艦艇編隊階段性作戰(zhàn)海上油料保障需求預測

陳 日，汪 濤，吳書金，全 琪,李忠國

(中國人民解放軍陸軍勤務學院， 重慶 401331)

目前，油料保障需求預測理論和模型方法較多。如李少鳴等[1]指出要根據(jù)作戰(zhàn)裝備、編成、樣式及環(huán)境特點等預測油料保障需求；李橫等[2]指出預測方法要盡可能縮小油料保障需求波動區(qū)間；李興明等[3]運用數(shù)列灰預測模型預測油料消耗量；劉國進等[4]、林平等[5]運用系數(shù)標準法分別預測油料需求量和艦艇編隊油料消耗量；賴偉等[6]運用蘭徹斯特方程預測飛機戰(zhàn)損量，進而預測航空兵作戰(zhàn)油料消耗量；倪聰?shù)萚7]運用灰色模型與支持向量機預測邊境封控油料保障需求；陸思錫等[8]、余小平等[9]、孫濤等[10]運用了基于灰色理論和BP神經(jīng)網(wǎng)絡模型組合預測油料消耗量；龔杰等[11]運用改進粒子群算法對灰色模型、平滑指數(shù)模型和廣義回歸神經(jīng)網(wǎng)絡模型的預測結果加權求和，預測油料消耗量。艦艇編隊海上油料保障與地面裝備和飛機(直升機)油料保障相比，具有其特殊性，要圍繞其戰(zhàn)斗編成、作戰(zhàn)樣式、海況敵情等具體條件進行科學合理的預測。

1 艦艇編隊戰(zhàn)時海上油料保障概要

油料保障是戰(zhàn)斗力生成的重要組成部分，海軍油料保障的重點是保障海軍的海上作戰(zhàn)，在海軍后方勤務中占有突出地位。戰(zhàn)時海上油料保障可延長艦艇海上作戰(zhàn)時間，擴大艦艇作戰(zhàn)半徑，增強艦艇作戰(zhàn)能力，提高艦艇遠航生存能力，海上油料保障能力是以艦艇編隊為主的多兵種戰(zhàn)術集群技、戰(zhàn)術運用，火力展開的基礎和前提，甚至影響著戰(zhàn)爭的進程和結局[12]。

1.1 艦艇編隊戰(zhàn)時海上油料保障特點

1) 油料保障數(shù)量較大，時間較長。艦艇油柜的容量普遍較大，世界各國大、中型水面艦艇的容量普遍可達百噸級甚至千噸級。因此，當艦艇遠離岸基保障基地執(zhí)行各項任務時，實施海上油料保障需求的數(shù)量較大，保障時間較長。近年來，海軍正抓緊實現(xiàn)近海防御型向近海防御與遠海護衛(wèi)型結合轉變。隨著海軍戰(zhàn)略轉型持續(xù)、深入推進，新列裝艦艇大噸位化趨勢明顯，主、副油柜容量明顯增加，對及時、準確、高效的實施艦艇海上油料保障提出了新的挑戰(zhàn)。

2) 油料保障海域開闊，隱蔽性差。實施海上油料保障的海域遠離岸基軍港，四面一望無際，既沒有天然遮蔽物作為隱蔽屏障，也沒有岸基防御體系作為保護，海域開闊，隱蔽性差，易遭敵發(fā)現(xiàn)打擊，這對海上油料保障的時機選取以及時效性提出了高要求。

3) 油料保障受環(huán)境影響較大，有利時機短。艦艇海上油料保障除易受敵方干擾破壞外，也容易遭遇氣候、海況等自然因素的影響。如遇氣候、海況等自然環(huán)境突變，轉為惡劣天氣，海上油料保障行動也會受影響，甚至中斷保障。

1.2 艦艇編隊戰(zhàn)時海上油料保障主要方法的選用

目前，艦艇海上油料保障主要分為錨(漂)泊補給、航行補給兩種方法，新型、隱蔽、高效、適應性極強的水下補給方法處于研究階段，還沒有有效應用的實例。兩種海上油料保障方法依據(jù)采取的形式、樣式之間的區(qū)別，又分為多種不同的方法，常用的補給方法共有7種，每種方法的特點各不相同，如表1所示。

