面向目标的地面火炮弹药消耗预计方法*

2020-12-23李建华于洪敏金善来张雪胭

火力与指挥控制 2020年10期

李建华，于洪敏，金善来，张雪胭

（国防大学联合勤务学院，北京 100858）

0 引言

地面火炮是陆军的重要武器装备，具有火力猛、射程远、精度高、机动性强等特点，是陆战主要火力突击力量［1］。随着现代战争对火力需求的不断增长和武器性能的不断提升，地面火炮的弹药高消耗特征日益突出［2］。为了确保在作战中地面火炮能够及时获取足够数量的弹药，需要在战前对弹药消耗量进行预计，进而确定弹药消耗标准和拟制弹药保障方案。弹药消耗预计是一项十分复杂的系统工程，难以计算准确的弹药消耗量，只能根据已有准确数据，构建参数明确、过程透明的弹药消耗预计方法［3］，得出具有一定可信度的弹药消耗预计结果。

目前，针对地面火炮的弹药消耗预计方法主要有任务量法［4］、火力分配法［5］、面向任务法［6-8］等，这些方法以摧毁敌方目标为任务，以完成时间或费用最低等为约束条件，使用解析方法或智能算法求解最优弹药消耗量。这些方法具有一定可行性，但未考虑武器打击方式、弹药消耗限额、敌我兵力变化、作战阶段划分等因素，特别是对整个作战过程弹药消耗量的变化规律研究不够，无法为战时弹药消耗标准的制定和弹药保障方案的拟制提供参考。针对此，提出了面向目标的地面火炮弹药消耗预计方法，该方法根据地面火炮的不同瞄准方式确定毁伤概率，按照作战计划确定的作战阶段和目标数量，在武器数量、弹药限额约束下，计算整个作战过程中每种弹药日消耗量，进而确定弹药消耗标准和总弹药消耗量。

1 面向目标的地面火炮弹药消耗预计方法

面向目标的地面火炮弹药消耗预计方法主要包含5 个模块:火炮-弹药-目标组合模块、作战阶段划分和目标分配模块、火炮数量和弹药限额设定模块、各作战阶段弹药日消耗量计算模块、总弹药消耗量和弹药消耗标准计算模块，方法的计算流程如图1 所示。

1.1 火炮-弹药-目标组合模块

根据地面火炮可使用的弹药类型和弹药可打击的目标类型，确定火炮-弹药-目标组合，分别计算直瞄火炮和间瞄火炮打击单个目标的毁伤概率和弹药消耗量，以及目标修复概率和修复时间。

