|
|
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。& Q1 x5 H4 i6 }' W1 {
. H& }% k! W: o5 y
+ X/ i- K" {$ O; q2 cMQ-9“死神”是小型化、无人化的固定翼飞机
+ W6 `( G* _5 X2 e1 M7 Q8 d4 a; x7 c) c: m T8 q
, k0 ?* t3 P. ^, F5 E
MQ-8“火力侦察兵”就是小型化、无人化的直升机8 [# x3 W$ U0 a' p
* V2 {* Y$ x: P, @, l8 c4 C
8 O* |% E- s# B% R各种大疆是典型的多旋翼无人机，在有人飞机里没有对应
, P5 d& u% O/ j1 e& y: o* U
! m+ `6 ]0 }& M T C9 ]$ c
, S; T( Q& P8 O* D& |2 }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1 S& F8 _% Y# A4 T) m: b8 N
/ Q5 q N# K2 {+ v5 I7 ]. p% H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。
; e( m7 l4 L3 W% ]$ Q3 P6 V) w
! I: J) b1 `% Q7 w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。
: A& ]' m/ ?1 h" C4 i% c; i, Y7 j3 p7 [+ ?* z' 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。
/ y$ q/ [, m% W9 u7 p
( [. j/ N+ G0 |( w
2 D Q$ N. ~) m# i7 o1 w! ]这是桨叶系统的简化示意图
1 V0 ^, @* G9 U0 C8 L
9 p j' H; v6 {4 Q: w* G: q
+ b( E1 d; {5 x/ y; m% |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
6 i! L6 _' c4 r& N5 e- @( Y6 Y+ S
' s: R- A- V( A' G* \. H% f
8 i3 ~' \# F2 J3 Q" V! S
相比之下，大疆这样的多旋翼就简单得“不讲武德”了
0 l* Y3 }7 ]6 c0 {, ^- z
8 k6 M9 I% v6 L1 L3 Y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。
* |% q/ i0 B' ~3 {/ L# O, m3 k7 m% t! N( @- R
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。
! r6 Z' `* e/ G; P {! F7 }5 Q; o. b9 q. O6 _- J
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。- T1 R. D, q( [
- i, E/ b. T) f% j h" K" o: r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' K* |! @: Z* r0 @! d6 O ?. c) q( B9 ]% f' r
5 Y) A0 M0 W \' e5 L; 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 k8 ^5 d. j1 p' c5 E6 D
* d5 M9 ~; O. i 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。* v5 G2 `8 }+ @4 |/ E% ^: Z
! q; S7 ^+ `: m- Y: k
9 V, f. @6 e+ ^9 O9 |- e7 ~9 G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3 ]. @% H" w* _7 h
. E; u b' v% c; s: z
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。, I& t& U, b. r3 G2 l: O$ A
# H2 I; K6 o+ r, M- K" W) }
" W T% C& ]0 ^0 C( X
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
/ \5 p+ G2 Z1 y- y; ` 3 x% T0 w7 |# p. B5 z
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。4 H" e" {3 R+ y/ f: B
; v3 g, y" I8 A/ r
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。& `0 T Y8 l a' O) o/ J
/ n! F4 B4 N9 m, Q4 M在讨论无人机问题的时候，必须牢记成本和体系。
- k) @7 E! ~/ f% T v
# c! t: C F$ A' U! ~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。
/ I- s: m- X, }' v( A8 _" T 1 T- x# x# Q9 P4 }% Q
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。
_. L% D: ?" C3 V i5 j
( Q5 k; L" b4 {* z7 x6 V- P/ Y
& [& H1 z8 h) J O# V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
4 S' i* S5 x( x2 {, }+ q
# l# j' d+ h# E- {) _3 g" y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。 k$ R8 p7 N5 l% r, g' a; T Q
* ]% K T& o# n! p( ^( i1 S
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。
! o0 }8 {. g4 J( `* {6 h " @8 E+ q0 U% y' W& z& V7 b
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。
+ y, w( E- r2 L5 n! f6 g 4 ]8 D/ N- W$ }; V9 [$ 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。
9 j" h& x( O. t
- Y/ S# ?. |1 n! v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。. H6 H+ W5 k% o! I' ~
4 L# G' T1 ]; }/ B0 O3 F+ Y
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。9 Y+ ^' v0 O7 V8 p a- G( L O8 b
% S! T! j+ A: p
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。1 p- @; h6 V& s- x$ B D) @2 j$ j/ M( a
6 d- U- U( w5 O+ ?- 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。$ k: a. `, j. W. R, H
" w, ]3 \# l, [& s P9 u
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。
' ?! ]8 E! N* B2 Z1 s3 U4 Y
% n5 C& s) R: }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。
; n# N. c7 I x8 x% ^4 c6 [, k% l+ F8 ]* h6 ~7 P0 M
1 k3 K; `1 Z1 `" n
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& ~ o3 v
' ]( I, I' m" V. O% p+ V
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。
8 b2 G2 Q; m$ R% y0 q/ L; F; y3 Y( W+ O' |# ~3 g. B; a
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。% U7 Y0 A8 {1 {7 A# i
0 \/ c" n1 L+ B& K- q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。7 {6 I9 ?2 Z! U# X" @: F6 a
; {) G+ m: A& P! q+ w
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。
! ]: k, m( Z. I' [& u
7 }6 M/ L2 H5 y+ h
% p+ {- [* J/ U& K
“折刀”是典型的单兵巡飞弹& J, t9 n* a' ^
% I! J- o* {' d/ ~! {- Y2 \
) [+ u! D' t8 B; F; U: c; h0 e2 ]发射后自动打开，就成了一架微型固定翼飞机
! h$ d# Q5 S0 s1 T, x! ~& P: A" N' J+ c8 w/ z o R, c
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。. q) i* {* {& R0 x2 {
+ F/ `) z2 M* |0 u' b
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。: N- S* {! s, t3 u* t
) u+ B* _2 t4 }( L9 z( {4 o& |$ @3 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。) m8 `( X8 `, P9 A
|
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