由表1可知，艦艇海上油料保障方法中，航行補給的常用方法較多，錨(漂)泊補給的常用方法較少。由于錨(漂)泊補給對隱蔽性要求非常高，因此戰(zhàn)時一般不采用這種方法進行油料保障；航行垂直補給要依托直升機完成，補給數(shù)量較少、效率較低，戰(zhàn)時一般也不采用；戰(zhàn)時通常選擇航行縱向補給或航行橫向補給具體樣式中的一種。相比于航行縱向補給，航行橫向補給的效率較高，相同時間內補給油料的數(shù)量較多，但對海情要求略高。

表1 海上油料保障的常用方法

1.3 艦艇編隊戰(zhàn)時海上油料保障與平時海上油料保障的區(qū)別

艦艇編隊戰(zhàn)時與平時海上油料保障，作戰(zhàn)艦艇所處環(huán)境不同，擔負任務不同，行動目的不同，區(qū)別也較為明顯。

1) 艦艇采用的戰(zhàn)斗、技術參數(shù)不同。艦艇編隊作戰(zhàn)，戰(zhàn)機稍縱即逝，皆采用戰(zhàn)時戰(zhàn)斗技術參數(shù)進行，例如戰(zhàn)時百海里油耗、戰(zhàn)時小時油耗、戰(zhàn)時航速等；而平時海上油料保障考慮到經(jīng)濟性及發(fā)動機壽命等因素，采用百海里油耗、小時油耗、標準航速等參數(shù)。

2) 海上油料保障方式選取不同。戰(zhàn)時海上油料保障，較多選用航行補給方式，在確保戰(zhàn)時補給海域隱秘性的同時盡可能提高油料補給效率，再加上海況及氣候等因素的影響，補給海域及補給時機的選擇具有不確定性；平時海上油料保障，隱秘性要求較低，在海況及氣候較好的情況下，一般選用補給效率較高的錨泊補給方式進行，可同時為多艘艦艇加油，油料補給期間補給艦與受油艦艇皆為發(fā)動機停機加油，且一般將補給艦艇編入作戰(zhàn)艦艇編隊進行伴隨保障，補給海域選擇性較為廣泛。

3) 海上油料保障影響因素不同。艦艇編隊戰(zhàn)時油料需求量要根據(jù)海況及氣候、作戰(zhàn)樣式及強度等具體戰(zhàn)斗環(huán)境因素確定，具有較強的波動性；而艦艇編隊平時執(zhí)行任務或訓練，通常選在氣候適宜、海況穩(wěn)定的環(huán)境中進行，任務或訓練形式及強度相對穩(wěn)定，各因素對油料需求量的影響相對較低。

2 艦艇編隊戰(zhàn)時海上油料保障的影響因素

艦艇編隊戰(zhàn)時海上油料保障受海況及氣候、作戰(zhàn)樣式及強度、作戰(zhàn)時間等諸多因素的影響。艦艇編隊階段性作戰(zhàn)海上油料保障需求預測一定要充分考慮這些因素對初步預測結果的影響，才能準確預測油料保障需求。

1) 海況及氣候。海況指海區(qū)物理、化學、生物等性質及其變動情況，包括溫度、鹽度和密度的分布，水團和大洋環(huán)流的分布狀況等；在風力作用下，根據(jù)視野內海面狀況、波峰的形狀及其破裂程度和浪花泡沫出現(xiàn)的多少等，把海況共分為10個等級。當其他條件相同時，海況等級越高，艦艇的油料消耗越大，溫度越高，氣候越干燥，油料的自然損耗越高，在油料補給的過程中也越容易出現(xiàn)氣阻等現(xiàn)象，降低油料補給效率。

