美国航母舰载机出动回收能力评估方法

王 玮，颜世伟

（海军装备研究院，北京 100161）

美国航母舰载机出动回收能力评估方法

王 玮，颜世伟

（海军装备研究院，北京 100161）

本文根本美海军公布的相关演习数据和文献资料，归纳了美航母舰载机出动回收能力的三种评估方法，分析了三种方法的主要特点。

航母；舰载机出动回收能力；评估方法

0 引 言

由于舰载机的出动回收能力是航母作战使用性能的核心指标，因此公开发表的资料较少，根据目前美海军公布资料分析归纳起来，其舰载机出动回收能力评估主要采用统计分析法、经验公式法和仿真实验3种主要方法。

1 统计分析法

统计分析法是针对航母舰载机在一段时间内的出动回收作业情况，按作战距离、每日不同类型舰载机出动架次、不同任务舰载机出动架次等指标进行统计，然后按照相应指标体系归纳、分析舰载机出动回收能力的方法。美海军为了分析和评估“尼米兹”级航母的舰载机出动回收能力，提出改进措施，在 1997 年联合军演中进行了为期 4 天的高强度出动演习，累计出动舰载机 975 个架次，并由海军分析中心对整个演习过程和舰载机的使用情况进行数据统计和评估分析。统计数据主要包括以下方面：

1）作战距离。在高强度出动演习中，打击目标多数分布在距“尼米兹”号航母 200 ～ 400 n mile 范围内。

2）舰载机每日出动架次。在为期4天的高强度演习中，“尼米兹”号航母第1天出动架次达到了 248 架次，第2天出动 218 架次，第3天出动 230 架次，第4天出动 279 架次，平均日出动达到了 244 架次。

3）舰载机不同任务出动架次。高强度演习背景是对地面目标的持续高强度打击。第9航空联队总共出动的 975 架次中，执行直接打击任务 771 架次，占总出动架次的 79%；执行攻击支援任务 104 架次，占总出动架次的 10.6%。

4）不同类型舰载机出动架次。在 771 次的舰载机出动打击架次中，F/A-18 C 承担了近 78.7% 的打击任务，执行对空防御的 F–14 A 承担了近 15.3%，执行电子战任务的 EA–6 B 承担了近 5.7%。由于演习中没有设置反潜任务背景，因此 S–3 B 任务比例为 0。舰载机平均飞行时间达到了 2.83 h。不同任务舰载机出动架次情况如表 1 所示。

2 经验公式法

经验公式法是根据不同航母、不同时期舰载机出动回收能力统计分析结果，归纳总结出一般公式，以快速预测典型作战任务下的舰载机出动回收能力。

表 1 舰载机不同任务出动架次和飞行时间Tab. 1 Embarked aircrafts' sortie and flight time for different tasks

2.1 美国防部对航母舰载机出动任务时间和出动架次的经验计算公式

美国国防部在对航母舰载机费用分析评估中，使用了经验公式计算舰载机出动任务时间和出动架次。美海军认为舰载机出动架次主要由目标位置和作战样式决定，因此，建立了部署位置和任务样式数据库。数据库资料包含了从 CV-41“中途岛”号至 CVN-75“杜鲁门”号等 15 艘不同航母在 1990 - 2002 年间的 35 次航母战斗群的部署情况。部署海域包括地中海和西太平洋。数据主要来源于海军历史中心的航母战斗群报告和海军航空兵相关文件，数据类型包括持续时间、部署位置、打击对象、舰载机航空联队的使用情况以及其他相关数据等。通过对数据库数据的统计分析，提出了以下经验公式：

1）出动任务时间计算公式

出动任务时间（HPS）=

式中：HPS 为出动任务时间；FR 为执行作战、打击飞机与执行作战支援飞机的比值；主要任务区域/典型作战样式（如下列情况发生，该值取 1）PW 为与伊拉克作战，以海湾为基地；RW 为与伊拉克作战，以红海为基地；IOTW 为对伊拉克非战争行动；AW 为与阿富汗作战；BOTW 为对波斯尼亚非战争行动；SOM 为对索马里行动。

2）出动架次计算公式航空联队出动架次=

式中：TDS 为航空联队出动架次；DD 为部署时间天数；AC 为部署的飞机数量；FR 为执行作战任务飞机与执行支援任务飞机的比值；MC 为主要作战样式；在公式的变量中，主要任务样式（MC）为虚拟参数，针对不同任务样式而取不同的值。

