航空母舰飞行甲板作业及弹药转运系统分析

史文强 李彦庆 陈 练

1江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江210013 2中国船舶信息中心，北京100192

航空母舰飞行甲板作业及弹药转运系统分析

史文强1李彦庆2陈 练2

1江苏科技大学船舶与海洋工程学院，江苏镇江210013 2中国船舶信息中心，北京100192

飞行甲板作业是影响舰载机出动架次率的重要因素之一，而在飞行甲板作业中，弹药供应始终是一个难题。针对美国现役“尼米兹”级航母的使用特点，重点分析国外航空母舰飞行甲板作业的任务组成与时序，论述弹药转运系统的基本组成与流程，提出弹药需求量与弹药转运能力的匹配问题，最后总结美国“福特”级航空母舰新型弹药转运系统的特点，验证了弹药转运系统研究的必要性。

飞行甲板作业；弹药转运；出动架次率；甲板作业时间；航空母舰

0 引 言

舰载机出动架次率是衡量航空母舰（简称“航母”）作战能力的重要指标，国外非常重视对其的研究。根据美国的研究结果，航母舰载机出动架次率与舰载机本身、机组人员以及飞行甲板作业3大因素紧密相关，其中，飞行甲板作业的影响最大［1］。

航母飞行甲板作业包含飞机的弹射、回收，以及飞行甲板周转作业（包括加油、挂弹、牵引、维修保养等）。其中，挂弹作业的后勤支援最多，需要舰上一套复杂的弹药转运系统来负责供应航空弹药。弹药转运系统涉及弹药库、弹药装配区、升降机、弹药推车以及弹药运输人员等多重因素，同时，整个弹药转运流程还跨越多层甲板（从底层甲板到飞行甲板），具有高标准的安全要求。目前，我国在架次率研究上还缺少对该环节的系统认识和分析，而美国在研发新一代“福特”级航母时已充分意识到弹药转运系统的重要性，对相关单元的总布置进行了大改动或优化设计［2-4］，显著提高了作业设备能力。

1 航母飞行甲板作业

本节将依据美国“尼米兹”级航母的作战使用经验，分析美国航母飞行甲板作业的任务组成、时序及各任务的作业时间，并分析弹药转运对航母飞行甲板作业的支撑作用。

1.1 任务组成

美国海军通常利用飞行甲板作业周期来规划航母的飞行甲板作业。在正常部署情况下，航母舰载机航空联队每个飞行日的作业时间约为12 h，期间会划分为多个作业周期，作业时间各不相同，主要分为1＋00周期（1 h）、1＋15周期（1 h 15 min）、1＋30周期（1 h 30 min）和1＋45周期（1 h 45 min）［5］。飞行甲板作业周期真实地反映了航母保障舰载机的能力，对于同样的作业，如果所花费的时间越短，则证明飞行甲板的保障能力越强。

根据美国航母的使用经验，1＋00周期作业时间最短，每日可出动的作战架次也最多，航母的作战威力自然也就增强，但这会使飞行甲板作业变得非常紧张，明显增加其工作压力，而且更易引起甲板工作人员的作业疲劳，进一步增加作业难度。此外，鉴于飞行甲板周期循环进行，过于密集的短周期作业，即使是1＋15周期，也会导致甲板作业在一定程度上的混乱，带来安全隐患。而过长的飞行甲板作业周期虽然可以缓解作业压力，但却无法满足作战架次要求。因此，在满足近海高强度作业及中程持续打击的需求下，航母上的飞行甲板作业周期昼夜均采用1＋15，1＋15，1＋40周期循环。

在飞行甲板作业周期内，完成的作业包括舰载机的弹射、回收，以及飞行甲板周转。其中，对于单个飞行甲板作业周期，首先进行一批次舰载机的弹射，然后再实施一批次舰载机的回收。

1）弹射

美国“尼米兹”级航母有4部弹射器，其中2号和3号弹射器使用最频繁，单架舰载机的弹射时间需要30～60 s，但是按照高峰演习的节奏和出动速度，每3部弹射器完成3架飞机的弹射需要2 min，则一批次15架飞机弹射起飞通常需要10 min。