2) 作戰(zhàn)樣式及強度。不同的作戰(zhàn)樣式及作戰(zhàn)強度，會導致艦艇發(fā)動機處于不同的工作狀況，因而導致一段時間內的油料消耗量有所差異。根據(jù)作戰(zhàn)行動目的、規(guī)模和條件，會有多種不同的作戰(zhàn)樣式，采取的戰(zhàn)術、戰(zhàn)法也會有所區(qū)別，因而影響油料需求量。

3) 作戰(zhàn)時間。戰(zhàn)時狀態(tài)下，即使是在非交戰(zhàn)時間段，艦艇也存在著油料消耗，在其他條件相同時，作戰(zhàn)時間越長，油料的需求量越多；此外，作戰(zhàn)時間越長，參戰(zhàn)艦艇的數(shù)量可能越多，增加油料的需求量。

4) 其他因素。一是人員因素。油料業(yè)務人員素質高、業(yè)務能力強、技能嫻熟，會相對提高油料保障效率，反之降低；二是加油、受油的設備設施工作狀態(tài)良好，實用性較強，操作簡單，也會相應提高油料保障效率，反之降低；戰(zhàn)時狀態(tài)下，也要考慮艦艇的作戰(zhàn)損耗。

3 艦艇編隊階段性作戰(zhàn)海上油料保障需求預測模型的構建

依據(jù)艦艇編隊戰(zhàn)時海上油料保障影響因素及特點，以3艘艦艇組成的艦艇編隊為例，構建艦艇編隊階段性作戰(zhàn)海上油料保障需求預測模型。

3.1 背景條件

此次階段性作戰(zhàn)，艦艇編隊由集結海域出發(fā)，前往作戰(zhàn)海域作戰(zhàn)；作戰(zhàn)過程中，綜合補給艦從油料保障基地出發(fā)，航行至油料補給海域分別為編隊艦艇依次補充油料一次，待第3艘作戰(zhàn)艦艇補充完油料后，返回油料保障基地補充油料，油料補充完畢后，此作戰(zhàn)階段結束。

規(guī)定：同一時刻至少有兩艘編隊艦艇在作戰(zhàn)海域作戰(zhàn)；戰(zhàn)時通常不為艦艇補給附屬油料，本次油料需求預測只考慮艦艇消耗的液體燃料(主油，下同)，且品種唯一；所有艦艇在油料補給作業(yè)時的油料消耗量按照怠速油耗計算，其余階段的油料消耗量按照戰(zhàn)時百海里油耗及戰(zhàn)時小時油耗計算，綜合補給艦在油料保障基地補充油料為發(fā)動機停機加油且不計油料損耗；每次油料補給補充至受油裝備主油總儲量的90%(安全儲量)；此作戰(zhàn)階段沒有艦艇損毀。

該作戰(zhàn)階段戰(zhàn)場分布如圖1所示，海上油料保障時間軸如圖2所示。

L1為集結海域至作戰(zhàn)海域的距離(100 n mile)；L2為作戰(zhàn)海域至油料補給海域的距離(100 n mile)；L3為油料補給海域至油料保障基地的距離(100 n mile)。

TA→TB為艦艇編隊從油料保障基地航行至作戰(zhàn)海域；TB→TO為艦艇編隊作戰(zhàn)；TB→TD為補充油料前，三艘艦艇同時在作戰(zhàn)海域作戰(zhàn)時間，記為t0(h)；TC→TD為綜合補給艦從油料保障基地航行至油料補給海域；TD→TE為第一艘編隊艦艇從作戰(zhàn)海域航行至油料補給海域；TE→TF為綜合補給艦為第一艘編隊艦艇加油，記為t1(h)；TF→TG為第一艘編隊艦艇返回作戰(zhàn)海域；TG→TH為第二艘編隊艦艇從作戰(zhàn)海域航行至油料補給海域；TH→TI為綜合補給艦為第二艘編隊艦艇加油，記為t2(h)；TI→TJ為第二艘編隊艦艇返回作戰(zhàn)海域；TJ→TK為第三艘編隊艦艇從作戰(zhàn)海域航行至油料補給海域；TK→TL為綜合補給艦為第三艘編隊艦艇加油，記為t3(h)；TL→TM為第三艘編隊艦艇返回作戰(zhàn)海域；TL→TN為綜合補給艦從油料補海域返回油料保障基地；TN→TO為綜合補給艦在油料保障基地進行油料補給，記為ts(h)；TA→TO為艦艇編隊階段性作戰(zhàn)。

