美军航母舰载机出动回收能力和飞行甲板控制策略探讨

陈小飞，时立攀，毕玉泉

(海军航空大学青岛校区，山东 青岛 266041)

0 引 言

美军现役大型航母飞行甲板面积均在18 000 m2以上，一般停放约50 架左右舰载机，机库则停放约20 架舰载机[1]。其中，“尼米兹”级航母出动回收能力可高达每12 小时120 架次，或每天24 小时240 架次；在1997 年“尼米兹”航母高峰出动演习中，出动架次率高达24 小时279 架次[2]；而最新“福特”级航母据称最高可持续30 天每天12 小时出动回收220 架次，或持续4 天每天24 小时连续作业出动回收310 架次。美军航母为什么能实现如此规模的出动回收能力？定性的研究认为，美军舰载机维护性能好，航母飞行甲板大，采用了更先进的航空保障装置，且保障资源充分[3]；尤其是“福特”级还引入了一站式保障的概念、优化了保障资源配置[4]。国内学者围绕美军航母舰载机出动架次率，采用数学仿真和优化的方法开展了大量的研究[5–7]，但研究重点在验证数学方法，所得结论对航母航空保障能力发展指导价值较弱。美军航母出动回收能力不仅是航母舰机适配性研究中重要环节[8]，其背后隐藏的甲板控制策略也是航空保障能力发展的重要借鉴，这方面目前还缺乏系统地探索。本文将依托调度模型台进行舰载机出动回收作业推演，进而探讨其舰载机出动回收能力和飞行甲板控制策略。

1 航母舰载机出动回收推演

1.1 调度模型台与调度推演

图1 “尼米兹”级航母飞行甲板分区Fig.1 Flight deck of Nimitz class carrier

调度模型台是航母开展舰载机航空保障的调度指挥、状态标记和展示的辅助工具[10]，主要由航母飞行甲板模型板（Ouija Board）和舰载机模型组成。美军“尼米兹”级航母飞行甲板如图1 所示。舰首自“胯部”和“交点”向前可停放2～3 列舰载机；岛前飞机升降机、“围栏”、“交点”等右舷边可停放1 列舰载机；岛前Sixpack 区域可停放1 列4～6 架舰载机，“大街”则是岛前舰载机、车辆和人员等移动通道；这些区域都可以作为阻拦回收舰载机临时停机区。舰岛左侧和后方“垃圾场”用于停放旋翼直升飞机、车辆和杂物；舰岛右侧用于储备待发机载弹药；3 号飞机升降机、“天井”、舰尾、“指尖”、4 号飞机升降机等位置可停放一圈待出动舰载机。

基于调度模型台对舰载机出动回收进行推演，形式简单，结果直观，是分析研究美军航母运作经验的重要方式。

1.2 推演条件

取美舰载机联队编制为：4 个战斗攻击机中队，20 架F-35C、24 架FA-18E/F；1 个电子战中队，5 架EA-18G。此外，还有11 架MH-60 直升飞机，6 架X-47B 无人战斗机，5 架E-2D 预警机。在航母上设6 个飞行甲板转运小组、8 个加油小组、4 个战斗机中队挂弹大组、1 个电子吊舱/挂弹小组、1 个反潜弹药保障小组，其中，每个加油小组可同时服务2 架舰载机，每个挂弹大组可拆分成2 个挂弹小组[11]。

参考1997 年“尼米兹”号高峰出动演习，采用1+15 即75 min 甲板作业周期组织飞行保障，舰载机按单周期双循环模式出动[2]，但1 架预警机和2 架FA-18 进行双周期飞行任务。单周期双循环出动回收模式如图2 所示[10]。

图2 单周期双循环出动回收模式Fig.2 Single deck cycle dual flight cycle launching and recovery mode

飞行甲板作业周期是指相邻波次弹射起始时间的间隔，第i 个甲板作业周期包括弹射起飞时间til、起降部署转换时间tis、回收时间tir、回收滑行时间tih、弹药处理或待机时间tiw、舰载机调运时间tim、可用机务和勤务保障时间tia、舰载机开车滑行时间tip，即甲板作业周期T 可表示为：