2）回收

舰载机的回收作业每次只能回收1架飞机，着舰间隔约为45 s，包括飞机着舰、离开着舰区，则一批次15架飞机回收通常约需10 min。

3）飞行甲板周转

飞行甲板周转作业包括除舰载机弹射与回收外的所有任务，根据具体情况，可能包括舰载机的弹药卸载、系留、移除触发装置（Cartridge Activat⁃ed Devices，CAD）、维修保养（如充氮、换胎）、加油、挂弹、弹药检查等任务（图1）。美国海军把在一个飞行甲板作业周期内，F/A-18舰载机可以用于飞行甲板周转作业的时间定义为“可用时间”。从1997年美国“尼米兹”号航母高峰演习的数据分析来看，可用时间在25～57 min之间，具体详见表1［6］。可用时间并不会随周期时间成比例增长，飞行甲板作业周期时间每增加15 min，可用时间约增加10 min。

1.2 任务流程

图1 一个飞行甲板作业周期内单架飞机的作业流程Fig.1 The flow chart of an operated aircraft in one flight deck operation cycle

表1 F/A-18C舰载机飞行甲板周转可用时间Tab.1 Available time of aircraft turnaround for the F/A-18Cs

飞行甲板作业周期可细分为4个部分：弹射时间、回收时间、任务规划时间和周转作业时间。其中周转作业时间主要包括飞机加油时间、弹药搬运时间、在飞行甲板上飞机调度/定位时间、在机库甲板上飞机调度/定位时间和飞机维修保养时间等。

飞行甲板作业是一个复杂的过程，但却有一套规范的作业流程，主要包括：

1）着舰。

2）着舰的舰载机如果还携带有武器，将直接至武器卸载区卸载武器，然后再移动至其在甲板上的初始位置，直至回收作业结束。

3）当一些舰载机停留在初始位置时，其他一些舰载机被牵引至新的地点。

4）加油人员为舰载机加油，挂弹人员为舰载机挂弹，维修人员对舰载机进行维护。与此同时，非完好的舰载机在甲板上被维修或与机库中完好的舰载机交换。武器和消耗品被送至甲板上，而空的、运载武器的弹匣则被送回到弹药库。

5）准备好的舰载机被牵引至起飞准备点。

实际作业时，舰载机飞行甲板周转作业时间非常紧张。根据1997年美国“尼米兹”号航母高峰演习的数据，对于单架舰载机而言，完成一个飞行甲板作业流程（图2和表2）需要22 min。但对于一批次飞机来说，完成飞行甲板周转各项作业时可能会有排队现象，这将增加总的时间，甚至有可能会超过可用时间。

图2 一周期内飞行甲板周转作业流程Fig.2 The flow chart of aircraft turnaround on the flight deck in one flight deck operation cycle

表2 一周期内飞行甲板周转作业流程时间分配Tab.2 Time assignment of aircraft turnaround in one flight deck operation cycle

1.3 弹药转运对甲板作业的影响

参照表2，在飞行甲板周转作业中，耗时最多的两项作业是舰载机的加油和弹药挂载，分别为14 min和8.3 min。但这两项作业的前期工作准备量却相差很大。对加油作业来说，燃油通常可以通过舰上自动化的输油管道完成输送，补给较为便捷。但对于挂弹作业，作业开始前的弹药转运工作却十分繁琐。每一批运至飞行甲板、供挂载作业的弹药都需要经历一个复杂而耗时的处理过程：从弹药库的取出到单独装配再到各个环节多层次的搬运过程，只有保证了弹药转运系统正常高效的运行，飞行甲板上才会有充足的弹药供应，甲板周转作业才能顺利进行。

根据作战任务的不同，弹药挂载的作战架次比例通常是一个确定值，同时参照舰载机的基本挂弹配置，便可基本反映舰载机航空弹药的消耗情况，同时推算出航母单个飞行甲板作业周期，以及多个飞行日的弹药需求量。例如，在1997年美国“尼米兹”号航母高峰演习中，4天共出动了975个固定翼架次，舰载机攻击架次占到近80%，其中727个架次装载了弹药，有683个架次成功袭击了目标，总投弹量达1 336枚，平均每架次投掷2枚对陆攻击弹药。这也就意味着，在高峰演习时，航母平均每天要完成181架次的挂弹作业，按照美国舰载机对陆攻击6枚导弹的标准配置，航母每天需完成的弹药转运总数达1 086枚。一旦弹药转运能力与弹药消耗无法匹配，舰载机将没有弹药用于攻击目标，甲板周转作业流程就会受到限制，甲板周转作业时间也会相应增加，从而影响舰载机的出动架次。而弹药转运能力过剩，也会导致弹药堆积，从而对航母的安全以及其他甲板作业产生影响。

