0 引　言

航母是以舰载机为主要战斗装备，并为其提供海上活动基地的大型水面战斗舰艇。航母出现之初曾被定位为舰队辅助力量，随着其舰载机不断显示出侦察及打击等空中优势，航母逐渐成为了各国海军梦寐以求的舰队核心力量。航母的战场感知与作战能力主要依靠舰载机，相应地，舰载机空中作战优势的充分发挥，很大程度上也取决于航母能为其提供弹药的能力。机载弹药储运方式及效能是航母设计需考虑的要素之一。

美英等老牌海军强国基于百年的航母研制及作训经验与教训，均采用了符合其国情的航母弹药储运技术与装备。国内在相关领域的研究起步较晚，史文强等^[1]分析了美国尼米兹级航母航空弹药储运环节划分、作业区域及典型作业设备；赵晓春^[2]分析了美国航母弹药库自动化储运技术的研究发展情况；刘彩云^[3]和张斌^[4]分别面向航母弹药转运系统仿真优化和航母航空弹药布局及转运调度优化，分析了美国航母弹药库的布局和航空弹药出入库作业流程；陈练等^[5]分析了美国福特级航母弹药升降机等重要系统装备的研制情况。本文通过设定一致的航母机载弹药储运空间单元及作业参数，采用FlexSim仿真软件对美英两国航母的机载弹药储运方式及效能进行了对比分析。

1 航母机载弹药储运方式

航母机载弹药储运方式，核心涉及到弹药存储与转运2个基本方面，在充分考虑到弹药与舰船安全耦合关系的前提下^[6]，前者目标在于使既定的弹药库空间能尽可能多地装载弹药；后者目标在于利用弹药库设备尽可能快地存取弹药。目前，国外航母的机载弹药储运方式，基本上可分类为以美国为代表的传统人力型方式和以英国为代表的创新无人型方式。

1.1 美国航母机载弹药储运方式

美国有11艘现役航母，包括10艘尼米兹级和1艘福特级航母。目前，美国航母仍采用的是传统人力型机载弹药储运方式，其机载弹药储运设备的典型配置是通用系固设施、防爆搬运车、防爆货梯和人力转运车等^[7]。

通用系固设施包含敷设于弹药库甲板上的通用系固基础和可拆系留索具。其中，通用系固基础包含金属系固条和非金属填料，前者为弹药库甲板提供矩阵式分布的系留用通孔；后者填充于金属系固条之间为弹药库提供齐平的甲板面，可拆系留索具由链条、快调张紧机构和孔用钩等组成。防爆搬运车可在弹药库内短距离存取和搬运弹药。防爆货梯部署在弹药库、机库、弹药理货区和飞行甲板之间，用于在多层功能甲板之间垂直转运弹药。

弹药入库流程中，机载弹药随人力转运车通过防爆货梯到达弹药库，库内舰员操作防爆搬运车将机载弹药取下，叉运至目标储位进行码放，再使用系固索具将机载弹药绑扎至弹药库甲板上，完成弹药入库作业。弹药出库流程与入库流程互逆。

1.2 英国航母机载弹药储运方式

英国有2艘现役航母，均为伊丽莎白女王级航母。作为舰载机弹射起飞、滑跃起飞、液压阻拦、斜角甲板、菲涅尔透镜助降等航母代表性技术的先导，英国在航母上首先使用了创新无人型机载弹药储运方式，其机载弹药储运设备的典型配置是制式托盘、穿梭车、轨道和防爆货梯等^[8]。

机载弹药库的两舷侧安装有多排横向轨道，左右舷横向轨道之间，安装有一列贯通弹药库的纵向轨道；每排横向轨道内部署有横向穿梭车，纵向轨道内部署有1台纵向穿梭车；横向轨道对应机载弹药储位、纵向轨道对应横向轨道的出入口处，可搁置和固定制式托盘；各型机载弹药均提前系固在制式托盘上。

弹药入库流程中，机载弹药随制式托盘通过防爆货梯到达弹药库梯口，位于梯口横向轨道内的横向穿梭车，下穿至位于货梯上的制式托盘下，小距离提升后背负制式托盘沿横向轨道进入弹药库，沿着横向轨道移动至纵向轨道后，横向穿梭车脱离制式托盘移出纵向轨道；纵向穿梭车下穿至制式托盘下，小距离提升后背负制式托盘沿纵向轨道移动至目标横向轨道入口处，纵向穿梭车释放制式托盘、移出横向轨道入口；位于目标横向轨道的横向穿梭车下穿至制式托盘下，小距离提升后背负制式托盘沿横向轨道移动至目标储位，横向穿梭车释放制式托盘，由横向轨道固定制式托盘，完成弹药入库作业。弹药出库流程与入库流程互逆。

