直升機艦面保障及出動能力評估方法

劉 釗,吳 超

(中國飛行試驗研究院，陜西 西安 710089)

0 引言

隨著海軍深海戰(zhàn)略的不斷深化，直升機艦面保障使用和出動能力評估已成為海軍關(guān)注的重要方向，直升機的艦面保障適配性直接影響戰(zhàn)機的出動能力。艦面綜合保障適配性主要是對直升機在艦面環(huán)境下的全流程綜合保障要素進行逐項分析[1]，發(fā)現(xiàn)影響直升機艦面出動的使用保障問題。本文根據(jù)影響出動能力的關(guān)鍵因素結(jié)合馬爾可夫鏈模型預(yù)計出直升機的艦面出動能力，為提升艦載直升機的使用能力提供理論依據(jù)。

1 直升機艦面出動能力

直升機艦面出動能力[1]主要指直升機按作戰(zhàn)任務(wù)配置的艦面保障資源，在甲板和機庫維修保障作業(yè)期間起降、出動及回收的能力。影響直升機艦面出動能力的保障適配性因素主要包括：起降系統(tǒng)、分系統(tǒng)/站位、保障設(shè)備和工具、配套的保障資源(耗材、備件、氣源、水源、電源等)、人員需求以及維修工作所配備的資源是否滿足使用需求；同時驗證艦面更換發(fā)動機、旋翼、尾槳以及相應(yīng)周期性維修工作是否能夠在艦面保障資源條件下開展，從而保障直升機在艦面環(huán)境下的高強度出動。綜上，影響直升機艦面出動能力的主要因素包括艦面保障全流程活動、艦面維修任務(wù)規(guī)劃和艦面保障站位的適配性，具體見圖1所示。

圖1 艦面出動能力影響因素

2 艦面出動能力因素分析

2.1 艦面保障全流程

直升機艦面保障全流程活動的高效程度對直升機出動能力的影響至關(guān)重要，艦面保障全流程[2]項目主要包括：加油、掛彈、通電、充氧、小車牽引、著艦、機庫與艦面調(diào)運等作業(yè)活動。直升機艦面作業(yè)受時間、甲板空間和設(shè)備資源的限制，考慮不同作業(yè)之間存在的相互制約影響，對直升機的全流程維護保障演練進行驗評估證。艦面保障作業(yè)流程的合理性很大程度影響著艦載直升機的出動強度。艦載直升機全流程保障活動見圖2所示。

對上述全流程保障活動進行分析，影響艦面出動能力的全流程保障活動主要包括起飛準備作業(yè)、著艦作業(yè)、飛行后檢查和艦面排故作業(yè)等。具體全流程保障驗證內(nèi)容如表1所示。

2.2 艦面維修任務(wù)規(guī)劃

艦載直升機著艦后[3]，用小車調(diào)運至任務(wù)裝訂、卸載區(qū)，將任務(wù)卸載完畢后，判斷艦載直升機有無損傷，如有戰(zhàn)損，估計損傷部位及損傷等級。損傷程度較低可在甲板進行維修，否則需要調(diào)入機庫進行維修。艦載直升機發(fā)生故障后一般會根據(jù)故障類型和損壞程度，將其送至艦船不同位置進行修復(fù)性維修活動。根據(jù)維修位置將艦載直升機維修分為兩大類：基層級維修在甲板進行；中繼級維修需在機庫中維修。中繼級維修按照損傷程度又可分為一級維修和二級維修，同時機庫維修需驗證換裝發(fā)動機、旋翼更換等大型維修任務(wù)及規(guī)劃的綜合保障能力。

圖2 艦載直升機全流程保障活動

序號保障全流程驗證項目內(nèi)容1 直升機起飛準備作業(yè)艦載直升機艦面檢查、加油、加氧、掛彈、維護等2 直升機起飛作業(yè)艦載直升機起飛3 直升機執(zhí)行任務(wù)艦載直升機作戰(zhàn)任務(wù)飛行4 直升機著艦作業(yè)艦載直升機著艦系留5 直升機飛行后檢查作業(yè)艦載直升機檢查6 直升機艦面排故作業(yè)艦載直升機艦面機庫排故7 直升機入庫作業(yè)艦載直升機從甲板移動至機庫,從機庫移動至甲板

針對直升機艦面維修規(guī)劃項目，主要檢查驗證保障設(shè)備、工具等維修項目完成的必要保障條件是否能夠滿足直升機艦面環(huán)境下的使用要求。艦面保障設(shè)備適配性主要指保障設(shè)備、工具能否為其搭載的直升機提供綜合保障能力，驗證艦載直升機駐艦的日常使用、維修、保養(yǎng)及一般勤務(wù)保障、檢查、排放、調(diào)整和可更換單元的拆裝、周期性工作能否滿足使用維護需求。同時驗證艦載直升機更換發(fā)動機、旋翼、尾槳等大型維修項目的作業(yè)程序、人員需求、維修空間和保障資源需求是否滿足使用需要。