其中i =1,2,···,n。一般取tis为5 min，取tiw+tip为10 min，另外，每波次弹射起飞时间为：

其中，tshoot为弹射间隔时间；PiM为波次内使用中部弹射器的次数；NiM为使用的中部弹射器数量；PiF为波次内使用首部弹射器的次数；NiF为使用的首部弹射器数量。由于阻拦装置最快1 min 阻拦1 架舰载机，因此每波次Pir架舰载机回收时间为：

调运作业时间为：

其中：lm为转运距离；tc为转运相关作业的时间，一般可取舰载机就近调整位置用时tim为2 min，绕岛长距离转运用时7 min。回收滑行时间tih按式（4）计算，取短距滑行时间2 min。

1.3 “尼米兹”级航母舰载机出动回收推演

舰载机在“尼米兹”级航母上初始布列及起飞滑行路线如图3 所示，一共有16 架F-35C、18 架FA-18E/F、4 架EA-18G、3 架E-2D、3 架X-47B 和4 架MH-60。单周期双循环出动在第1 波次和第2 波次的出动准备上时间充足，图3 中编号1 为第1 波次起飞，编号2 为第2 波次起飞，编号M 为需要在1，2 波次间进行调运。可根据需要设定波次规模，并按图示路线使舰载机滑入弹射位，其中Sixpack 区舰载机可使用中部弹射器，也可使用首部弹射器。

图3 舰载机在“尼米兹”级航母上初始布列及起飞滑行路线Fig.3 Initial deployment and gliding route of airwings on Nimitz class carrier

图4 回收第2 波次后舰载机布列Fig.4 Deployment of recovered second wave of aircrafts

推演中，奇数k 波次放飞预警机和护航战斗机，在k+2 波次放飞后，回收k+1 波次时，需回收k 波次的预警机和护航战斗机，从而回收时间t（k+2）r至少增加3 min，k+3 波次可用机务和勤务保障时间t（k+2）a缩小，使保障压力骤增。以弹射第3 波次后回收第2 波次为例，一共回收21 架固定翼舰载机。回收第2 波次后舰载机布列如图4 示，可以考虑2 种回收布列方案：图4（a）方案，拟再次出动的舰载机滑行至岛前“大街”和“交点”区，其余舰载机滑入舰首；图4（b）方案，最大化使用岛停机区，减少首部停机。对尼米兹级航母而言，岛前停放舰载机过于密集会导致资源冲突，不便调运，降低再次出动准备效率，因此采用图4（a）方案。

图4 舰载机旁数字是根据式（1）计算的tia+tip，由于图4（a）方案首部和中部相对独立，可在交点区滑入最后一架舰载机后开展再次出动准备，根据文献[2]和文献[11]，4 个加油小组、8 个挂弹小组可在36 min内完成岛前中部区域3 架F-35C、4 架FA-18E/F、2 架EA-18G 再次出动准备（每机2 枚导弹或4 枚MK80 系列炸弹）。

由于临时停机位置干扰再次出动的滑行路线，需要对舰载机进行调运，“尼米兹”级航母第3 甲板作业周期舰载机调运作业示意图如图5 示，转运作业分2 个批次进行，其中，“大街”上1 架FA-18E/F 转运至舰尾，其余就近调整至1 号飞机升降机和“交点”区；首部右舷或左舷5 架舰载机转运至舰尾，剩余5 架在有空闲保障小组时开展再次出动准备。由于是分区作业，这些转运作业和移动线路不会对其他保障作业造成干扰。此外，在完成第2 波次舰载机回收后从机库转运2 架X-47B 出库，其可用保障时间约35 min。这样第4 波次就可以至少出动6 架F-35C、6 架FA-18E/F、2 架EA-18G 和2 架X-47B。

推演“尼米兹”级航母固定翼舰载机出动架次统计如表1 所示，一共推演8 个波次，每个波次2 架EA-18G 电子战飞机执行电子对抗任务，每2 个波次由1 架E-2D 执行预警任务，并由2 架FA-18E/F 护航。推演10 个小时累计固定翼舰载机出动达136 架次，以此估算“尼米兹”级航母12 小时可出动163 架次，18 小时可出动244 架次，与文献[2]引述数据基本相符。