2 机载弹药存储效能 2.1 分析条件

为便于对比分析传统人力型、创新无人型机载弹药储运方式效能，设定一致的航母机载弹药储运空间单元。

该空间单元自上至下包含一定尺寸的弹药准备区、机库、上弹药库和下弹药库，上弹药库和下弹药库可存储箱装制导弹药和托盘装小型弹药；设定箱装制导弹药为长4.5 m×宽1 m×高0.5 m，自重1 t；托盘装小型弹药为长1.2 m×宽1 m×高1 m，自重1 t。

2.2 存储能力

传统人力型机载弹药储运方式中，使用防爆搬运车进行弹药出入库存取，考虑到防爆搬运车作业回转空间，单个机载弹药储运空间单元大约可存储336件箱装制导弹药或672件托盘装小型弹药。

创新无人型机载弹药储运方式中，使用穿梭车和制式托盘进行弹药出入库存取，若设定制式托盘为长4.8 m×宽1.6 m，则单个机载弹药储运空间单元大约可存储180件箱装制导弹药或240件托盘装小型弹药。

针对设定的机载弹药及储运空间单元，创新无人型储运方式的机载弹药存储能力，是传统人力型方式的36%～54%。

3 机载弹药转运效能 3.1 分析条件

美国和英国均具有成熟的弹药海上补给装备与技术，结合其弹药海上储运单元设计理念^[9]，设定单个制导弹药储运单元包含2件箱装制导弹药，即制导弹药储运单元为长4.5 m×宽1 m×高1 m，自重2 t；设定单件托盘装小型弹药即为1个小型弹药储运单元。

机载弹药入库作业设定为，航母完成弹药储运单元自机库甲板随防爆货梯装满上弹药库和下弹药库的完整作业；机载弹药出库作业设定为，弹药储运单元自上弹药库和下弹药库随防爆货梯到达准备区的完整作业。

3.2 模型建立

使用三维物流系统仿真软件FlexSim 进行弹药转运效能分析。

在传统人力型机载弹药储运方式仿真模型中，用4个平置仓模型模拟上弹药库和下弹药库的存储功能区，用1个升降机模型模拟防爆货梯，用4个叉车模型模拟位于弹药理货区、机库、上弹药库和下弹药库的防爆搬运车，用软件的对象连接、网络节点和属性定义建立起弹药转运路径，具体如图1所示。

在传统人力型储运方式仿真模型中，设定防爆货梯的最大运行速度为0.5 m/s，启停加速度为0.5 m/s²，转运制导弹药时的装载、卸载时间分别为30 s，转运小型弹药时的装载、卸载时间分别为20 s；防爆搬运车的最大行走速度为1 m/s，启停加速度为0.5 m/s²，提升速度为0.5 m/s，存取制导弹药时的装载、卸载时间分别为10 s和6 s，存取小型弹药时的装载、卸载时间分别为5 s和3 s。

在创新无人型机载弹药储运方式仿真模型中，用多个暂存区模型模拟上弹药库和下弹药库的存储功能区，用升降机模型模拟防爆货梯，用多台AGV模型模拟位于弹药理货区、上弹药库、下弹药库的穿梭车和位于机库的防爆搬运车，用软件的对象连接、网络节点和属性定义建立起弹药转运路径，具体如图2所示。

在创新无人型储运方式仿真模型中，设定防爆货梯的最大运行速度为0.5 m/s，启停加速度为0.5 m/s²，制式托盘装载、卸载时间分别为30 s；穿梭车的最大行走速度为1 m/s，启停加速度为0.5 m/s²，制式托盘装载、卸载时间分别为15 s和10 s；单件制式托盘码放3件箱装制导弹药或4件托盘装小型弹药。

3.3 仿真结果

分别运行上述FlexSim仿真模型，传统人力型储运方式中（见图3），设定的航母机载弹药储运空间单元，完成168件制导弹药储运单元入库用时5.353 h，平均单箱制导弹药入库用时57.4 s；完成168件制导弹药储运单元出库用时7.136 h，平均单箱制导弹药出库用时76.5 s。航母机载弹药储运空间单元完成672件小型弹药储运单元入库用时13.446 h，平均单件用时72 s；完成672件小型弹药储运单元出库用时15.946 h，平均单件用时85.4 s。

创新无人型储运方式中（见图4），航母机载弹药储运空间单元完成60件制式托盘及其弹药入库用时2.433 h，平均单箱制导弹药入库用时48.7 s，平均单盘小型弹药入库用时36.5 s；航母机载弹药储运空间单元完成60件制式托盘及其弹药出库用时2.917 h，平均单箱制导弹药出库用时58.3 s，平均单盘小型弹药出库用时43.8 s，具体如表1所示。