3.2 確立模型

根據(jù)上述背景條件，則艦艇編隊階段性作戰(zhàn)海上油料保障總需求量為

(1)

Qi為i型艦艇階段性作戰(zhàn)油料需求量；Qs為綜合補給艦階段性作戰(zhàn)油料需求量(保障給其他艦艇的油料不計算在該艦需求量之內)。

則有：

(2)

(3)

(4)

(5)

Wi為i型艦艇戰(zhàn)時百海里油耗(kg/100n mile)；Ws為綜合補給艦戰(zhàn)時百海里油耗(kg/100n mile)；Hi為i型艦艇戰(zhàn)時小時油耗(kg/h)；Hs為s型艦艇戰(zhàn)時小時油耗(kg/h)；Vi為i型艦艇戰(zhàn)時航速(100n mile /h)；Vs為綜合補給艦戰(zhàn)時航速(100n mile /h)；δ為怠速油耗系數(shù)，可知 0<δ<1 ；θ為該作戰(zhàn)階段海況及氣候、作戰(zhàn)樣式、強度以及其他影響因素的綜合修正系數(shù)，一般有θ>1。

將式(2)～式(5)代入式(1)，則有：

(6)

3.3 模型求解

在任意一種給定的實際背景下，Li、Hi、Hs、Wi、Ws皆為已知量，δ、θ可依據(jù)艦艇及環(huán)境的具體狀態(tài)確定，t0可依據(jù)作戰(zhàn)進程確定，都為已知量，Vi、Vs、ti、ts為待求參數(shù)(i∈N+)。其中，H、V、W三者之間的關系為

Hi=ViWi

Hs=VsWs(i∈N+)

(7)

則Vi、Vs可求得。根據(jù)背景條件，可得：

(8)

(9)

(10)

(11)

Pi為綜合補給艦給i型艦艇加油時的加油速度(kg/h)；Ps為綜合補給艦在油料保障基地加油時的加油速度(kg/h)；Bi為i型艦艇燃料油(主油)總儲量(kg)；Bs為綜合補給艦燃料油(主油)總儲量(kg)；Ai為i型艦艇作戰(zhàn)階段開始前燃料油(主油)實際儲量(kg)；As為綜合補給艦作戰(zhàn)階段開始前燃料油(主油)實際儲量(kg)。

Pi、Ps、Bi、Bs、Ai、As皆為已知量。因為t0為已知量，所以將ti、ts看作t0的函數(shù)，即：

ti=fi(t0) (i∈N+)

(12)

整理得：

(13)

(14)

(15)

式(15)中，εi、εs通過已知量可直接求得，ti為t0一元一次函數(shù)，可求；求得ti后，通過式(11)，ts可求，則Qi、Qs可求，解畢。

4 實例驗證

某艦隊組織3艦編隊海上油料保障演習，演習環(huán)境參數(shù)及艦艇部分參數(shù)(處理后數(shù)據(jù))詳見表2。演習結束，共消耗油料Xkg，其中第X階段共需求油料約1 120 t。

表2 演習環(huán)境及艦艇部分參數(shù)(處理后數(shù)據(jù))

用3.2節(jié)三艦編隊階段性作戰(zhàn)海上油料保障需求預測模型計算如下：

即該艦艇編隊此次階段性作戰(zhàn)油料海上油料保障的總油料需求量為1 127 348.49 kg，約為1 128 t。

5 結論

此模型可推廣至多艘艦艇單編隊或多編隊作戰(zhàn)海上油料保障需求預測。設：ti=fi(t0)=αit0+εi，可推得：

當n≥2時，αn的通項公式為

當n≥3時，εn的遞推公式為

(n∈Z+)