航母編隊航渡中艦載預警機兵力行動分析?

孫秀文 吳 剛 唐 晨

（海軍指揮學院 南京 210016）

1 引言

航母編隊具有綜合作戰(zhàn)能力強、遂行任務多樣、威懾力大等優(yōu)勢，但由于機動能力弱、目標龐大，也極易受到來自空中的打擊，因此防空作戰(zhàn)至關(guān)重要，是航母編隊的主要作戰(zhàn)樣式之一［1～2］。

航母編隊航渡中對空防御通常建立起遠、中、近三層防御體系，其中遠程攔截區(qū)距離航母約180km～400km（艦載預警直升機配置為200km，固定翼預警機為400km），由于我國航母暫不具備搭載固定翼預警機的能力，因此遠程對空警戒兵力主要由艦載預警直升機、掩護殲擊機、哨艦等兵力組成［3～4］。當實施遠程對空警戒時，通常以航母與主要威脅方向（如敵機場、敵航母編隊方向等）的連線為威脅軸，預警直升機在該威脅軸方位上前出至一定距離垂直于威脅軸往返機動實施警戒，殲擊機、哨艦在其附近實施掩護［5］。

在無明顯敵情征候的情況下，通常選取航母編隊的正前方或側(cè)前方作為威脅軸方向，預警直升機在該方位與航母保持相對陣位不變實施警戒［6］；但當有明顯敵情征候時，如經(jīng)過固定的敵機場，那么航母與敵機場連線所形成的威脅軸將隨著航母的航行而隨之變化，同時艦載預警直升機的配置和行動也要隨之改變。在現(xiàn)有有關(guān)航母編隊預警機配置的研究中，多是基于第一種情況進行的建模分析，如文獻［7～9］中，作者基于某一威脅軸方位不變，從預警機前出配置需考慮的因素著手，分析了預警機前出距離、巡邏空域和行動方法；文獻［10］通過分析對空防御作戰(zhàn)過程，提出了前出距離的確定方法；文獻［11］對預警直升機陣位配置后的警戒能力進行了數(shù)理分析，給出了影響其警戒能力的因素。這些研究成果雖對航母編隊艦載預警直升機的優(yōu)化配置起到了借鑒作用，但都沒有考慮威脅軸隨航母編隊運動而改變的情況，而這恰是實際作戰(zhàn)中經(jīng)常遇到的場景，因此研究航渡中警戒直升機隨威脅軸變化的機動方法，對航母防空作戰(zhàn)至關(guān)重要。

2 問題重塑

假設(shè)航母位于某海域向北航行，路經(jīng)敵某一機場，根據(jù)文獻［5］那么航母與敵機場的連線即為威脅軸方向，為及早獲取敵空中目標信息，航母艦載預警直升機應始終配置在該方位一定距離上。由于威脅軸方位不斷隨航母運動而偏轉(zhuǎn)，因而艦載預警機也將隨之偏轉(zhuǎn)，總體看艦載預警機的飛行軌跡將一邊隨著航母編隊向北運動，一邊向左發(fā)生偏轉(zhuǎn)（以便始終垂直與威脅軸往返機動）。為便于艦載預警機與航母協(xié)同行動，確保艦載預警機始終垂直于敵機來襲方向?qū)站?，需要給出直升機每次往返飛行的時間、偏轉(zhuǎn)航向。

3 模型構(gòu)建

如圖1所示，假設(shè)t0時航母位于H0點，向北航渡，航速為V航母，敵機場（基地）位于左正橫O點，艦載預警機位于威脅軸上的Z0點，距離O點距離為d1，距離H0點為d2，南北往返運動時，航速為V直升機，向北或向南的巡邏線長度為d3。t1時刻，航母航渡至H1位置，此時艦載預警機位于Z1點，現(xiàn)分析預警直升機沿或飛行的時間和飛行的航向。

以O(shè)點為中心，建立直角坐標系，OH0為X軸的正方向，H0H1為Y軸的正方向，則t0時航母位置點坐標為H0（d1+d2，0）；艦載預警機的位置點坐標為Z0（d1，0），巡邏線北端點Z0上坐標為（d1，d3），南端點Z0下坐標為（d1，-d3）。由于航渡過程中，艦載預警機巡邏線中心點要始終保持在威脅軸方位、距離航母d2的距離上，因此在航母不斷向北運動過程中，等效于艦載預警機巡邏線的中心點在圍繞航母為圓心，d2為半徑逆時針做圓周運動，且巡邏線相切于圓周。設(shè)t1時刻航母相對于原位置產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)角為γ，即∠H0OH1=γ，容易證明γ；過Z1點作Z0′H1的垂線，交 Z0′H1于Z1′點，根據(jù)直角△Z1′Z1H1性質(zhì)可得，任意時刻巡邏線中心位置點坐標為

