美國(guó)航母艦載機(jī)出動(dòng)回收能力評(píng)估方法

王 瑋，顏世偉

（海軍裝備研究院，北京 100161）

美國(guó)航母艦載機(jī)出動(dòng)回收能力評(píng)估方法

王 瑋，顏世偉

（海軍裝備研究院，北京 100161）

本文根本美海軍公布的相關(guān)演習(xí)數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)資料，歸納了美航母艦載機(jī)出動(dòng)回收能力的三種評(píng)估方法，分析了三種方法的主要特點(diǎn)。

航母；艦載機(jī)出動(dòng)回收能力；評(píng)估方法

0 引 言

由于艦載機(jī)的出動(dòng)回收能力是航母作戰(zhàn)使用性能的核心指標(biāo)，因此公開(kāi)發(fā)表的資料較少，根據(jù)目前美海軍公布資料分析歸納起來(lái)，其艦載機(jī)出動(dòng)回收能力評(píng)估主要采用統(tǒng)計(jì)分析法、經(jīng)驗(yàn)公式法和仿真實(shí)驗(yàn)3種主要方法。

1 統(tǒng)計(jì)分析法

統(tǒng)計(jì)分析法是針對(duì)航母艦載機(jī)在一段時(shí)間內(nèi)的出動(dòng)回收作業(yè)情況，按作戰(zhàn)距離、每日不同類(lèi)型艦載機(jī)出動(dòng)架次、不同任務(wù)艦載機(jī)出動(dòng)架次等指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，然后按照相應(yīng)指標(biāo)體系歸納、分析艦載機(jī)出動(dòng)回收能力的方法。美海軍為了分析和評(píng)估“尼米茲”級(jí)航母的艦載機(jī)出動(dòng)回收能力，提出改進(jìn)措施，在 1997 年聯(lián)合軍演中進(jìn)行了為期 4 天的高強(qiáng)度出動(dòng)演習(xí)，累計(jì)出動(dòng)艦載機(jī) 975 個(gè)架次，并由海軍分析中心對(duì)整個(gè)演習(xí)過(guò)程和艦載機(jī)的使用情況進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和評(píng)估分析。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)主要包括以下方面：

1）作戰(zhàn)距離。在高強(qiáng)度出動(dòng)演習(xí)中，打擊目標(biāo)多數(shù)分布在距“尼米茲”號(hào)航母 200 ～ 400 n mile 范圍內(nèi)。

2）艦載機(jī)每日出動(dòng)架次。在為期4天的高強(qiáng)度演習(xí)中，“尼米茲”號(hào)航母第1天出動(dòng)架次達(dá)到了 248 架次，第2天出動(dòng) 218 架次，第3天出動(dòng) 230 架次，第4天出動(dòng) 279 架次，平均日出動(dòng)達(dá)到了 244 架次。

3）艦載機(jī)不同任務(wù)出動(dòng)架次。高強(qiáng)度演習(xí)背景是對(duì)地面目標(biāo)的持續(xù)高強(qiáng)度打擊。第9航空聯(lián)隊(duì)總共出動(dòng)的 975 架次中，執(zhí)行直接打擊任務(wù) 771 架次，占總出動(dòng)架次的 79%；執(zhí)行攻擊支援任務(wù) 104 架次，占總出動(dòng)架次的 10.6%。

4）不同類(lèi)型艦載機(jī)出動(dòng)架次。在 771 次的艦載機(jī)出動(dòng)打擊架次中，F(xiàn)/A-18 C 承擔(dān)了近 78.7% 的打擊任務(wù)，執(zhí)行對(duì)空防御的 F–14 A 承擔(dān)了近 15.3%，執(zhí)行電子戰(zhàn)任務(wù)的 EA–6 B 承擔(dān)了近 5.7%。由于演習(xí)中沒(méi)有設(shè)置反潛任務(wù)背景，因此 S–3 B 任務(wù)比例為 0。艦載機(jī)平均飛行時(shí)間達(dá)到了 2.83 h。不同任務(wù)艦載機(jī)出動(dòng)架次情況如表 1 所示。

