|
|
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。( s) i+ J# q3 Z. n1 k S- ^1 a
. P* U, u7 P9 q7 L& I: D
+ W8 {, ~7 p/ f, W: t
MQ-9“死神”是小型化、无人化的固定翼飞机, k& Q( W1 L/ G- C3 ^
8 z+ S* x0 q* ?. f
6 r, {, s7 @6 D+ M9 } D, HMQ-8“火力侦察兵”就是小型化、无人化的直升机
, d5 ~+ R% k- p
% W, _3 V/ o. ?, g
3 g# D4 \% z' w7 I- C/ N/ X
各种大疆是典型的多旋翼无人机，在有人飞机里没有对应# ]' D& V' W$ r7 G& ]5 ]
8 P# x) n4 ~/ k: ?# e
W8 j4 d0 v4 T; Z: U0 ^
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
! E0 k7 X% _* b1 F: o& m/ M' k
1 W3 Q! _, M3 v# A. 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。$ m0 c3 T# e- P% B; u
" j/ g5 _6 X3 R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。
, @7 ~) n+ T+ B* ~9 `/ `2 k8 S5 V; X0 N3 i. _7 b: O2 y
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。
8 j; x7 K' A+ h5 r7 B- R4 j9 v) u, }
, Q! }# W; \. H* O. h5 F这是桨叶系统的简化示意图
& {6 @/ ?0 E# W, u4 ]/ W5 p
- {5 ]7 j5 \( c- Q3 n
" f( |8 y; W6 O$ x3 W
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4 p8 n" o P, d/ g; G
. L" M! Q- q9 \; B9 Q
1 O0 E+ [9 | e* j' R" h: W
相比之下，大疆这样的多旋翼就简单得“不讲武德”了
$ A& z3 I$ e+ b% H
; c1 f) w7 k3 ]# @! s9 Z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。* D- T m6 N5 y) O7 w4 n1 r
: H1 u' V. i$ ~. E
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。7 w' E6 N3 I& W
9 y+ W d+ |! _, c$ Y: D* H3 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。# c% ^9 Y! D. M- N" Q" c
3 j. W' ?/ g8 }5 n: N& u; V+ M
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。# Q$ l! P7 i9 e8 f$ n Z+ k2 z F
$ a2 z% g2 D# X8 j+ k8 @
6 I9 E" V- `6 c* H5 a i: T5 i
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 L4 b! I/ M1 g K& C0 R- B6 \ 8 v- @7 d- H/ t% Z' w3 M
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。$ D* h) l- b/ F1 [8 U
1 f0 r }5 f: ^$ h7 P3 r
) H2 O- ^6 r/ \/ Y! x9 w- m3 k; j5 x- q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4 u( a; j$ B) o4 U. T& _8 ~
5 Z' f; Y+ U' C* o! z: 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。' S m8 l4 @- i& ]- @' E8 J9 p! J
( G9 V+ p; G$ Q: `0 a
" j+ F1 t# r0 q2 x5 K8 A" gCH-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
. l3 t! g7 f& A. `. z
: ^8 G3 A$ y1 H) o" A8 MMV-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。
- H& _: [. W3 I' I6 w4 l
$ t9 A# z; d) 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。4 W4 g' b& b* `& E! {4 t
( R4 q0 v+ Q7 D) U/ u1 E" |# T0 v
在讨论无人机问题的时候，必须牢记成本和体系。
! C6 z8 z- P1 Q# e: h1 {! n ?0 \2 }' `7 Q3 c( 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。
- k% L' B2 Y2 b$ P
! [6 ]" N9 y0 l5 t/ 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。. G8 Y. _; A2 L( i' V
+ X5 u- S) e, J/ e' l+ V5 d
o1 Z) D& M! V, F" E H
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
' S- O! v' C% k2 F7 C! }
, N5 P& o" V0 t" K. K. 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。7 u% E; r7 U$ b$ E# V
* v& ?5 y1 f V. o5 v4 ~4 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。& [( X2 E9 p) k3 H
1 x9 S( f7 _5 o% H1 k
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。% B9 K% \7 i3 j, H
; f# v) k2 h8 c3 B; D1 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。
! K2 w$ [ s* j* m
7 y, J9 ?9 ^% K# [# W8 F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。6 Z8 ?6 n' r+ \+ w, T- c
5 @6 X, h. z. T: 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。
% n; H: v0 L9 b( T8 N
! N; f6 q$ k1 A+ c; B; q: {% Y8 Z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。* r8 t+ s# X" p; K+ f
! C' V- x$ ]4 f7 s; U8 l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 ~/ I) I, S: o. p3 J# ?0 }" K# r( I+ r, 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。
1 J- H( ?8 j2 u5 J9 D4 n
; @( {1 b4 Z4 A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。0 t3 a4 B, C: e3 R9 r& |1 n
/ X8 F/ |# H& [1 j3 v5 G; c2 e" e
; [" q+ ^ O( j0 a1 ]# C$ a* t5 C
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
/ Y% P. p7 L; E4 G4 y) N
! H" P+ x) ]8 ?, W0 }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。
5 r+ A) s, c6 V! W. I, v. t6 Q+ S2 j" n f) u$ H
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。
' u$ N% g x B2 r% B3 a6 K0 I1 Z1 H5 H
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。
* s& j, p6 k) F7 J3 \! v8 K) }1 Z3 I) 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。! w& j0 T, F! ?2 D9 E8 Y) x# F
2 S# C+ g" @) f; s5 b6 O
' w4 k/ s& z5 {# `9 Y
“折刀”是典型的单兵巡飞弹
& A4 S2 x0 q9 {+ N5 ]3 _9 h& D6 d# I! A u. ^& o" T
, b3 m& o7 T) c发射后自动打开，就成了一架微型固定翼飞机( Q* X% T1 w& {( b: G5 j7 q
# {% Y a* N$ R: g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。$ z$ D- ~* E f
$ S1 u* `& e* d/ R& W$ Y1 h1 z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。
# w' s$ [9 @0 k$ E; m8 m! O
& ~6 q! L6 ~5 ~! o& a6 `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。
* {; D) m1 @- ~/ p0 u) E3 m |
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
