美國航母艦載機出動回收能力評估方法

王 瑋，顏世偉

（海軍裝備研究院，北京 100161）

美國航母艦載機出動回收能力評估方法

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演習數據和文獻資料，歸納了美航母艦載機出動回收能力的三種評估方法，分析了三種方法的主要特點。

航母；艦載機出動回收能力；評估方法

0 引 言

由于艦載機的出動回收能力是航母作戰使用性能的核心指標，因此公開發表的資料較少，根據目前美海軍公布資料分析歸納起來，其艦載機出動回收能力評估主要采用統計分析法、經驗公式法和仿真實驗3種主要方法。

1 統計分析法

統計分析法是針對航母艦載機在一段時間內的出動回收作業情況，按作戰距離、每日不同類型艦載機出動架次、不同任務艦載機出動架次等指標進行統計，然后按照相應指標體系歸納、分析艦載機出動回收能力的方法。美海軍為了分析和評估“尼米茲”級航母的艦載機出動回收能力，提出改進措施，在 1997 年聯合軍演中進行了為期 4 天的高強度出動演習，累計出動艦載機 975 個架次，并由海軍分析中心對整個演習過程和艦載機的使用情況進行數據統計和評估分析。統計數據主要包括以下方面：

1）作戰距離。在高強度出動演習中，打擊目標多數分布在距“尼米茲”號航母 200 ～ 400 n mile 范圍內。

2）艦載機每日出動架次。在為期4天的高強度演習中，“尼米茲”號航母第1天出動架次達到了 248 架次，第2天出動 218 架次，第3天出動 230 架次，第4天出動 279 架次，平均日出動達到了 244 架次。

3）艦載機不同任務出動架次。高強度演習背景是對地面目標的持續高強度打擊。第9航空聯隊總共出動的 975 架次中，執行直接打擊任務 771 架次，占總出動架次的 79%；執行攻擊支援任務 104 架次，占總出動架次的 10.6%。

4）不同類型艦載機出動架次。在 771 次的艦載機出動打擊架次中，F/A-18 C 承擔了近 78.7% 的打擊任務，執行對空防御的 F–14 A 承擔了近 15.3%，執行電子戰任務的 EA–6 B 承擔了近 5.7%。由于演習中沒有設置反潛任務背景，因此 S–3 B 任務比例為 0。艦載機平均飛行時間達到了 2.83 h。不同任務艦載機出動架次情況如表 1 所示。

2 經驗公式法

經驗公式法是根據不同航母、不同時期艦載機出動回收能力統計分析結果，歸納總結出一般公式，以快速預測典型作戰任務下的艦載機出動回收能力。

表 1 艦載機不同任務出動架次和飛行時間Tab. 1 Embarked aircrafts' sortie and flight time for different tasks

2.1 美國防部對航母艦載機出動任務時間和出動架次的經驗計算公式

美國國防部在對航母艦載機費用分析評估中，使用了經驗公式計算艦載機出動任務時間和出動架次。美海軍認為艦載機出動架次主要由目標位置和作戰樣式決定，因此，建立了部署位置和任務樣式數據庫。數據庫資料包含了從 CV-41“中途島”號至 CVN-75“杜魯門”號等 15 艘不同航母在 1990 - 2002 年間的 35 次航母戰斗群的部署情況。部署海域包括地中海和西太平洋。數據主要來源于海軍歷史中心的航母戰斗群報告和海軍航空兵相關文件，數據類型包括持續時間、部署位置、打擊對象、艦載機航空聯隊的使用情況以及其他相關數據等。通過對數據庫數據的統計分析，提出了以下經驗公式：

1）出動任務時間計算公式

出動任務時間（HPS）=

式中：HPS 為出動任務時間；FR 為執行作戰、打擊飛機與執行作戰支援飛機的比值；主要任務區域/典型作戰樣式（如下列情況發生，該值取 1）PW 為與伊拉克作戰，以海灣為基地；RW 為與伊拉克作戰，以紅海為基地；IOTW 為對伊拉克非戰爭行動；AW 為與阿富汗作戰；BOTW 為對波斯尼亞非戰爭行動；SOM 為對索馬里行動。

2）出動架次計算公式航空聯隊出動架次=

式中：TDS 為航空聯隊出動架次；DD 為部署時間天數；AC 為部署的飛機數量；FR 為執行作戰任務飛機與執行支援任務飛機的比值；MC 為主要作戰樣式；在公式的變量中，主要任務樣式（MC）為虛擬參數，針對不同任務樣式而取不同的值。