针对设定的机载弹药及储运空间单元，创新无人型储运方式的机载弹药转运能力，是传统人力型方式的122%～197%。

4 储运效能优化分析 4.1 传统和创新储运方式各有所长

在弹药转运能力方面，创新无人型弹药储运方式优于传统人力型弹药储运方式，在弹药存储能力方面则相反，这从两者的工作机理上比较容易理解。

创新无人型弹药储运方式可高密度布放制式托盘，但统一尺寸的制式托盘，难以完美码放尺寸多样的各型弹药；传统人力型弹药储运方式中的通用系固设施，可实现箱装、托盘装、搁置架等各种包装形式弹药的库内因地堆放，除考虑必要的弹药系固、维护和存取作业通道外，弹药库的剩余空间均可用来码放弹药，其空间利用率强于创新无人型弹药储运方式。

传统人力型弹药储运方式中的防爆搬运车，通常一次转运2件箱装制导弹药或1件托盘式小型弹药；创新无人型弹药储运方式中的制式托盘，可一次转运3件箱装制导弹药或4件托盘式小型弹药，在防爆货梯速度相当的情况下，其转运能力强于传统人力型弹药储运方式。

4.2 防爆货梯是传统方式的优化要素

在上述传统人力型储运方式箱装制导弹药入库流程中，防爆货梯的工作占比为99.78%，而防爆搬运车的工作占比不到16%，表明防爆货梯是制约弹药转运效能的重要设备之一，具体如图5所示。

若仅将上述仿真模型中防爆货梯的运行速度由0.5 m/s分别提升为0.75 m/s和1 m/s，则完成168件制导弹药储运单元入库的用时，可由5.353 h分别降低至4.583 h和4.222 h，箱装制导弹药的入库能力能分别直接提高14%和21%；若仅将上述仿真模型中防爆货梯的额定载荷提升一倍，则完成168件制导弹药储运单元入库的用时，可由5.353 h降低至4.302 h，箱装制导弹药的入库能力能直接提高20%。美国福特级航母通过用直线电机防爆货梯取代尼米兹级航母的钢丝绳曳引防爆货梯^[10]，以提升防爆货梯的额定载荷和运行速度，估计有这方面的考虑。

4.3 制式托盘是创新方式的优化关键

制式托盘的尺寸和流转方式，是创新无人型弹药储运方式的设计关键。

首先，制式托盘尺寸越大，越有利于发挥创新无人型弹药储运方式的大载荷转运优势，但相应地对防爆货梯和穿梭车的额定载荷及其工作通道的结构要求就越高；制式托盘尺寸的确定，还应考虑其与各型机载弹药储运单元物理要素的兼容匹配，在上述仿真模型中，若将制式托盘的尺寸确定为4.8 m×2 m，且其他要素匹配，则单个航母机载弹药储运空间单元可存储288件箱装制导弹药或384件托盘装小型弹药，可显著提升弹药存储能力。

其次，在制式托盘流转方面，上述仿真模型的入库流程是基于机载弹药随制式托盘上舰或在机库内完成码放组盘，出库流程是基于机载弹药随制式托盘转运至准备区拆盘，出入库流程期间不进行空制式托盘出库或入库作业。因此，机载弹药储运效能的发挥，也与制式托盘的岸海一体化流转方式和在舰调度方案直接相关。

4.4 无人储运方式符合未来发展需要

尽管在弹药存储能力方面，创新无人型弹药储运方式相比较于传统人力型弹药储运方式没有明显优势，但考虑到：1）在弹药转运能力方面，创新无人型弹药储运方式相比较于传统人力型弹药储运方式，有着明显优势；2）创新无人型弹药储运方式，可真正实现航母弹药库无人化储运作业；3）单个航母机载弹药储运空间单元中，创新无人型弹药储运方式可缩减弹药库内操作站位，节省的舰员作息空间成本和食宿、薪酬等费用，可降低航母的全寿命周期费用；4）美国一直都在致力于航母弹药库自动化储运技术的研究与应用^[2]；5）随着隐身型、无人型舰载机陆续上舰，少人化、乃至无人化舰船平台也逐渐会成为现实，创新无人型弹药储运方式更符合未来发展需要。

5 结　语

传统人力型机载弹药储运方式，能实现弹药高密度通用化存储和较高效率的机械化转运，比较好地吻合了现役航母的劳动密集型航空保障作业方式；创新无人型机载弹药储运方式，能实现航母弹药库无人化储运作业，并具有高的弹药转运效率和较高的弹药存储效能，且符合了未来少人化、乃至无人化新型舰船平台的发展需要。实现高效的航母机载弹药储运，宜基于航母作战使命，综合考虑上舰机载弹药物理要素，关注防爆货梯和制式托盘等关键设备设计，选择出合适的弹药储运方式并进行弹药储运作业参数的优化。