1.4 “福特”级航母舰载机出动回收推演

按照同样的思路推演“福特”级航母舰载机出动回收，不失一般性仅推演4 个波次。推演“福特”级航母固定翼舰载机出动架次统计如表2 所示。

图5 “尼米兹”级航母第3 甲板作业周期舰载机调运作业示意图Fig.5 Resopt demonstration during the 3rd flight deck turnaround on Nimitz class carrier

图6 “福特”级航母第3 甲板作业周期舰载机调运作业示意图Fig.6 Resopt demonstration during the 3rd flight deck turnaround on Ford class carrier

表1 “尼米兹”级航母固定翼舰载机出动架次统计Tab.1 Sortie generation of fixed wing aircraftson Nimitz class carrier

因舰岛后移，岛前区域更大，直接效果是第1 波次和第2 波次可放飞25 架（或更多）固定翼舰载机。但第3 波次放飞后同样要回收预警机，因此第3 个甲板作业周期是再次出动准备的瓶颈周期。“福特”级航母第3 甲板作业周期舰载机调运作业示意图如图6所示。图6 岛前区域密集停放回收舰载机，即采用图4（b）的类似方案，这是因为该航母集中在岛前舯部区域设置了众多一站式保障战位，舰载机停止后可就地完成再次出动准备，再滑向起飞位弹射起飞。图中岛前右舷编号为2 的是F-35C 临时停机位，调运小组可在机务勤务保障间歇就近调整至右舷边。首部编号为M 的舰载调运至舰尾，且转运作业与岛前其他保障作业无干涉。根据式（1），岛前右舷边10 架F-35C可用保障时间大于44 min，岛前Sixpack 和“大街”上8 架FA-18E/F 可用保障时间大于34 min，2 架EA-18G 可用保障时间大于32 min，编号1 的2 架X-47B 可用保障时间大于29 min。根据“福特”级航母飞行甲板保障资源[4]，再次出动准备的瓶颈在于挂弹。

表2 “福特”级航母固定翼舰载机出动架次统计Tab.2 Sortie generation of fixed wing aircraftson Ford class carrier

图7 挂弹小组挂弹作业调度Fig.7 Schedule of weapon′s loading

若22 架舰载机总共挂44 枚导弹，每枚10 min，4 个战斗机中队8 个挂弹小组可按图7 所示挂弹小组挂弹作业调度开展作业，电子战飞机和无人机各由1 个挂弹小组负责。图7 中1，2 号F-35C 均由2 个小组同时保障。若挂弹时间增加，则8 个小组难以完成全部挂弹任务，这样可以考虑缩减第4 波次出动规模，或者电子战飞机和无人机中队2 个挂弹小组配合作业，再或者增加4 个战斗机中队弹药保障小组。“福特”级航母在机载弹药保障中使用了挂弹机器人，理论上可以将挂弹时间进一步缩小。

最终，推演4 个周期5 个小时累计出动回收95 架次，估算“福特”级航母12 小时可出动228 架次，18 小时可出动342 架次，与文献[12]数据基本相符。如果第4 波次缩小出动规模至13 架，则可估算12 小时可出动206 架次，略低于“福特”级航母最高指标。

2 美军航母出动回收能力成因

综合上述甲板控制策略和出动回收推演，除了飞行甲板大、保障资源丰富、舰载机保障性能好之外，美军航母舰载机出动架次率主要形成原因，还有以下几点：

1）保障作业多区协同并行。飞行甲板划分不同的工作区域，各区域相对独立，不同类型的保障作业不会相互冲突。舰载机可直接滑行进入岛中部或首部，并直接在该区保障，一般不需跨区调运，减少了调运环节，增加了可用保障时间。

2）凸显岛前区域作用，重点开展一站式保障。对于“尼米兹”级航母，虽然总体上看岛前集中保障容量较小，但推演中发现岛前保障十分“方便”。“尼米兹”级岛前区域可容纳16 架左右的舰载机同时开展保障作业，“福特”级航母岛前区域可容纳22 架左右的舰载机同时开展保障作业，这就是循环出动能力的关键支撑。

