|
|
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。
2 a+ p2 V6 }, W7 y
2 |. E2 `7 v( a! i
1 `2 k; x6 u$ {MQ-9“死神”是小型化、无人化的固定翼飞机
9 e1 B+ Y' v3 r+ h5 M$ U' c2 {; G# s3 O7 n. s5 O1 j5 Z
, n8 Y1 r8 Q; s; x$ s# dMQ-8“火力侦察兵”就是小型化、无人化的直升机5 p& G+ y9 P7 I4 M
; d* {2 L- q9 }, d
- [. f3 c' H: g5 B1 \+ d
各种大疆是典型的多旋翼无人机，在有人飞机里没有对应
$ q. e+ f% ^0 ]9 e! }' P
( q8 i& q9 ~( |( s' c* g
! l4 A5 ^+ U6 B5 C
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& _! i5 n/ Q& u" q1 \% c9 A9 [
: y1 M5 U$ A4 Y" v6 V/ _7 N0 t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。+ s- T' \/ e q4 _
( v* U1 }4 r9 w/ g( f
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 D/ K D/ ?2 E( l! Y& ?1 J
7 y; C' H- o, U8 J9 t- k( E
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。
- |- |1 M$ i% O S$ X
1 V$ P! m0 s5 H; [, l9 k
/ v; d5 @3 Y# s! A) @这是桨叶系统的简化示意图
3 u1 K3 S5 ?# ~. g! n
9 I+ v: V: C' j9 c* S# ~' @
) x& i1 f" I6 V# w9 R+ K; x
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 K. F0 U4 N: i3 Y2 c7 k! B5 L) L# o1 g) X
% E' d; |5 s0 u3 q! D7 u0 W
相比之下，大疆这样的多旋翼就简单得“不讲武德”了9 a! {0 q7 w+ R* |
2 z2 o4 D# a" W" o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。6 {. }) _4 M7 _% J0 s
0 r+ j' ?$ f$ s" j1 L! |
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。1 Z% i& ]1 i6 w0 C9 r
% F6 {+ k9 }) e8 p8 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。- G/ i, u1 R& O- J
5 @+ c) w" N8 W4 Z/ N8 `
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。
) M+ ^8 j$ t3 ]
* N- d! k6 { D; \* |
$ c. x; [: Y) a* X) r# [2 U
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 {% p/ q, T6 Z7 X, r. H+ ~3 s
4 N0 N9 z* n# l: q) A8 f, R
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。+ l$ b/ S+ C9 s: s S9 p
# _, ~7 j" L+ v4 w% L( ^7 r( S
$ f: l5 N; }; l
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$ I* } a1 U7 h, w
3 X+ ]9 g9 u$ v
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。6 ^" v6 E8 s: n' a n
" \7 x( r8 g; `/ |
6 S% j9 ~) q. l5 r: W: p! w
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
/ @2 k5 F" `/ p, x% [
9 }" J" A3 Y x. G' NMV-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。/ }9 M( ?4 z% \( \
a- @: v/ `6 b1 F& A0 w# g. [
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。4 Z- z8 ]0 H. _: ]9 g, S& T
* Z/ t' V p! g' \6 f4 p( u+ I* n在讨论无人机问题的时候，必须牢记成本和体系。* H, v7 F: T8 i5 \2 d7 y* @
' [' G2 u9 _: _. Z2 T% a1 ~# S5 A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。
) F% @1 R }& D; Y ) h, t% ^. I6 ~5 z! M; {) f
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。; t1 c# R$ a7 v
7 a/ Z# S6 e( Q/ D9 B
( U! R0 w3 q7 s4 J" R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+ ]. G' ]) n. Y4 f0 q! M& h [
2 K$ W( x* X a9 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。: M0 P8 u* x, X, U1 _# s. C; W$ W
9 W# t3 A' N" ?/ ]$ T4 D3 M! m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。
3 P, F5 T. K8 \7 {" H5 w - X/ f( f1 z; 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。: P7 H0 p8 O: t6 D! {& W l3 f
; i3 }' K0 R! }; p4 s( D2 Q
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。
) j9 B+ S( [3 N+ z6 `8 T% a , {9 @, X% M. f, K# V- r
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。" v$ ]% b( Y0 s8 I( L% ]
5 `& f/ ~# f) o( e) w6 @+ t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。
8 x8 r! I3 E! Y+ u% k: \
: z E, V9 ]" O' y( E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。; {- p2 z) b% j3 {' U$ R$ p7 F
+ k! [- F+ c( e# 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。
& Y/ |- v6 I Z# x; {* o
$ t* n$ }3 \: N( ]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。
- m: }& U2 M. f$ m; {: E# Z; D' Q! j$ h2 F! y% J
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。( |& x$ K V J9 n3 K/ M: X! n
" ]* R+ Y" M3 C4 l% e9 J
) K4 S! F) A0 V! W
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
S( S( p1 `& @6 X- G8 ]( B, T, S+ k' O6 I
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。: x. c; H' Y) E
$ z9 j+ @9 g' ?6 J) l- CeVTOL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。: { ]) d) b0 W
5 \( o+ `7 n& p7 [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。
2 V& a# N. W- H* M
B8 t' l8 v# z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。
4 F: S- c' |1 Y! ^& O+ W3 }6 k/ Q- n6 r3 v" q$ z- J- `
1 v2 ]8 q! G+ ]" K$ J6 k C“折刀”是典型的单兵巡飞弹
# ]# t9 f) |$ u' H, U1 v' f3 \% K, ^# D$ E% G' i
. _# ~' p4 w, Z% E$ Y
发射后自动打开，就成了一架微型固定翼飞机
3 g3 G" p/ b' N* ~! m
' B* r5 I/ p) u9 A3 l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。
5 k9 o" f' b0 v% @( \# Z: P1 l. ^; K, f' l% E6 ]7 y( j
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。 r3 J$ N. T3 _# a7 O1 y
' L" f( }8 u. r& P8 {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。% [& _* s2 b7 Z9 W l, O- Q8 x! |) l; 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
