|
|
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。1 E& R! @1 E" z
; [- k$ u0 d! Q ^6 b
0 X: \3 d& [% Z! K+ G
MQ-9“死神”是小型化、无人化的固定翼飞机; o& Z2 U4 a/ h; y7 V) V2 T! p
# R8 J( U/ E+ Y' F" ]
. `# |. Y, V. G' `7 ZMQ-8“火力侦察兵”就是小型化、无人化的直升机
3 F( Y6 A& t- H/ u3 P9 h1 G) G) @
5 F9 p! V4 x2 h4 G- ]
! |) X' M- W 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9 r3 s) T4 u) c+ F3 Z! ]
4 H2 D/ {4 e+ ~# a9 B
; D/ ]0 y5 |8 Z' |
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
; a. d; `4 f2 K; w5 ]( U2 C
+ a1 z4 y4 p* h9 @7 \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。
4 V' x3 P( ^3 p6 D+ K% B7 |% b1 P B
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。
$ n. q; n4 C9 y. w% p0 O, Q8 ?) U9 c+ M' `. C
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。9 y$ s7 f7 t+ K& G
' V7 t( ^ E; \ E6 q' [6 D, Q3 K
9 v1 d/ s, g9 j* V这是桨叶系统的简化示意图
1 B& I8 s# |# M7 G) ?1 g" Q
" J) U$ e3 }0 @8 V
- r S- |: ]/ H3 A& M* s1 m- E
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; C: j9 G9 j% p r: |1 R
/ ^2 Q# s7 r- I8 H9 v
) S7 i4 R+ G! i: i. d
相比之下，大疆这样的多旋翼就简单得“不讲武德”了: p w# d6 P9 l: N4 Y8 H* v
# ?. w6 Z) F2 }/ J: I: F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 s# t e {' `) j
/ c9 I. R" Z$ r p
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。% u" j% M" G( s2 P& i
0 |8 x2 u' ?- x0 F! x8 _( v
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。7 | }: \! `7 ^9 o
+ L5 T Q# j0 a T! l. n+ A) Y' y
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。
; v0 d: e* p# I' h8 ?% y" q
! c. `) x. r- x( E( s3 E3 j. i, {
* Y2 z! Q, e, U$ E
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 X& I5 k# @% v, M # v' \. s9 _( G3 X( R: y% i
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。
/ X( T2 p1 L9 A8 G1 x. ~4 f8 ~4 P
. ~: ~4 P$ o1 j9 M
3 G: u7 }. G6 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9 R% z$ u# p7 X& ?7 l
1 z x" o& h ?4 ]: }# TCH-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& k& T8 t. Z! g8 b- L8 M# u* Q6 ^* {4 e
) d, Y% Z) X" }, k( B
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
) J9 B3 W9 x2 x" n0 }9 o& j
# h/ z8 V& ]- N& \ y9 K+ ~% V* D+ ZMV-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。) Q# i3 n8 m+ I) Y. B% \+ L8 z9 b
" i8 k9 v+ H4 o( h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% c, R/ Z7 A3 I
' A7 x' L2 C/ g) Z# y3 w# y+ C
在讨论无人机问题的时候，必须牢记成本和体系。9 B8 E4 A' k0 A
$ `+ Z/ y6 w9 C0 W7 o5 y: Y& ^8 x
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。2 B f- v6 P B% @' l* F0 l; e
' A* u" V+ b# N9 S& p0 h4 {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。
) p' O% S) d6 W( K$ h: K. \. H( E. H$ p; {0 [
' E6 z l' q- q7 h. B% O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9 l! n. O) n# i: e( @
) R- m. o2 R3 Z; L
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。8 o- P, g# u% R; F5 I5 c
1 F7 k1 S4 a. u, P3 R8 ?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。2 v/ h" H( ]0 q3 G: l1 c; c2 l
6 N( O% U0 P4 t6 x0 e# ~$ 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。
0 G6 ~( c8 X2 B0 T
8 Q$ _( ` t3 U9 g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。$ T2 O {# m9 b; X( \
8 a z' q1 k% n3 Z k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。
- I- O6 w. w3 {
" @4 n5 c) E5 ]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。3 K) |4 d/ a8 V, H
0 i! ^: c _& e% D }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。
- v1 F0 o4 N1 t6 Y- g) `" d! p" f* u
+ p* d/ t9 l' U& _$ h6 T! Q H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。
9 y7 y. x8 G- t$ t" `
; y; ?! Z* \6 g; n3 w7 b2 V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。
* l& ]2 i& I5 ]9 m+ F, c- M0 u3 o# d3 ?& T0 Z2 ]' v
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。6 B0 @& c2 k E( D2 y& p
$ W% ^$ J8 j/ @& m
9 w& w# w! L9 A; U! y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* q; }# x; R) m+ {1 F
% d( E" ^* x! b1 PeVTOL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。
& f1 F) y5 r+ z0 S
: t) H! x$ ?4 k8 ~# |: t$ m% O+ ^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。
% [/ L2 t1 N. n0 z1 e/ z- M/ X5 m0 a; H, Q, B5 G! a. j6 f/ j( X4 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。
0 i( ^( ?% T A2 {
I0 a7 G& h( 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。0 K/ X5 o# P+ [! {
* ~* [0 |9 u' X, u9 J
3 i; u* l$ f# {( _) t4 K“折刀”是典型的单兵巡飞弹
6 [- _" T% O5 x$ b% E% e' U$ g K1 g# c/ v1 A$ @% ^5 I
" R, T4 E9 ?% k( ]5 k, B/ F发射后自动打开，就成了一架微型固定翼飞机- U- y6 ~0 j4 Z
" t4 {$ b0 g" b- G+ o$ a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。" X, P. k4 Y6 A7 A& R
4 d) b6 }8 E, c: P2 z$ Y1 u
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。1 n6 P6 w: S1 H, Q, S+ z) K
& l& q; l2 N6 |' s1 c K
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。) J9 ^0 A+ [1 I; O: g- C( G
|
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