2 弹药转运系统

2.1 弹药转运系统组成

本文中的弹药转运是指航空弹药从航母底层弹药库中按照清单取出，在完成一系列组装之后最终搬运至飞行甲板的过程，这是一个作业密集、工作量大、耗费时间长的舰上物流过程。在“尼米兹”级航母上，弹药从弹药库取出至飞行甲板舰载机停机位，所经过的路程在402 m左右，往返时间近 2 h［7］。

弹药转运系统是指弹药转运所涉及的各要素，包括弹药、弹药库、搬运设备、弹药装配区、人员和弹药搬运流程等，组成一个整体。

美国航母的弹药存储区集中布置在水线以下。“尼米兹”级航母有22个弹药存储区，在存储区内，根据弹药存储类型，又划分为35个大小不一的弹药库，集中在船艏和船舯区域。弹药装配区集中在2甲板，艏部和舯部各对应设置两个。在所有弹药库及装配区内，约有起重设备200台，电动叉车30台，主要负责弹药的正常调运。此外，未经组装的弹药需要通过下层武器升降机送往装配区，它可在7甲板至机库甲板之间运行，其紧邻弹药库布置，其中艏部设置4部，舯部2部。组装完毕的弹药需通过3部上层武器升降机或者舷侧的飞机升降机运至飞行甲板。此外，航母上共有3 200套搬运设备，包括各种类型的弹药推车及炸弹架等［8］。

2.2 弹药转运流程

航母上的弹药转运有3个关键环节：弹药取出、弹药装配和弹药搬运，整个流程要穿越多层甲板，需要使用弹药升降机、飞机升降机以及弹药推车等搬运工具，并需要保证弹药安全。

1）弹药取出

当需要取出弹药时，首先应根据作战需求，确定要取出弹药的类型及数量，选定弹药库，弹药库人员根据库内弹药的存放位置，使用起重设备将盛放弹药的弹药托盘或弹药集装箱起吊，放至弹药库的空置区域，然后再由电动叉车将托盘运送至弹药库内的弹药升降机，利用下层弹药升降机将托盘运至弹药装配区的所在甲板。将弹药从弹药库取出是十分耗时的过程，例如，要将2枚453.59 kg的精确制导武器从弹药库内取出，托盘的取出时间就需要15 min。

2）弹药装配

“尼米兹”级航母将弹药装配区设置在机库甲板的下一层甲板（按照美国航母的编号，为2甲板），与舰员食堂兼用。弹药通过下层弹药升降机提升到弹药装配区后，通过电动叉车从下层弹药升降机内取出弹药托盘，再从托盘上取出炸弹。然后，利用弹药提升机将弹药提升至炸弹组装平台，并利用弹药提升机固定好稳定翼。同时，根据弹药类型，安装制导装置。最后，将弹药从平台提升至炸弹架或弹药推车上，准备往上层甲板运送。装配作业实行轮班制度，平均每班有8个装配小组可同时作业，每个装配小组通常包括10人，但只可同步完成一枚弹药的组装，再加上考虑到安全因素，因此弹药装配流程相当耗时，例如，装配1枚453.59 kg的精确制导武器，平均需要15～20 min。

3）弹药搬运

“尼米兹”级航母上的弹药搬运有两条路径（图 3）：

路径A：弹药从弹药库，通过下层弹药升降机到弹药装配区，再通过上层弹药升降机运往飞行甲板；

图3 “尼米兹”级航母弹药转运流程示意图Fig.3 Flow chart of ordnance handling process in the Nimitz class aircraft carrier

路径B：弹药从弹药库，通过下层弹药升降机到弹药装配区，再通过上层弹药升降机运往机库甲板，最后利用飞机升降机统一运送至飞行甲板。

航母上的弹药搬运需要动用大量的设备和人员。在弹药运输过程中，要特别注意武器弹药的安全问题，运输通道的选择要尽量避开人员密集或者电、磁设备密集处。垂向运输通常采用直通式弹药升降机或飞机升降机，而横向运输则采用无动力运输设备，通常是以步行速度行进。

