \& d- b" t
" b; c& Z& k+ p! p7 h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2 Z# w* W7 m7 g6 W Y
0 g/ z* O1 I+ Q3 K
; @+ U" P0 D1 ?) }* M
相比之下，大疆这样的多旋翼就简单得“不讲武德”了
: ?% k( |: A! J7 M
3 y- O4 E# @$ l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。
. W) x1 e6 X H7 m7 D7 Z3 U' N
) L" g; c/ d) o# l& j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。
: U6 n1 b: s! }' i5 `0 E: a( a: ~+ `$ a; R) L$ X7 Z: G7 k
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。
) `1 X b' a; t7 f6 D$ z& ` * M0 z$ m- |$ l6 ~' `- r* ^5 B
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- i( F# p7 _$ e" _: o0 ^* s$ u
% C, e# ?5 E8 @; t2 R
: ?. Q6 Z9 i2 e; I5 R
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
; k: |: W: {! s: u1 ?2 O! e C ! O/ v% y( L) h( Y( T
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。
. [; D0 D- b* F; M5 W% L
# a, o. c; f" o3 `0 N
& `) [. i5 @% N; A1 e& ?: ?3 Y9 t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) v2 _% j5 F1 t; w5 `* Z. _
8 u" F: N: ^; T8 H h& ~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。
. }1 b" l& [) f
+ H2 N# ?' L0 i" L: Y& d
1 \9 {$ L5 d0 J! h. w% dCH-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) O7 q! g/ V" X, A0 e- x
' o, `) ]0 F6 r3 s( m, \- A4 _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。1 V' g0 W0 C- g/ u- W x; q
1 R' ]7 z' S$ Z8 c
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。
! {, v7 d$ S9 ^$ S, e
' [, n, x7 C7 \% X- |3 U3 x在讨论无人机问题的时候，必须牢记成本和体系。3 [+ c6 ?. P4 W0 C" P C% n
: n6 Y0 ?2 m: ?0 q' }1 C5 v
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。
! H7 F! A9 f+ R0 t3 T0 g( h * D) C! T: Y, |6 r6 s. ^1 S
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。+ Y8 g. v; W: Y0 O- f0 Q1 [
5 g% o5 ^" o$ m6 x
7 `' q2 O# Z6 \3 x4 X" I& F0 w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
?) F6 b, E& K# |' h K& D3 v 5 C8 J; u b% B5 c9 H m3 x6 B
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。# E) J& m" m5 V" G8 h# r7 U
5 W8 l- c6 n# \9 e& n8 Z D) 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。
( `, h5 X8 L |# F+ ]# m
( o! q! E' u- v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。: I7 `. h1 p4 F+ a$ R$ x
5 ~4 v: Q3 n. e; K3 ^
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。
& a/ g. i! j4 l% {, s& | 8 E" S( J+ w! e
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。
& H& L7 ]' J9 g: g m% E% E
; D9 G: v3 d, H2 t9 b8 w- Z9 W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% s+ j9 ^' c. [; Y( v' } f* c; X1 B# 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。
; ?: R) C# F0 l8 p' ^% {
. [4 w% R2 X9 |% K6 Y' ]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。4 x/ U+ d9 e3 Z9 |- K) r
0 A2 @, Y6 z7 d1 I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。) e! {5 U0 ] T1 Y a
& D8 I$ S3 E8 ~8 D* [" s4 I* 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。5 c9 M5 D. v& }- `$ \# \# I4 O B9 Q
$ n' Q( J. T$ T0 R1 ^
( Q; f6 o" u8 ?. 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" O* S# K% A: i7 z K
2 N' i6 M8 i: f* P& C) J, }# F* R3 s5 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。
# G% z5 u# }4 e( a" u& i4 h8 e- s! W3 n" A5 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。
7 @- x1 o" F; @+ {$ q6 @% Z* `8 @
. Q& N/ g u- E. ^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。' |, H1 c' H+ z! O, Q
; g6 k6 X) K# \ A: d2 ]! w; | |9 [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。
' q8 x4 a6 A$ [# ^& u( |
; o7 O# I( e: ]
0 w9 m P2 q8 S. A; S" W
“折刀”是典型的单兵巡飞弹
3 s- u. v: {* a; `6 n& S! f% e
1 S, {( |: `4 _2 d
/ j6 J& x0 ?2 S8 [发射后自动打开，就成了一架微型固定翼飞机
4 G. b0 C( g7 L/ k& v- I" K# \3 B4 J6 H3 a# S% H D5 d
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。
2 M5 ], a4 [/ L$ G
) ^2 |& y: q- Q% R3 K% G& @( r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。% v0 y1 E0 L6 F! K5 o( ~
- F+ }( ~% [8 G
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。2 N, q u! E+ L6 \4 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