2 經(jīng)驗(yàn)公式法

經(jīng)驗(yàn)公式法是根據(jù)不同航母、不同時(shí)期艦載機(jī)出動(dòng)回收能力統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，歸納總結(jié)出一般公式，以快速預(yù)測(cè)典型作戰(zhàn)任務(wù)下的艦載機(jī)出動(dòng)回收能力。

表 1 艦載機(jī)不同任務(wù)出動(dòng)架次和飛行時(shí)間Tab. 1 Embarked aircrafts' sortie and flight time for different tasks

2.1 美國(guó)防部對(duì)航母艦載機(jī)出動(dòng)任務(wù)時(shí)間和出動(dòng)架次的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式

美國(guó)國(guó)防部在對(duì)航母艦載機(jī)費(fèi)用分析評(píng)估中，使用了經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算艦載機(jī)出動(dòng)任務(wù)時(shí)間和出動(dòng)架次。美海軍認(rèn)為艦載機(jī)出動(dòng)架次主要由目標(biāo)位置和作戰(zhàn)樣式?jīng)Q定，因此，建立了部署位置和任務(wù)樣式數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)資料包含了從 CV-41“中途島”號(hào)至 CVN-75“杜魯門(mén)”號(hào)等 15 艘不同航母在 1990 - 2002 年間的 35 次航母戰(zhàn)斗群的部署情況。部署海域包括地中海和西太平洋。數(shù)據(jù)主要來(lái)源于海軍歷史中心的航母戰(zhàn)斗群報(bào)告和海軍航空兵相關(guān)文件，數(shù)據(jù)類(lèi)型包括持續(xù)時(shí)間、部署位置、打擊對(duì)象、艦載機(jī)航空聯(lián)隊(duì)的使用情況以及其他相關(guān)數(shù)據(jù)等。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，提出了以下經(jīng)驗(yàn)公式：

1）出動(dòng)任務(wù)時(shí)間計(jì)算公式

出動(dòng)任務(wù)時(shí)間（HPS）=

式中：HPS 為出動(dòng)任務(wù)時(shí)間；FR 為執(zhí)行作戰(zhàn)、打擊飛機(jī)與執(zhí)行作戰(zhàn)支援飛機(jī)的比值；主要任務(wù)區(qū)域/典型作戰(zhàn)樣式（如下列情況發(fā)生，該值取 1）PW 為與伊拉克作戰(zhàn)，以海灣為基地；RW 為與伊拉克作戰(zhàn)，以紅海為基地；IOTW 為對(duì)伊拉克非戰(zhàn)爭(zhēng)行動(dòng)；AW 為與阿富汗作戰(zhàn)；BOTW 為對(duì)波斯尼亞非戰(zhàn)爭(zhēng)行動(dòng)；SOM 為對(duì)索馬里行動(dòng)。

2）出動(dòng)架次計(jì)算公式航空聯(lián)隊(duì)出動(dòng)架次=

式中：TDS 為航空聯(lián)隊(duì)出動(dòng)架次；DD 為部署時(shí)間天數(shù)；AC 為部署的飛機(jī)數(shù)量；FR 為執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)飛機(jī)與執(zhí)行支援任務(wù)飛機(jī)的比值；MC 為主要作戰(zhàn)樣式；在公式的變量中，主要任務(wù)樣式（MC）為虛擬參數(shù)，針對(duì)不同任務(wù)樣式而取不同的值。

2.2 蘭德公司對(duì)戰(zhàn)斗機(jī)單機(jī)日出動(dòng)能力的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式

為了對(duì)空軍 F-15、F-16 戰(zhàn)斗機(jī)的日出動(dòng)架次進(jìn)行快速評(píng)估，蘭德公司在分析兩型戰(zhàn)斗機(jī)維護(hù)和使用數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，并借鑒波音公司對(duì)保養(yǎng)時(shí)間、出動(dòng)架次和持續(xù)出動(dòng)之間相互影響關(guān)系的研究成果，提出了兩型戰(zhàn)斗機(jī)單機(jī)日出動(dòng)能力的計(jì)算公式。對(duì)于1架全天候的戰(zhàn)斗機(jī)而言，其任務(wù)時(shí)間主要由飛行時(shí)間和地面作業(yè)時(shí)間2部分構(gòu)成，因此，一天中戰(zhàn)斗機(jī)能夠出動(dòng)的架次為：