航空弹药经过一系列的复杂作业之后，最终通过飞行甲板的挂弹作业完成其部署使命。下面，本文将对飞行甲板的挂弹作业流程进行分析。首先，需明确甲板上每个F/A－18飞行中队仅1个挂弹小组，每组15人，同时只能为1架舰载机挂载空地导弹；其次，每个飞行中队的舰载机需要排队挂弹，依次完成。下面列出了舰载机返回后到再次出动之间装载武器的过程顺序：

1）舰载机着舰，并被牵引到武器卸载区；

2）卸载空对空武器；

3）将舰载机牵引至停机位（F/A－18通常停在舰艏）；

4）舰载机到达停机位后，武器工作人员将炸弹从炸弹区运至舰载机；

5）关闭飞机引擎，并进行安全保障；

6）解除弹药触发装置；

7）将炸弹放到挂架的滑轨上，然后提升到一定位置；

8）当1名人员仍旧在为第一枚炸弹安装引信时，其它军火管理员开始装载下1枚炸弹；

9）一旦所有的炸弹都装载完毕，武器工作人员将进行质量保障检查。

2.3 战位人员设置

在航母上，武器弹药部门专门负责弹药的存储、维护、计量和搬运，包括从枪械子弹到航空炸弹等的所有弹药。根据职能的不同，武器部门可划分为5个中队，其中弹药搬运的具体工作由G1和G3中队共同负责。其中，G1中队负责机库甲板到飞行甲板的弹药搬运，编制111人；G3中队负责机库甲板以下的弹药搬运，编制239人。G1和G3中队的职责如表3所示［9］。

2.4 弹药需求与弹药转运能力的匹配

弹药转运的整个过程受多重因素的影响，包括设备、人力和安全等方面。另外，随着现代航空弹药朝着精确制导武器的方向发展，弹药重量增加，装配环节更加复杂，弹药运输所需的时间也在增加。但是，无论如何，在飞行甲板作业周期内，为了使该周期内的舰载机能够顺利出动，弹药转运系统就必须提供足够的弹药，也就是说，弹药转运能力必须满足弹药需求量的要求。

表3 “尼米兹”级航母武器部门G1和G3中队的职责Tab.3 Responsibilities for G1 and G3 Divisions in Weapons Department of the NIMITZ class aircraft carrier

通常情况下，挂载弹药的作战架次决定航空弹药的具体需求量，架次要求高，弹药需求量就大，对弹药转运能力的要求也就高，需要储备一定的系统能力冗余。而架次要求少，弹药需求量也会减少，就需适时调整弹药转运系统的作业计划。尽管一定的弹药转运能力冗余有助于缓解弹药需求带来的压力，但该能力也不能超过弹药需求量太多，因为航母飞行甲板上的弹药存储量是有限的，而且太多的弹药堆积在飞行甲板上也会造成安全隐患。为此，需认真考虑弹药需求量与弹药转运能力的匹配问题，然后合理规划弹药转运系统的作业计划，平衡系统能力。

3 国外航母新型弹药转运系统特点

通过对比美国新一代“福特”级航母和现役“尼米兹”级航母的弹药转运系统，发现“福特”级航母的设计吸取了“尼米兹”级航母在弹药转运流程设计和使用上的经验教训，从总布置和设备能力的角度对弹药转运流程进行了全新设计，进一步优化了该流程。本文对美国“福特”级航母的新型弹药转运系统作了总结分析，表述如下：

1）优化上层弹药升降机的布局，充分发挥优势。

“福特”级航母颠覆了弹药升降机靠近船舯的传统设计，布局更靠近舷侧，在降低对飞行甲板作业影响的同时，也提高了飞行甲板的作业效率和安全性。此外，这还可以充分利用航母右舷的部分空间，布置更多的弹药升降机。“福特”级航母上布置了4部弹药升降机，可在弹药装配区作业，大大提高弹药搬运效率。

2）优化弹药装配区的布局，避免在机库甲板中转。

“福特”级航母将弹药装配区从2甲板向上提升了3层，布置在面积更大的02甲板。这是一个专用的弹药转运区，不需要像“尼米兹”级航母，弹药装配区还要兼顾舰员食堂的职能。且其空间面积更大，使得弹药升降机可以靠近舷侧布置。同时，还使得装配好的弹药仅通过2层甲板就可以直接“速递”到飞行甲板，作业效率明显提高。