3）加油与挂弹同时进行。一个甲板作业周期中，舰载机起飞和降落占用了太多时间，尤其是回收阶段只能依次回收，耗费了大量的作业时间。推演中发现，大部分情况下，都面临必须在30 min 内完成期望架次舰载机的加油、挂弹以及其他保障任务，这样加油和挂弹必须并行进行。美军在实际保障作业中，常常根据需要拔出油管中断加油，待条件满足（如撤除导弹电连接或数据线等）再重新插油管加油，而单纯的加挂与加油则同时进行。

3 美军航母飞行甲板控制策略

根据美军公开的文献资料[2,11]，以及论文推演，可以总结美军航母飞行甲板控制策略，比如能力成因中已经总结的分区使用、多组并行、岛前区域集中保障、尽量减少调运作业、加油与挂弹作业协同并行等。此外，在推演仿真中发现：

1）必须控制波次规模。放飞的越多，回收时耗越多，而压缩回收间隔时间会引入很大的风险（还要考虑回收时种种特情）。因此从循环出动的角度看，如果要确保甲板上至少留下30 min 的保障时间，对应地，“尼米兹”级平均波次规模必须控制在20 架以下，“福特”级则必须在25 架以下。

2）弹射器组合使用策略

由于弹射器存在故障可能，首部和中部各2 部弹射器，提供了冗余备份[4]。在使用策略上，最常见的是首部1 部+中部1 部的方案，也可以首部和中部按3 部组合使用，此时一般是中部2 部弹射器全部开启。

集中使用岛前保障战位，对中部弹射器的使用需求最高，可以估计美军重点加强了3，4 号弹射器的维护力量。另外，基于分区并行的考虑，首部应预留1 条弹射轨道。一方面可以提高舰载机出动效率，另一方面，一旦这1 部弹射器故障，还可以将另一边的舰载机顶推至故障弹射器的轨道舷边，清空另外1 条弹射跑道。

3）调运策略和飞机升降机使用

由于舰载机调运作业涉及环节多，且在空间上易与其他作业冲突，因此美军航母尽量减少调运作业，或者尽可能就近调整。减少调运作业还包括降低飞机升降机使用次数。高峰出动演习中，“尼米兹”号航母的飞机升降机平均每75 min 运行1 次[2]，主要任务是将故障舰载机从飞行甲板运至机库甲板维修。一般1 号和4 号在开展弹射作业时必须停靠在飞行甲板，3 号和4 号也常常停靠在飞行甲板；舰载机进出库则主要使用1 号和2 号飞机升降机，由于岛前保障资源集中，1、2 号飞机升降机常常用于转运弹药，提高弹药周转效率。

4）关注岛前集中保障区安全控制

开展航空保障时，只要资源许可，一般都是多组并行，或不同环节并行，如围栏区舰载机使用首部1 号弹射器时，Sixpack 区可继续开展保障作业。根据公开图片分析，美军航母飞行甲板作业在着舰跑道和弹射跑道以外“氛围轻松”，但发展到“福特”级航母岛前大容量、高密度、一站式保障的作业环境，舰载机、人员、设备协同作业难度增大，必须关注岛前区域安全控制，否则将会因多发安全事故而降低循环出动能力。

4 结 语

依托调度模型台，采用舰载机出动回收作业推演的方法，对美军“尼米兹”级和福特级航母舰载机单周期双循环出动回收进行了研究，对推演中发现的航空保障瓶颈因素进行了探讨，归纳出构成美军航母出动架次率的主要原因，进而总结了美军航母飞行甲板控制策略。研究认为，除了飞行甲板大、保障资源丰富、舰载机保障性能好之外，保障作业多区协同并行、凸显岛前区域作用、加油与挂弹同时进行等，是构成美军航母强大舰载机出动回收能力的关键因素，在未来航母论证中应充分考虑。最后，从波次规模、弹射器组合使用策略、调运策略和升降机使用、岛前区域安全控制等4 个方面总结了甲板控制策略，也能对航母航空保障能力建设提供借鉴。