|
|
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。
% j# ?" V3 k3 }1 z) z6 t- ^3 A6 P9 ?
7 d- _. l5 m# U/ y: V5 @3 H
MQ-9“死神”是小型化、无人化的固定翼飞机
- H1 u/ ?* M9 K. C. E3 R5 [+ \: w$ g1 E' M# z8 r8 L
/ p. A9 Z, T; mMQ-8“火力侦察兵”就是小型化、无人化的直升机1 ~, J- n. A0 n5 z+ R% j
; h J G( n$ z4 @
0 _5 w8 Q0 h- s4 K1 a, ~
各种大疆是典型的多旋翼无人机，在有人飞机里没有对应$ Y- {- T6 ^2 G- X7 v0 K/ ?1 i, W* |; o
* m" D/ y" n1 f# X2 W
/ T2 z7 \5 C/ _1 W. p' G( 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
* B; y( k& X3 k. R7 [- D8 ~
% H9 E5 A- T1 X2 p9 H& F" J- K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。
, ^! y& k1 K! L3 M( D/ ?1 G" u
% A5 \7 i+ p( \, E- x; k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。9 C1 l/ v/ ~9 ~( k0 e* Z
# l9 V* X" o. F8 a
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。
6 s6 o1 @( E* W3 v$ E% D' x) n y, V4 u( k
) \+ z8 k+ M3 {) S; O
这是桨叶系统的简化示意图) h, Y b4 U0 D' Y. t
% d) x1 i' Q: }: ?6 j5 s
4 ?& n& H. |8 p5 C
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
8 | `# z# X9 Q) C+ u& ?
7 Q) X- y, X8 O% ?6 L* d
. T/ {" C. Z8 D; c7 v4 c& R相比之下，大疆这样的多旋翼就简单得“不讲武德”了 v+ b! M( l1 b1 o% n2 V$ {
! f7 {' r# p5 a5 g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。
* F4 j( i: M) F, I4 V0 \2 Z5 t# Y8 Q' [1 \4 |/ R: R; 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。. H3 D x8 O- Z; Q
/ @, _1 H9 z; e( N5 g5 ~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。
+ H, k* k4 r. M- M" C) u * g8 Q6 {0 J: t& }, E( ~+ X" K
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。
2 \# p* F& ^2 N0 E4 @" g3 |- z8 d0 K
- m& Q* y3 P6 y0 @6 \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- J3 h4 n" o$ W6 i: ~6 F0 D
- G: c, X! f: u( i- s# v& V
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。; |7 c" c. w+ j7 _1 F3 d
7 K/ T0 e4 V! V& z; M2 Y; k7 b0 K# |
2 h: l& w; c4 S! ~4 ?9 z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# u- B( `# L( \
+ k, R5 T/ A% b; `$ wCH-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。* d# P- x$ S# W& ]1 r/ h% y
& _; w! z N( i$ {& O4 ^
3 L- ?; Y \# G; W: b- ICH-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( A7 Z- v) |0 Q" s
1 x; C A, M; Q. L7 `3 `2 e% \5 \) eMV-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。
4 H3 h3 ^* c# g' y, v, x
( A3 f- `% d: C; j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。. U' Y7 a1 C" d; D& Z% \( v( A$ @
5 w; B' ~( _$ y5 T在讨论无人机问题的时候，必须牢记成本和体系。
2 r) N3 j& x: v- ]! |5 S1 s
3 V* o+ ]9 y; Y) O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。$ g# F$ f. b% h/ p* S6 c
( ~+ }+ d' ], A# R; v% W5 J- 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。6 S8 V7 ^; I* N6 {
9 K9 N: Z) k- F
% B0 C5 W7 R P1 S5 Q' s
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- a9 B2 K3 A: e! N
6 H; J3 G5 s# g# 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。
, ?% A" _- I% L " u& a1 b1 d! n: h9 `
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。) \0 i1 c: p- e" K& E, d) h
# g; a$ O$ f8 y' t7 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。
$ `( a, w1 [9 S* ?6 d1 Y+ d: t
% ]. d" \& {! H# z& S7 B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。/ Y/ Z+ d6 m/ k9 g8 z" }4 q
b2 y/ P6 a# T2 G! V/ z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。
3 `% }9 g5 L0 W; w3 C
0 r, J* {- _7 V6 Z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。
! U2 x- A" p, ?, p6 w7 ~) l6 ]: c1 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。
: }: U- \# g& ?- H: Q, n3 \' h D, _8 d$ f0 f! i
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。0 w, v/ J% \. j! m! c! v7 l/ x I
7 D2 w1 n' ] @$ k, o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。
, d) n F8 o9 n) s5 D4 S5 V
' R8 S1 N- s9 z4 v- n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。
# k: |/ K; t% b- f- @; f
+ e6 _5 z4 `0 I
2 i' Q% F: `8 O
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
6 w- f- ?/ B$ x* h1 n- _# y4 }$ W: f
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。( c) S* T7 U+ c% d& x! V% E1 o9 o: M
8 }' u' V( W% B' R% e
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。3 r% I6 B/ {5 K5 o
6 }, e2 g+ e$ }1 e1 r! x/ ^
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) f3 M6 ?4 c+ s3 N
: l2 O3 f- G1 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。
9 ~; N& ?9 D5 n# g( Q5 f, q9 {5 C
" \8 v' T* n* N9 k: P: U0 E" H
y' S1 L2 u% Z( B8 V7 N“折刀”是典型的单兵巡飞弹
/ x& [( O% ~: d6 T4 w
# S% Z0 J8 i' T7 Z1 s& S1 S
7 E% T" j2 g0 F发射后自动打开，就成了一架微型固定翼飞机
! t/ f2 F' E- p
* K: x5 ]; ?3 r5 x7 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。' E2 t7 _7 Q& e; Z
, `* n! K# z$ R1 H1 _: t0 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。$ O" |& C- ^: g! x0 F) L
7 K: {2 b" q5 D2 b' d& 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。
% S$ }, g- E* H- B, X( s/ _ |
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