式中： FT 為戰(zhàn)斗機(jī)飛行時(shí)間，主要指戰(zhàn)斗機(jī)在執(zhí)行任務(wù)時(shí)的留空時(shí)間；GT 為地面作業(yè)時(shí)間；TAT 為執(zhí)行任務(wù)所需要的出動(dòng)準(zhǔn)備時(shí)間，主要包括著陸和牽引、飛行檢查、加油掛彈等時(shí)間，F(xiàn)-15、F-16 需要約 180 min；MT 為修理或替換故障設(shè)備所需時(shí)間。

根據(jù)對(duì)兩型飛機(jī)的保障作業(yè)分析以及波音公司對(duì)飛行作業(yè)和維護(hù)保障之間影響關(guān)系的研究成果，提出了兩型戰(zhàn)斗機(jī)維修所需時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)公式如下：

由式（3）～ 式（5）可得：

3 仿真實(shí)驗(yàn)法

美國(guó)新研 CVN-21 級(jí)航母出動(dòng)能力要求大幅提高，怎樣分析和評(píng)估其新研航母艦載機(jī)出動(dòng)能力是美海軍需要解決的問(wèn)題。2007 年 10 月 22 ～ 26 日在圣迭戈召開(kāi)的第十屆 NDIA 系統(tǒng)工程會(huì)議上，AVW 技術(shù)機(jī)構(gòu)提交了“采用實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法（DOE）評(píng)估艦載機(jī)出動(dòng)能力”的報(bào)告。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法始于 20 世紀(jì) 30 年代，起初用于農(nóng)業(yè)研究，后來(lái)逐步用于工業(yè)試驗(yàn)、過(guò)程改進(jìn)、動(dòng)態(tài)過(guò)程控制。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的目的在于明確系統(tǒng)中主要變量的特性、預(yù)報(bào)試驗(yàn)結(jié)果以及優(yōu)化系統(tǒng)的流程及效率。目前，美國(guó)空軍已經(jīng)利用此方法進(jìn)行了多種重要試驗(yàn)，美海軍正開(kāi)始逐步應(yīng)用這種方法，并利用其進(jìn)行航母艦載機(jī)出動(dòng)率（SGR）的分析評(píng)估。

在美新一代航母出動(dòng)能力論證中，主要將持續(xù)出動(dòng)能力（sustained SGR）和高峰出動(dòng)能力（surge SGR）作為衡量出動(dòng)能力的主要指標(biāo)。因此，在對(duì)艦載機(jī)出動(dòng)能力評(píng)估中，將持續(xù)出動(dòng)能力和高峰出動(dòng)能力作為評(píng)估指標(biāo)。驗(yàn)證指標(biāo)的選取如表 2 所示。

表 2 CVN-21 級(jí)航母艦載機(jī)出動(dòng)能力評(píng)估指標(biāo)Tab. 2 Evaluation index of SGR of embarked aircraftse on CVN-21

實(shí)驗(yàn)測(cè)試平臺(tái)主要研究設(shè)計(jì)參考任務(wù)中每架艦載機(jī)出動(dòng)和回收作業(yè)的時(shí)間和活動(dòng)。測(cè)試平臺(tái)的構(gòu)成如圖 1 所示。其評(píng)估模型的任務(wù)是評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)參考任務(wù)下的艦載機(jī)出動(dòng)能力是否滿(mǎn)足軍方研制要求，測(cè)定主要影響因素的影響程度和結(jié)果，為軍方判斷出動(dòng)規(guī)模、作戰(zhàn)任務(wù)、戰(zhàn)區(qū)環(huán)境等主要影響因素是否滿(mǎn)足軍方作戰(zhàn)要求提供分析工具。

