0 引　言

航空母舰是以携带一定数量舰载机为主要武器的大型水面战斗舰船，具备夺取作战海区的制空权和制海权的作战能力^[1]。其作战能力的关键指标是舰载机的出动架次，其定义是在一定约束条件下，给定时间内舰载机出动的架次数^[2-3]。因此，所述的航母毁伤评估判据主要是指航母毁伤导致舰载机出动能力受限的定量分析结果。

舰载机从着舰到重新起飞需经过回收、调运、补给、弹射过程^[4-5]。故多数研究通常以助降和阻拦装置组成的回收系统^[6]、4部升降机和机库组成的调运系统^[7-8]、3部武器升降机和燃油泵组成的补给系统^[9]、4部弹射器组成弹射系统^[10-11]为分析对象，或基于该子系统构建其航空保障系统毁伤树^[12-14]，以评估反舰武器对“尼米兹”级航母作战能力的毁伤效果。然而大多评估模型的主观性较强，无法提供让人信服的功能毁伤量化依据，且根据文献“尼米兹”级航母舰载机架次能力和“尼米兹”级航母第9次突击演习分析报告^[15-16]得出，对于回收、调运、补给、弹射系统对舰载机出动能力的影响权重并不相同，甚至部分子系统失效对出动架次的影响微乎其微。因此有必要了解各类保障作业的真实情况，结合有效信息进行仿真模拟，实现对毁伤判据的准确分析。

本文以“尼米兹”级航母为案例，通过分析舰载机作业流程，获得舰载机飞行作业的关键参数，并基于闭式排队概念，进行舰载机回收、保障、起飞过程的仿真模拟，以定量分析结果，展开了评估航母毁伤程度的判据研究。所获得的作业流程关键参数、仿真计算方法和研究结论对航母毁伤评估具有一定的借鉴意义。

1 舰载机飞行作业分析 1.1 飞行甲板舰载机数量

经验表明，将飞行甲板上的舰载机数量配置为其满载的80%以上时，会抑制出动架次。因此“尼米兹”级航母，飞行甲板上的舰载机数量应限制在64个F/A-18甲板位置。同时，为保证飞行甲板作业的流畅性，可用于执行任务的舰载机（MC舰载机）经常停在机库。如表1所示，演习初始时，飞行甲板上MC舰载机总数为46。

而根据美军方总结的演习经验，飞行甲板上舰载机的最佳数量是25架。因此可认为飞行甲板MC舰载机最优数量为21架，空中执行任务的舰载机数量为25架。

1.2 飞行日作业时间及周期

舰载机的飞行日作业时间与航母的综合能相关，进而各国舰载机的作业时间并不相同^[17]。结合1997年“尼米兹”级航母演习资料得出，较长的飞行时间使飞行甲板机组人员压力变大，导致舰载机装载弹药速度降低。因此，对于“尼米兹”级航母来说，其舰载机飞行日作业时间一般不超过18 h。

舰载机编队在整个飞行日的作业形式分为单、双周期的循环飞行流程，且循环形式、飞行次数、周期时间则由空中计划规定。而根据舰载机的周期设定，飞行甲板作业模式会同步转化为对应周期时间的设定模式。“尼米兹”级航母曾尝试过1+0 min的周期时长，但该模式直接导致保障作业强度过大，进而从整体上抑制了出动架次。因此在高强度的出动节奏下，舰载机的周期应不低于1+20 min，以最适周期时间，对应“尼米兹”级航母最优出动能力。

2 保障作业及其权重分析 2.1 升降机调运作业

飞行甲板边缘的4部升降机的主要作用是在机库和飞行甲板间调运舰载机。其中，F-14A占据了3号机库，由3号和4号升降机负责调运；1号和2号机库存放F/A-18，主要由1号和2号升降机调运。

结合图1，每天使用升降机次数约为20次，若飞行日为12个飞行周期，则每周期使用升降机为2次，即最多2架舰载机需要替换至机库。这与传统观点相悖，即实际上，相比于MC舰载机的总体数量，部分舰载机升降机毁伤并不会影响舰载机出动架次。同时，文献[18]表明，升降机彻底毁伤仅可影响架次数的15％～30％。

2.2 弹药及燃油补给作业

由于有限容积的武器升降机运输能力很难满足舰载机在高强度飞行作业中对弹药的需求，因此甲板边缘的2号升降机成为弹药供应的关键（2号靠近舰岛，距离炸弹牧场最近）。图1中，2号升降机使用最频繁，占总使用率的52%，进一步说明了2号升降机功能的特殊性。资料显示，从弹药离开弹药牧场到3架F/A-18同时完成加载作业时间约为25 min；若按单个舰载机装载作业进行分析，平均装载1架F/A-18大约需要8～9 min。