2.2 蘭德公司對戰斗機單機日出動能力的經驗計算公式

為了對空軍 F-15、F-16 戰斗機的日出動架次進行快速評估，蘭德公司在分析兩型戰斗機維護和使用數據的基礎上，并借鑒波音公司對保養時間、出動架次和持續出動之間相互影響關系的研究成果，提出了兩型戰斗機單機日出動能力的計算公式。對于1架全天候的戰斗機而言，其任務時間主要由飛行時間和地面作業時間2部分構成，因此，一天中戰斗機能夠出動的架次為：

式中： FT 為戰斗機飛行時間，主要指戰斗機在執行任務時的留空時間；GT 為地面作業時間；TAT 為執行任務所需要的出動準備時間，主要包括著陸和牽引、飛行檢查、加油掛彈等時間，F-15、F-16 需要約 180 min；MT 為修理或替換故障設備所需時間。

根據對兩型飛機的保障作業分析以及波音公司對飛行作業和維護保障之間影響關系的研究成果，提出了兩型戰斗機維修所需時間的經驗公式如下：

由式（3）～ 式（5）可得：

3 仿真實驗法

美國新研 CVN-21 級航母出動能力要求大幅提高，怎樣分析和評估其新研航母艦載機出動能力是美海軍需要解決的問題。2007 年 10 月 22 ～ 26 日在圣迭戈召開的第十屆 NDIA 系統工程會議上，AVW 技術機構提交了“采用實驗設計方法（DOE）評估艦載機出動能力”的報告。

實驗設計方法始于 20 世紀 30 年代，起初用于農業研究，后來逐步用于工業試驗、過程改進、動態過程控制。實驗設計的目的在于明確系統中主要變量的特性、預報試驗結果以及優化系統的流程及效率。目前，美國空軍已經利用此方法進行了多種重要試驗，美海軍正開始逐步應用這種方法，并利用其進行航母艦載機出動率（SGR）的分析評估。

在美新一代航母出動能力論證中，主要將持續出動能力（sustained SGR）和高峰出動能力（surge SGR）作為衡量出動能力的主要指標。因此，在對艦載機出動能力評估中，將持續出動能力和高峰出動能力作為評估指標。驗證指標的選取如表 2 所示。

表 2 CVN-21 級航母艦載機出動能力評估指標Tab. 2 Evaluation index of SGR of embarked aircraftse on CVN-21

實驗測試平臺主要研究設計參考任務中每架艦載機出動和回收作業的時間和活動。測試平臺的構成如圖 1 所示。其評估模型的任務是評價設計參考任務下的艦載機出動能力是否滿足軍方研制要求，測定主要影響因素的影響程度和結果，為軍方判斷出動規模、作戰任務、戰區環境等主要影響因素是否滿足軍方作戰要求提供分析工具。

圖 1 測試平臺構成圖Fig. 1 Formation of test platform

模型中主要設定以下作用因素：1）環境因素包括海況和風力等級、能見度和天氣情況、一天中的作業時間；2）可用性主要分析裝備失效或不可用對出動能力帶來的影響，設定 CVN-21 的系統和艦載機 100% 可用；3）作戰任務包括出動規模（設計參考任務要求的持續出動和高峰出動時，出動能力的門限值和目標值）、作戰任務階段（在不同作戰任務階段，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給能力、機組人員增強配置、溫度、機組人員疲勞程度、油料彈藥可用度、可用艦載數量、任務循環時間等。

4 評估方法對比分析

綜上分析，美海軍主要采用 3 種評估方法進行艦載機出動和回收能力的評估，不同的評估方法具有較強的針對性，往往滿足不同作戰使用部門對艦載機出動能力的不同需要。統計分析法是對航母實際作戰使用或演習中艦載機出動情況進行統計和分析，特點是數據準確，可信度高，缺點是只能針對已服役航母，且需要進行大量的實際出動，費用高，周期較長，組織實施復雜，統計結果適用范圍較?。唤涷灩椒ㄊ且圆煌瑫r期不同類型航母艦載機出動回收數據為基礎，歸納總結出計算艦載機出動能力指標的一般規律，可快速預測典型作戰任務下的艦載機出動能力，輔助指揮員制定航空計劃，但經驗公式法必須有大量航母艦載機實際作戰使用數據為基礎，評估結果誤差相對較大，受樣本數據限制，適用范圍也有限；仿真實驗法是根據艦載機作業流程，利用計算機仿真手段進行出動回收能力評估。特點是適用性廣，可適應不同研制階段、不同作戰任務、不同類型的航母艦載機出動能力評估，準確度較高，所需費用較少、周期較短，可重復實驗。

［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，主要從事海洋與結構物設計制造研究。