圖1 艦載預警直升機巡邏線中心點運動軌跡圖

過 Z1上作 Z1′Z1的垂線交 Z1′Z1于 Z1上′，容易證明∠Z1上Z1Z1上′=γ，根據(jù)直角△Z1上Z1Z1上′性質(zhì)可得，任意時刻巡邏線北端點坐標為

同理根據(jù)直角△Z1下Z1Z1下′性質(zhì)可得，任意時刻巡邏線南端點坐標為

任意時刻艦載預警機向北飛行時的坐標為

其中ti表示第i次向北單次巡邏飛行的時間，Zix、Ziy表示ti時刻艦載預警機的橫、縱坐標。

同理，任意時刻艦載預警機向南飛行時的坐標為

航渡中巡邏線中心點以及南北端點的運動軌跡如圖2所示。

圖2 艦載預警直升機巡邏路徑變化圖

圖中“*”表示巡邏線北端點的運動軌跡，“○”表示中心點的運動軌跡，“+”表示南端點的運動軌跡。從圖中可以看到在艦載預警機沿著南北端點往返運動時，由于威脅軸方位在時刻變化，故巡邏線也在時刻發(fā)生變化和偏轉(zhuǎn)，理想情況是艦載預警機在往返運動時一邊運動一邊進行偏轉(zhuǎn)，任意時刻都在理想的南北端點連線上巡邏，但事實上這樣很難操作。簡便可行的方法是直升機一定時間內(nèi)沿著圖中某條巡邏線航行，待與北（南）端點接近到最小距離時，返回修正至下一航線。

由式（1）～（5）可得，艦載預警機沿著某個航向向北航行時，其位置點Zi距北端點Zi上距離為

艦載預警機沿著某個航向向南航行時，其位置點 Zi距南端點 Zi下距離為

4 仿真分析

為驗證分析上述公式的可行性，根據(jù)現(xiàn)行裝備的戰(zhàn)技性能，設(shè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如表1［12］。

表1 仿真參數(shù)表

利用Matlab進行仿真計算，范圍0≤γ≤45°，步長1s，可得艦載預警機的機動軌跡如圖3（a）所示，圖中“○”表示艦載預警機的轉(zhuǎn)向點；“+”表示南北端點；藍色“-”表示向北巡邏，紅色“-”表示向南巡邏，黑色“-”表示直升機轉(zhuǎn)向修正，相關(guān)數(shù)據(jù)如表2。

表2 修正前直升機飛行軌跡參數(shù)表

由表2結(jié)合圖3（a）可以看到，隨著γ的增大，艦載預警機轉(zhuǎn)向時與南北端點的最短距離不斷增大，即誤差不斷增大，為抵消誤差，當艦載預警機向南北運動時需要修正一個角度，且修正角的大小要隨著γ的增大不斷增大，下面進一步分析修正角大小的問題。

由于艦載預警機轉(zhuǎn)向時與南北端點是最短距離，因此艦載預警機轉(zhuǎn)向點與巡邏線端點的連線近似垂直于艦載預警機的飛行軌跡（巡邏線），因此修正角：

圖3 艦載預警機修正前后飛行軌跡圖

表3 修正后直升機飛行軌跡參數(shù)表

由圖3（b）和表3可以看出，修正之后的偏差距離得到了明顯改善，誤差基本控制在50m誤差范圍之內(nèi)，有利于艦載預警機的精確規(guī)劃飛行。

5 結(jié)語

論文以航母編隊航渡中艦載預警機警戒巡邏機動方式為問題，采用建模仿真的方法，探索了航母向北航行時偏轉(zhuǎn)角在0～45°范圍內(nèi)的直升機飛行軌跡和相關(guān)飛行參數(shù)，為航渡中航母編隊艦載預警機的飛行提供了一定參考依據(jù)。下步，可以以此為基礎(chǔ)，繼續(xù)探究航母編隊在不同航向、不同速度時的飛行軌跡和參數(shù)，以設(shè)計出適應航母任意航向和速度航行時，艦載預警機的飛行參數(shù)。