1.2 作战阶段划分和目标分配模块

图1 面向目标的地面火炮弹药消耗预计方法计算流程

根据作战计划确定的作战阶段，将各阶段细分为高强度作战时期和低强度作战时期，并将目标分配至各作战阶段的高强度、低强度作战时期。

1.3 武器数量和弹药限额设定

由敌我兵力变化确定每个作战日地面火炮数量，由作战指挥员或弹药保障部门设定各种弹药消耗限额，以及武器、弹药使用的优先级。

1.4 各作战阶段日弹药消耗量计算

在高强度作战时期，按照尽快毁伤所有目标的原则，计算每日各类弹药消耗量；在低强度作战时期，按照平均分配目标的原则，计算每日各类弹药消耗量。

1.5 弹药消耗量和弹药消耗速率计算

根据各作战阶段弹药日消耗量计算结果，计算各类弹药总消耗量，确定高强度和低强度作战时期的弹药消耗标准。

2 火炮-弹药-目标组合

地面火炮按瞄准方式可分为直瞄火炮和间瞄火炮，瞄准方式不同，计算火炮毁伤概率和目标修复概率的方法也不同。

2.1 直瞄火炮毁伤概率和目标修复概率

为了确定直瞄火炮打击的单个目标弹的毁伤概率，以及目标毁伤后的修复概率，定义两种毁伤程度:一般性杀伤和毁灭性杀伤。

2.1.1 一般性杀伤

一般性杀伤，指弹药对目标造成一定程度毁伤，致使目标不能移动或降低其使用武器系统的能力，目标不能参加预定任务，但可被修复。

2.1.2 毁灭性杀伤

毁灭性杀伤，指弹药对目标造成完全毁伤，致使目标完全损毁且不可修复。

目标tk的修复时间需根据敌方维修能力等因素进行确定，为了简化计算，直接设定维修时间，用lk（lk为整数）表示。

2.2 间瞄武器杀伤概率

间瞄火炮瞄准的是一个区域，而不是特定的敌方目标，需给出指定区域内目标毁伤百分比数值，从而计算出毁伤每个目标所需弹药量。

目标tk的修复时间需根据敌方维修能力等因素进行确定，为了简化计算，直接设定维修时间，用lk（lk为整数）表示。

2.3 目标修复概率修正

随着作战进程的推进，敌方保障部队的修复能力会不断下降，即目标修复概率减小，修复时间增长，因此，定义两种与时间相关的乘数函数:修复概率乘数函数和修复时间乘数函数。

修复概率乘数，在修复概率rijk的基础上，每日的修复概率不断下降，定义下降是线性的，在作战时间较长的情况下，目标修复概率会降为0。

式中，R（i）为修复概率乘数，i 为作战日序号，η 为系数，0＜η＜1。

目标可修复概率修正为:

修复时间乘数，在修复时间lk的基础上，随着时间的推移，修复同一目标所需时间会不断增加，定义增加是线性的，在作战时间足够长的情况下，修复时间乘数变为常值。

3 弹药消耗量计算

在确定火炮-弹药-目标组合后，综合考虑作战阶段、目标数量、武器数量和弹药限额等因素，可计算各类火炮日弹药消耗量。

3.1 作战阶段和目标数量

为了更好地描述各作战阶段，用两种作战强度进行细分:高强度作战和低强度作战。

高强度作战，作战持续时间通常较短，应在武器和弹药可用数量限制内尽快毁伤所有目标，因此，每个作战日内毁伤目标数量较多。

低强度作战，作战持续时间通常较长，可将目标平均分配至各作战日，可选择毁伤概率较高的武器-弹药组合打击目标。

假定敌方目标在高强度作战期内无法进行修复，在低强度作战期内，敌方目标可以进行修复，修复后敌方目标加入到下一作战日中。

作战计划中想定的总作战天数为D，共分为i个作战阶段，则:

武器数量是动态变化量，与敌我双方兵力部署和损耗等因素有关，为了简化计算，直接给定每个作战日内每种武器的可用数量，弹药限额可由弹药保障部门给定。

3.2 武器数量

对于单个或多个连续作战日，可规定打击目标所用武器的优先级，按优先级顺序使用武器毁伤目标，直到所有目标被毁伤。

3.3 弹药限额

考虑弹药补给等因素的影响，给定每种弹药每日最高消耗量，即弹药限额。作战D 日内，每种弹药限额为:

为了避免集中出现多种弹药超限额供应的现象，对超出限额的弹药进行进一步调整。定义调整比例ε:

3.4 弹药日消耗量和弹药消耗标准计算

在确定火炮-弹药-目标组合、作战阶段划分和目标分配、武器数量和弹药限额后，可计算各作战阶段日弹药消耗量。

高强度作战时期弹药消耗计算步骤:

1）确定火炮-武器-弹药组合的毁伤概率和单个目标弹药消耗量；

2）确定目标数量，弹药限额，火炮数量和使用优先级；

3）在每个作战日，使用所有可毁伤该目标的火炮-弹药组合，按照火炮使用优先级顺序毁伤目标，在弹药限额下尽快毁伤所有目标，直到目标被全被毁伤。

低强度作战时期弹药消耗计算步骤:

1）确定火炮- 武器- 弹药组合的毁伤概率和单个目标弹药消耗量，目标修复概率和修复时间；

2）确定目标数量，弹药限额，火炮数量和使用优先级；

3）将目标平均分配至各作战日，使用毁伤概率高的火炮-弹药组合，按照火炮使用优先级顺序毁伤目标，修复后敌方目标加入到下一作战日。

根据上述计算步骤可求得每种弹药日消耗量，将其累加可得出总消耗量，但此数值可能存在一定偏差，需要通过对高强度作战时期和低强度作战时期弹药消耗量计算结果进行处理，以某种弹药为例，将日弹药消耗量按照从高到低进行排序，划定高强度和低强度作战时期弹药消耗的取值区间，然后取区间数值的平均值，即为该弹药的消耗标准，消耗标准乘以相应作战时间可得到总弹药消耗量。