艦載機甲板布列調運問題的研究

汪曉龍 宋佳平

摘 要：本文分析了艦載機作業的基本流程以及甲板空間因素對艦載機作業的影響，將艦載機及其相關作業的調運空間和作業空間進行了區域劃分，采用先優先選擇區域再選擇站位的模式解決艦載機甲板站位艦移動的路徑規劃問題。

關鍵詞：艦載機;布列;調運

中圖分類號：E917 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）02-0224-02

航母甲板空間有限，作戰環境高度危險緊張，如果能夠在任務下達后最先出動戰機形成戰斗力并且在作戰過程中有條不紊地進行甲板作業，保持持久作戰能力，就能在瞬息萬變的戰場中占據先機。由于受到航空母艦飛行甲板空間區域限制，艦載機的飛行不可能同時滿足很多架次飛機起飛、著艦，因此艦載機的飛行特征被稱為具有多層蛋糕般的層次性。同時，航空母艦上人力資源相對靠港時要少，再加上等待、保障、起飛等功能區有可能相互重疊，如何合理利用飛行甲板有限的空間和資源，快速有效地調度飛機執行作戰任務，是世界各航母強國爭先研究的關鍵問題。

1 艦載機甲板站位間移動實時路徑規劃

1.1 艦載機甲板站位設置

艦載機甲板區域設置是按功能進行站位劃分的，艦載機所處站位不同，它所對應的狀態也不同。如圖1所示，艦載機甲板站位設置主要包括著艦戰位（1號區）、等待站位（2號區、3號區、4號區、5號區）、保障站位（6號區、7號區）和放飛站位（圖中4個黑色區域）。艦載機著艦后在甲板可能處于著艦、保障、等待保障、等待放飛、放飛5種狀態。艦載機所處站位區域和狀態共同決定了艦載后續動作流程。

著艦站位主要用于為直升機著艦提供足夠的滑行區域。等待站位為等待起飛，或等待進入保障站位進行保障維修的艦載機提供暫時待機位置。保障站位為艦載機進行加油、掛彈、維修等作業，可為艦載機提供長時間甲板停留。

理想狀態下，艦載及甲板作業流程為“著艦-保障-放飛”，但由于艦載機各功能站位可保障機位有限，所以艦載機從著艦到再次起飛作業流程也不僅相同。根據艦載機所處戰位以及流程要求，艦載機從1號1區著艦后至起飛區的可能路徑如圖2所示。艦載機每種狀態為艦載機甲板作業流程中的1個節點，艦載機每到一個節點接受服務就會進入等待隊列，而每個節點都有自身確定的排隊策略用于選擇艦載機進行服務并安排其進入下一節點。

1.2 艦載機甲板移動路徑規劃模型

艦載機甲板移動路徑規劃的基本原則為要使艦載機在甲板各站位間移動的路徑最優，即艦載機在狀態轉換過程中所用時間最短。由于甲板艦載機停靠情況未知，且艦載機在實際移動過程中所需時間不僅與所選站位有關、還有當前甲板其他飛機停放位置和運動狀態有關，所以建立以下路徑規劃原則：

（1）當艦載機由著艦站位著艦后，在存在保障站位空缺情況下，應優先選擇保障站位;若無保障站位保障，則進行等待站位選擇。保障站位應優先選擇不受艦載機起飛影響的6號區站位。（2）當艦載機由著艦站位選擇等待站位時應首先進行區域選擇，再根據該區域內空間站位距離遠近選擇站位。（3）當艦載機由等待站位選擇保障站位時，應首先選擇不受艦載機起飛影響的6號區。（4）當艦載機由保障站位選擇等待站位時，按照受艦載機起飛、降落的影響程度，在甲板面非站位區域活動時間長短和由等待站位牽引至放飛站位的時間長度等因素考慮，應按照5號區、2號區、3號區、4號區的順序選擇等待站位。（5）當艦載機由等待站位選擇放飛站位時，原則上2號區、3號區、4號區、5號區艦載機的放飛陣位應選擇10號區和11號區保障，并優先選擇不會對其他艦載機作業產生影響的10號區;6號區、7號區艦載機的放飛陣位應選擇8號區和9號區保障，并優先選擇不會對其他艦載機作業產生影響的8號區。

在上述分析和假設前提下，艦載機在各站位間移動的路徑規劃僅需考慮兩個問題：一是當前甲板空缺站位情況;二是下個移動站位區域。也就是說，根據當前甲板面上站位空缺情況做出要前往的區域規劃。

2 連續出動模式下的艦載機調度模型

當航母艦面事先已經布放艦載機時，若需要執行某一出動任務，則需要對艦面的艦載機進行合理的調度，以盡可能地縮短其出動時間。

2.1 保障需求模型建立

艦載機在保障區域進行加油、掛彈的時間直接影響了艦載機的出動速度，能在同一時間同時保障艦載機進行加油、掛彈的數量越多，艦載機執行后續任務的時間也就約充裕。對變量做如下假設：

：表示需要在同一時間進行航空保障的艦載機數量;

：表示第一型戰斗機的航空保障時間;

：表示第二型戰斗機的航空保障時間;

：表示需要進行航空保障的第一型戰斗機數量;

：表示需要進行航空保障的第二型戰斗機數量。

則：

2.2 艦載機調度模型建立

假設作戰周期內出動共出動艦載機數量為n架，且已經停放于艦面不同區域停機位;通過改變位于不同停機位艦載機的出動順序，以尋求最優出動方案，使得在優先保證n架艦載機出動時間最短的基礎上，令其艦面總的移動距離也盡可能最短，移動距離最短意味著對其它飛機作業影響程度越小。為此可將該艦載機調度問題轉換為帶有約束條件的多目標函數求最優解問題。建立數學模型如下：

：表示艦載機由當前站位狀態至最終狀態所需時間總和。

：表示艦載機由當前站位狀態至最終狀態移動距離總和。

M表示目標函數要求，各目標滿足的優先次序為：首先滿足n架艦載機出動時間最短;其次滿足n架艦載機艦面移動距離也盡量最短。

確定約束條件：

（1）放飛陣位選擇。當艦載機連續出動時，相鄰兩架艦載機的飛行周期，“著艦-保障-放飛”首尾交錯重疊。為保證起飛降落互補影響，以及艦載機起飛時不影響其它飛機進行甲板作業，連續出動時選用8號區。（2）移動路徑選擇。為確保安全，事件不同時發生，甲板面上只存在一架艦載機由某一種狀態向另一種狀態移動。（3）保障區域選擇。保障區域優先選擇6號區。

則艦載機出動時間計算模型可表示為：

：表示處于狀態下的艦載機數量;

：表示艦載機進行狀態改變時的牽引時間;

：表示放飛站位艦載機的放飛周期。

艦載機移動距離計算模型可表示為：

3 結語

如何能夠充分調動航空母艦上有限的空間區域、保障人力資源確保艦載機在飛行甲板上頻繁的調運作業實現快速、有序、合理、最優化是本文討論和解決的關鍵和最終目的。本文對艦載機的甲板布局站位進行了區域性劃分，通過系統規劃建立模型，得出艦載機在各類站位之間移動的實時規劃的最優化路徑。在艦載機連續出動的模式下，通過確定約束條件，建立基礎模型，從而解決以艦載機放飛任務的調度計劃。

參考文獻

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