3）升级设备，提高自动化水平，缩短搬运时间。

在“尼米兹”级航母上，在整个弹药搬运流程中，升降机和弹药推车的使用频率最高，前者用于完成弹药在垂向距离上的运输，后者则负责弹药在各层甲板平面距离上的搬运，不仅在速度上受限制，而且也需要大批弹药搬运人员参与。而在“福特”级航母上，搬运设备得到了升级，自动化水平提高，在弹药搬运速率和载重上都有了显著提高，也相对减少了人力需求。

（1）先进的弹药升降机

美国现役航母上的升降机采用的是电动钢丝绳或电动液压升降机，这些类型的升降机存在起降速度慢、维修复杂的特点。而“福特”级航母配备的11部先进弹药升降机采用的则是永磁直线同步电机技术。该升降机的平台面积大，21.8 t的载重能力达到了美国现役航母（载重约2.5 t）的8.72倍。另其设计速度为0.75 m/s，能在2 s内加速到最大值，这也达到了现役航母的2.14倍［10］。除此之外，该升降机的设计技术还可以兼顾速度与可靠性，不需要任何缆索或电缆的连接，有利于保证弹药库及各层甲板的安全。

（2）全方位自动搬运车

无论是叉车还是弹药推车，其自动化水平都不高，而且对人力需求很大。“福特”级航母为了提高弹药的运输速度，设计了一款全方位自动搬运车，具备平面运动所需的3个自由度。该车实际上是一个遥控机器人，采用智能控制和导航系统，可以在甲板与货舱间自动驾驶往返，减少了人员劳动量。该车的人员配备、电力消耗，以及搬运车自身的重量和体积都将比当前使用的车辆减少50%，但搬运重量（5.433 t）却是当前搬运车辆的2倍以上。

4 结 语

本文结合国外航母飞行甲板作业的组成，分析了各作业类型、流程以及时间分配，并解释了弹药转运系统的基本组成，对系统流程中的弹药取出、弹药装配和弹药运输3个重要环节进行了详细分析，突出了弹药转运系统在飞行甲板作业中的重要价值，同时提出了弹药转运能力与弹药需求量的匹配问题。

弹药转运是舰载机舰面保障能力的体现，也是舰上多个部门团结协作的印证。弹药转运系统的路径选择、搬运能力和效率、安全性，以及相关舱室的布局优化、设备能力的提高，都是可以深入研究的方向。“福特”级航母在弹药转运系统设计上的大改动，也再次验证了进行该系统研究的必要性。本文所作的定性分析可为下一步深入的定量分析以及借助仿真手段还原航母的弹药转运系统奠定基础，也可以为挖掘弹药转运能力，提高弹药转运效率，以及相关的总布置设计提供参考依据。

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Flight Deck Operations and Ordnance Handling Aboard Aircraft Carrier

SHI Wen-qiang1LI Yan-qing2CHEN Lian2

1 School of Naval Architecture and Ocean Engineering，Jiangsu University of Science and Technology，Zhenjiang 210013，China 2 China Shipbuilding Information Center，Beijing 100192，China

Flight deck operation is one of the major limitations to sortie generation capacity of the em⁃barked air wing，and airborne weapon replenishment is the most constraining component of flight deck op⁃erations.This paper focuses on analysis of tasks involved and sequence of time intervals during flight deck operations，considering the operational features of NIMITZ class aircraft carrier，and discussion on the ba⁃sic structure and operating procedure of ordnance handling.It highlights that ammunition requirement should match with the capacity of ordnance handling.Analysis is also performed on the improved measures taken by FORD class aircraft carrier.

flight deck operation；ordnance handling；sortie generation；on-deck time；aircraft carrier

U674.771

A

1673－3185（2012）03－09－06

10.3969/j.issn.1673－3185.2012.03.002

2011－12－07

史文强（1986－），男，硕士研究生。研究方向：船舶与海洋结构物设计制造。E⁃mail：sunshineswq@163.com

李彦庆（1966－），男，研究员。研究方向：舰船情报研究。

陈 练（1980－），男，工程师。研究方向：舰船情报研究。

陈 练。

［责任编辑：喻 菁］