|
|
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。
! \+ Q# k# w; h! i1 T0 p. z: _* b2 w5 V- S+ W
. l* }/ ?/ u8 C5 i" {
MQ-9“死神”是小型化、无人化的固定翼飞机
1 n) u0 O" L. O+ w) W+ a
, A$ r% V* m$ ?1 @+ b
3 c% g' x. G; k/ W' e
MQ-8“火力侦察兵”就是小型化、无人化的直升机, U8 s( l4 J F! F
- n, r. D4 H' f# W& a; V
/ p$ N; h4 i: a' c; ~( T各种大疆是典型的多旋翼无人机，在有人飞机里没有对应2 t; V# R8 l9 @6 J" }
& l5 p4 j% W0 U+ \
$ P+ l: l# B3 x' j6 P( n' @
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
7 J2 E' f" y5 Y5 X% r" a# v7 }) I+ X; @; {3 O i$ S" [
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。. g( F/ v& p7 _. @% K
" I* j7 a$ n; g: N3 M2 R0 b3 e, D
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 k* H. J. \" o; x( l/ A( [$ u; o7 {7 p7 [( u4 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。
$ c* \0 i& T+ [. e x8 g
; A7 D5 s; k2 R. u' _; H! C
9 u6 G/ x2 p* J8 ~" _这是桨叶系统的简化示意图, U5 _0 M$ V# |% f
% P' E7 S; n* P
; v8 Y4 u& Y, J
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 e* f/ k5 x# _, B8 {
4 |, U; S. Y) f3 g& Z# k8 k5 i' _) L2 I) _
7 p2 |& Q- {) J; p- R2 u; A
相比之下，大疆这样的多旋翼就简单得“不讲武德”了
0 G# v+ p1 `& d8 v' L! ^
# ~3 E7 m6 V4 |( N! ?2 \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。
% d7 [1 g0 q5 O0 B: h4 t$ f d' V4 n H" @5 V
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。
+ }0 _9 a- d2 L
+ O3 V9 h# V; Z9 I% C) l( d5 ^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! k$ v& P" S; i 4 E% V; V! K* @! Q! K4 [* T
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。- i3 k4 c9 t3 k. g9 l
7 B0 w. D/ J$ M' L
! p9 O1 q/ ^% W3 m
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9 k7 [! L' O2 P8 o
p. t; V" }# R2 [: l+ p5 |4 z
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。
! C5 K7 A% d9 \. E8 p2 V9 d
4 j3 P+ J8 V/ z0 G d
# c& N- a! T$ z" S, b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
! w! l9 a# ]: j7 \4 L5 ]$ Z: E# t * v8 _$ a: D2 o2 Q3 F$ {
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。
: b" ~1 E x; r, [/ \
5 U8 X$ A: m+ R1 _2 r+ `5 f; p
7 }* |- ?+ h% T6 x6 Z# S) y& _
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
3 I) D! B5 v9 V( O; V & C! Y* `1 r$ j! }, x6 A
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。+ K) b) u9 @0 X: a4 i, Y4 a
* X( v' ?! ?# e: N) Q% ?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 j% r/ o- ?5 r: Y8 C# c( ^9 m$ h/ g! {/ T2 f# q" u# k! B
在讨论无人机问题的时候，必须牢记成本和体系。6 x; m$ _3 }" H7 @. Z3 {) g
8 V+ ^( M! t+ m1 G6 ?1 F4 d# R3 |
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。% R7 Q: H4 n4 y0 p; m. O# w
$ q/ }5 |% v4 M8 y8 v/ S* N& y+ c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。
, k) q- u! Q4 k8 D( ]/ K
2 x. x! y' L; o5 w9 K, r. p4 b
3 B2 F% J0 a2 B' \
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
. M, @1 N8 W6 Y1 D, a) {) R9 O( {
' Y1 W3 j: ]4 @5 a( [% [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。0 n& @- `5 \2 V K4 {
6 M, H; I4 d2 J7 |* 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。2 v& P- D& g/ F
6 A% o! v4 O6 O4 |$ J7 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。: {7 Z' v: R- z8 \! c
+ C# v" S8 g9 \* w
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。; d7 e8 U8 i; Q3 ?' F
: T% @3 D b5 j3 \
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 W+ {$ y9 m1 L4 }: P5 e4 F1 r
+ e7 a0 n6 v) r) @
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。
1 c& U7 n- T9 ~' l
* M9 M' r( ~+ n& @2 _1 `* X4 t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 { F( P2 j! s! d2 o: _7 o
. z- `8 A% b, a! ?) \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。
3 t9 R# s) g( ~0 y2 R1 K3 z2 ~
8 _2 h1 Z( k- p' T1 C9 p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。! K) r( a- U8 m7 I: M* x- `
6 u4 L3 a, `" e. ^9 o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。
/ Z! M, B: l9 |1 ?0 c
1 {' y. @1 C( B) M" Y* w( P
! E9 o4 x4 Y- D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
( M* r& w& `& k7 e3 o- G
' i4 h; a8 a: {0 @8 I" deVTOL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。
\, e8 ~. Z0 m! K' Y$ v. `4 f8 _" H. W, I# ]0 R! p
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。
! Z. I) c) Y2 D k- `. j! |% m1 ~" j D/ b* t! [ E1 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。2 b0 z8 y* T$ Z, ], x
5 W5 m5 k* v' A n9 Z4 [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。
$ E$ [0 U0 I) d. X; }9 ~6 [& P
! {0 ]5 m+ K- w2 J+ @9 R0 M
" x/ h. J% }8 H# P) s9 d“折刀”是典型的单兵巡飞弹+ c7 ]/ n5 Y5 x ^+ C
! m. T' {- Y6 ~" t i
/ ]$ Q( f' w, c& \* f/ C) o' i发射后自动打开，就成了一架微型固定翼飞机, l5 Q2 J1 {& \; w: c3 p1 O+ t% s$ m3 h
$ Y& U2 E) K, v3 R
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。
2 K) B5 }& C6 ]
; r5 ^' }- L. s2 d9 H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。
* h& L R. N" S* v
8 x$ V* N, A- v& v2 s. }2 ^1 R& ^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。' L+ a3 p2 r! C8 h0 E) ], s% R7 h
|
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