2.2 兰德公司对战斗机单机日出动能力的经验计算公式

为了对空军 F-15、F-16 战斗机的日出动架次进行快速评估，兰德公司在分析两型战斗机维护和使用数据的基础上，并借鉴波音公司对保养时间、出动架次和持续出动之间相互影响关系的研究成果，提出了两型战斗机单机日出动能力的计算公式。对于1架全天候的战斗机而言，其任务时间主要由飞行时间和地面作业时间2部分构成，因此，一天中战斗机能够出动的架次为：

式中： FT 为战斗机飞行时间，主要指战斗机在执行任务时的留空时间；GT 为地面作业时间；TAT 为执行任务所需要的出动准备时间，主要包括着陆和牵引、飞行检查、加油挂弹等时间，F-15、F-16 需要约 180 min；MT 为修理或替换故障设备所需时间。

根据对两型飞机的保障作业分析以及波音公司对飞行作业和维护保障之间影响关系的研究成果，提出了两型战斗机维修所需时间的经验公式如下：

由式（3）～ 式（5）可得：

3 仿真实验法

美国新研 CVN-21 级航母出动能力要求大幅提高，怎样分析和评估其新研航母舰载机出动能力是美海军需要解决的问题。2007 年 10 月 22 ～ 26 日在圣迭戈召开的第十届 NDIA 系统工程会议上，AVW 技术机构提交了“采用实验设计方法（DOE）评估舰载机出动能力”的报告。

实验设计方法始于 20 世纪 30 年代，起初用于农业研究，后来逐步用于工业试验、过程改进、动态过程控制。实验设计的目的在于明确系统中主要变量的特性、预报试验结果以及优化系统的流程及效率。目前，美国空军已经利用此方法进行了多种重要试验，美海军正开始逐步应用这种方法，并利用其进行航母舰载机出动率（SGR）的分析评估。

在美新一代航母出动能力论证中，主要将持续出动能力（sustained SGR）和高峰出动能力（surge SGR）作为衡量出动能力的主要指标。因此，在对舰载机出动能力评估中，将持续出动能力和高峰出动能力作为评估指标。验证指标的选取如表 2 所示。

表 2 CVN-21 级航母舰载机出动能力评估指标Tab. 2 Evaluation index of SGR of embarked aircraftse on CVN-21

实验测试平台主要研究设计参考任务中每架舰载机出动和回收作业的时间和活动。测试平台的构成如图 1 所示。其评估模型的任务是评价设计参考任务下的舰载机出动能力是否满足军方研制要求，测定主要影响因素的影响程度和结果，为军方判断出动规模、作战任务、战区环境等主要影响因素是否满足军方作战要求提供分析工具。

图 1 测试平台构成图Fig. 1 Formation of test platform

模型中主要设定以下作用因素：1）环境因素包括海况和风力等级、能见度和天气情况、一天中的作业时间；2）可用性主要分析装备失效或不可用对出动能力带来的影响，设定 CVN-21 的系统和舰载机 100% 可用；3）作战任务包括出动规模（设计参考任务要求的持续出动和高峰出动时，出动能力的门限值和目标值）、作战任务阶段（在不同作战任务阶段，装备可用度和飞行员疲劳程度不同）、弹药配置（早期和后期的弹药配置不同）；4）其他因素包括航行补给能力、机组人员增强配置、温度、机组人员疲劳程度、油料弹药可用度、可用舰载数量、任务循环时间等。

4 评估方法对比分析

综上分析，美海军主要采用 3 种评估方法进行舰载机出动和回收能力的评估，不同的评估方法具有较强的针对性，往往满足不同作战使用部门对舰载机出动能力的不同需要。统计分析法是对航母实际作战使用或演习中舰载机出动情况进行统计和分析，特点是数据准确，可信度高，缺点是只能针对已服役航母，且需要进行大量的实际出动，费用高，周期较长，组织实施复杂，统计结果适用范围较小；经验公式法是以不同时期不同类型航母舰载机出动回收数据为基础，归纳总结出计算舰载机出动能力指标的一般规律，可快速预测典型作战任务下的舰载机出动能力，辅助指挥员制定航空计划，但经验公式法必须有大量航母舰载机实际作战使用数据为基础，评估结果误差相对较大，受样本数据限制，适用范围也有限；仿真实验法是根据舰载机作业流程，利用计算机仿真手段进行出动回收能力评估。特点是适用性广，可适应不同研制阶段、不同作战任务、不同类型的航母舰载机出动能力评估，准确度较高，所需费用较少、周期较短，可重复实验。

［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

王玮（1981 –），男，硕士研究生，工程师，主要从事海洋与结构物设计制造研究。