圖 1 測(cè)試平臺(tái)構(gòu)成圖Fig. 1 Formation of test platform

模型中主要設(shè)定以下作用因素：1）環(huán)境因素包括海況和風(fēng)力等級(jí)、能見(jiàn)度和天氣情況、一天中的作業(yè)時(shí)間；2）可用性主要分析裝備失效或不可用對(duì)出動(dòng)能力帶來(lái)的影響，設(shè)定 CVN-21 的系統(tǒng)和艦載機(jī) 100% 可用；3）作戰(zhàn)任務(wù)包括出動(dòng)規(guī)模（設(shè)計(jì)參考任務(wù)要求的持續(xù)出動(dòng)和高峰出動(dòng)時(shí)，出動(dòng)能力的門(mén)限值和目標(biāo)值）、作戰(zhàn)任務(wù)階段（在不同作戰(zhàn)任務(wù)階段，裝備可用度和飛行員疲勞程度不同）、彈藥配置（早期和后期的彈藥配置不同）；4）其他因素包括航行補(bǔ)給能力、機(jī)組人員增強(qiáng)配置、溫度、機(jī)組人員疲勞程度、油料彈藥可用度、可用艦載數(shù)量、任務(wù)循環(huán)時(shí)間等。

4 評(píng)估方法對(duì)比分析

綜上分析，美海軍主要采用 3 種評(píng)估方法進(jìn)行艦載機(jī)出動(dòng)和回收能力的評(píng)估，不同的評(píng)估方法具有較強(qiáng)的針對(duì)性，往往滿(mǎn)足不同作戰(zhàn)使用部門(mén)對(duì)艦載機(jī)出動(dòng)能力的不同需要。統(tǒng)計(jì)分析法是對(duì)航母實(shí)際作戰(zhàn)使用或演習(xí)中艦載機(jī)出動(dòng)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，特點(diǎn)是數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，可信度高，缺點(diǎn)是只能針對(duì)已服役航母，且需要進(jìn)行大量的實(shí)際出動(dòng)，費(fèi)用高，周期較長(zhǎng)，組織實(shí)施復(fù)雜，統(tǒng)計(jì)結(jié)果適用范圍較??；經(jīng)驗(yàn)公式法是以不同時(shí)期不同類(lèi)型航母艦載機(jī)出動(dòng)回收數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，歸納總結(jié)出計(jì)算艦載機(jī)出動(dòng)能力指標(biāo)的一般規(guī)律，可快速預(yù)測(cè)典型作戰(zhàn)任務(wù)下的艦載機(jī)出動(dòng)能力，輔助指揮員制定航空計(jì)劃，但經(jīng)驗(yàn)公式法必須有大量航母艦載機(jī)實(shí)際作戰(zhàn)使用數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，評(píng)估結(jié)果誤差相對(duì)較大，受樣本數(shù)據(jù)限制，適用范圍也有限；仿真實(shí)驗(yàn)法是根據(jù)艦載機(jī)作業(yè)流程，利用計(jì)算機(jī)仿真手段進(jìn)行出動(dòng)回收能力評(píng)估。特點(diǎn)是適用性廣，可適應(yīng)不同研制階段、不同作戰(zhàn)任務(wù)、不同類(lèi)型的航母艦載機(jī)出動(dòng)能力評(píng)估，準(zhǔn)確度較高，所需費(fèi)用較少、周期較短，可重復(fù)實(shí)驗(yàn)。

［1］TRIBBLE J. Applying design of experiments methodology to sortie generation rate evaluation［C］//Proceedings of the 10th annual NDIA systems engineering conference. San Diego， CA: AVW Technologies， 2007.

［2］JEWELL A， WIGGE M A， GAGNON C M， et al. USS Nimitz and carrier airwing nine surge demonstration［R］. Alexandria，VA: Center for Naval Analyses， 1998.

［3］FISHER J. Developing & implementing the virtual carrier for CVN 21［R］. CVN21 MS & A IPT Lead， 2007.

Analysis on evaluation method of SGR of US aircraft carrier

WANG Wei， YAN Shi-wei
（Naval Academy of Armament， Beijing， 100161）

According to the relevant exercises data and papers released by US Navy， this paper summarizes three kinds of evaluation method of SGR of embarked aircrafts， and analyzes the characteristics of them.

aircraft carrier；SGR；evaluation method

E926.392

A

1672 – 7619（2016）04 – 0140 – 03

10.3404/j.issn.1672 – 7619.2016.04.029

2015 – 11 – 21

王瑋（1981 –），男，碩士研究生，工程師，主要從事海洋與結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)制造研究。