“尼米兹”级航母的燃油补给主要由飞行甲板上的14个加油站和机库内的5个加油站提供^[19]。其冗余性可使舰载机几乎能在飞行甲板的任何位置加油。根据文献[16]，“尼米兹”级航母演习期间，并没有出现排队加油的现象，除加载氮气、引信拆除等服务外，燃油补给可与大多数作业同时进行，且由于燃油补给功能的冗余性，可认为燃油补给作业能力几乎不会受到飞行甲板的毁伤影响。

2.3 飞行甲板整体作业时间分析

飞行甲板的作业周转时间，受到周期类型和弹射回收数量的影响最大。图2显示了演习期间从回收结束到开始发射的作业时间。1+00 min周期时长下，整体平均作业时间为25 min；1+15 min时，平均为35 min；1+30 min时，平均为42 min；1+45 min时，平均为57 min。

根据经验，弹射一架舰载机需要30～60 s，回收一架舰载机则需要60～75 s^[20]。因此，飞行甲板的整体作业时间主要集中在检修、弹药补给、燃油补给上。

3 舰载机出动架次能力仿真分析 3.1 舰载机出动回收仿真模型

参考闭式排队的概念，将舰载机视为顾客，将降落、调运、检修、燃油补给、弹药补给、弹射等视为服务站点，并通过弹射、飞行、降落形成封闭系统。因此，可建立“尼米兹”级航母舰载机的出动、回收闭式排队系统模型，其建模假设为：

1）假定系统中舰载机数目N始终保持不变；

2）燃油补给可与其他作业同时进行，可将其与弹药补给点进行组合；

3）结合上述服务环节的作业时间参数，可直接给定具体服务时间t_i (i=1,2,..5)，而不是分布函数；

4）考虑“尼米兹”航母的持续优化性，则认为飞行甲板和空中执行任务舰载机数量为便于甲板作业的最优数量，且保持恒定；

5）考虑到升降机在飞行甲板作业流程中的服务特点及其对架次的影响权重，升降机不作为服务点。

舰载机的出动及回收过程共有Si (i=1,2 $,\cdots $ 5)类服务点，如图3所示。

综合前文分析，设定服务参数为：MC舰载机总数N=46，飞行舰载机N₁，飞行舰载机最大数量为N_1max=25；各类服务站服务点数量m_i，各服务点服务时间t_i，剩余服务时间为t′_i，则时间步长Step设为剩余服务时间最小值t_i^′_min。各服务点作业时间参数如表2所示。

仿真中，飞行日长度为18 h，结合演习实际，仿真初始状态设定为S₁弹射，弹射舰载机数量为n。当利用斜角甲板回收舰载机与弹射发生冲突时，优先弹射；舰载机完成一个完整周期记为1架次，具体计算流程如图4所示。

3.2 服务点毁伤对架次的影响分析

仿真结果显示，飞行日架次n=275，实际为240架次，误差13%。原因为仿真模型是未考虑实际演习中人员疲劳、舰载机周转延误、加油和其他作业冲突延误下的理想模型，但该模型符合“尼米兹”级航母的优化发展趋势。

为进一步分析舰载机出动、回收关键作业系统的易损性，通过改变各类服务点数量，分析各类关键作业系统对架次的影响，计算结果如图5所示。

可以得出，除彻底毁伤所有服务点外，改变弹射、燃油补给服务点数对架次基本没有影响。原因为燃油补给服务点过于冗余，且作业时间协同性强，即可与弹药补给交叉进行，即便大量毁伤其服务点数，对架次影响仍较小。对于弹射来说，尽管仅存在4部弹射器，但其作业时间仅为1 min左右，即使仅剩一弹射器，虽然会增加调运难度，但仍可满足工作需求。各服务点中，由于回收系统仅存在1个服务点，为冗余性最弱环节，其毁伤可直接导致航母丧失舰载机回收能力。

尽管没考虑弹药补给运输延误的情况，但随着弹药补给服务点的减少，架次数明显降低。故除回收外，弹药补给也是影响架次能力的关键因素。进一步展开弹药补给时间对架次的影响计算，如图6所示。

图6中，在不同服务点数下，随着弹药补给服务时间的增加，架次明显下降，且服务点数越少下降速率越快。

同时，通过计算得出，即便增加燃油补给时间，但对架次数仍几乎没有影响，原因为尽管增加时间，相对于空中飞行时间，占比仍然较小，且其宽度冗余性强（服务点多），进一步降低了对架次的影响权重。

4 结　语

1）通过分析“尼米兹”级航母舰载机飞行、保障作业流程，获得了各类作业的关键参数，且影响权重的定性分析得出，应用次数较少的升降机对出动架次影响不大；

2）基于闭式排队的概念，结合关键作业参数，建立了“尼米兹”级航母突击演习期间的舰载机出动回收的仿真模型；

3）仿真结果显示，弹射或燃油补给部分服务点毁伤，对舰载机出动架次影响不大；

4）冗余性差的回收及作业流程复杂的弹药补给系统则是影响架次数的关键，有必要对弹药运输和装载展开进一步的细化分析。