通過對上述艦面維修任務(wù)的分析可知，影響出動能力的主要因素是艦面維修工作的時效性，完備的人力和物力保障將大大提高艦面修復(fù)性和預(yù)防性維修工作的效率，進而提升直升機出動能力。具體直升機艦面維修規(guī)劃驗證內(nèi)容見圖3所示。

圖3 艦載直升機使用維護適配性

2.3 艦面保障站位適配性

直升機在艦面作業(yè)過程中，每一個保障站位的保障能力直接影響直升機的出動能力。具體站位的保障內(nèi)容包括：供電、加油作業(yè)、彈藥掛裝、氣體充裝等維護作業(yè)。保障站位的適配性[4]主要驗證：各艦面保障站位系留點設(shè)置與直升機停放位置的匹配情況及其系留能力；各艦面保障站位上各保障站點設(shè)備功能、性能以及管路、線纜、接口(如慣導(dǎo)對準數(shù)據(jù))等是否滿足直升機保障工作要求；各艦面保障站位設(shè)計的維修工作項目數(shù)與該站位周圍站點保障資源配置情況的匹配性；各艦面保障站位周圍是否存在相應(yīng)保障工作的危險源等。

綜上，艦面保障站位的功能和使用效率將直接影響直升機在該站位的保障出動準備時間。具體保障站位驗證的內(nèi)容見圖4所示。

圖4 艦面保障站點驗證

3 艦面出動能力評估

對上述艦面綜合保障因素進行全面分析可見，艦面出動能力主要受全流程起飛準備作業(yè)和著艦作業(yè)流程的合理性，日常維護工作的快速維修以及保障站位設(shè)施的高效利用影響。通過上述活動，可將艦載直升機持續(xù)出動能力看成一個動態(tài)隨機過程[5]，艦載直升機所處狀態(tài)發(fā)生的概率可受前期實際狀態(tài)的影響，每一時期艦載直升機狀態(tài)參數(shù)的概率分布只與這一時期的前一時期實際所處的狀態(tài)有關(guān)，而與更早的狀態(tài)無關(guān)，因此具有馬爾科夫性。對艦載直升機出動過程進行馬爾科夫性假設(shè)，利用馬氏過程對艦載直升機出動問題進行分析和求解。艦載直升機出動的動態(tài)狀態(tài)示意圖見圖5所示。

圖5 艦載直升機出動流程示意圖

艦載直升機出動過程{X(t),t∈T}，如果對任意t1

P{x(tn)

X(tn-2)=X(tn-2,…,x(ti)=xi}

(1)

則稱艦載直升機出動過程{X(t),t∈T}具有馬爾科夫性[6]，T為艦載直升機出動的甲板周期。艦載直升機的出動過程滿足馬爾科夫性或稱之為無后效性，艦載直升機{X(tn)}的將來只是通過現(xiàn)在和過去發(fā)生聯(lián)系，一旦現(xiàn)在已知則將來與過去無關(guān)。對于艦載直升機出動過程{X(tn)}={X(t1)、X(t2)、X(t3)、X(t4)、X(t5)、X(t6)、X(t7)}分別代表艦載直升機處于上述7種狀態(tài)。

根據(jù)艦載直升機的初始狀態(tài)對n步轉(zhuǎn)移后艦載直升機所處狀態(tài)的影響隨n增大后而減小，因此

將n→∞極限取得穩(wěn)態(tài)概率分布，

依據(jù)全概率公式，艦載直升機在一個飛行周期內(nèi)完成任務(wù)的概率為：

(2)

艦載直升機持續(xù)出動能力是一個穩(wěn)態(tài)的過程，設(shè)艦載直升機的總數(shù)為N，甲板可停放艦載直升機數(shù)量為N1,機庫內(nèi)可停放N2,則N=N1+N2，①→②→③→④→⑤→①狀態(tài)，

艦載直升機各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移概率為：艦載直升機的最大可同時出動數(shù)量L

L=N×P

(3)

艦載直升機的甲板周期

T=t1+t2+t3+t4+t5+t6+t7

(4)

艦載直升機的架次K

K=P×12/T

(5)

艦載直升機的出動能力：

l=N×K

(6)

某型艦船搭載艦載直升機3架，其中甲板2架，機庫1架。艦載直升機出入庫時間為0.35h，起飛準備作業(yè)時間0.55h，起飛作業(yè)時間5min，執(zhí)行任務(wù)飛行時間3.4h，著艦作業(yè)時間為16min，飛行后檢查時間0.5h，排故作業(yè)時間2h。假設(shè)艦載直升機良好率為80%，起飛率為0.95，復(fù)飛率0，飛行周期結(jié)束后故障率為0.20，戰(zhàn)損率為0，且所有故障均可修復(fù)。

則N=3,N1=2,N1=1,P完好率=0.8，P故障率=0.2，P起飛成功率=0.953，P戰(zhàn)損率率=0，P復(fù)飛率=0，t1=0.35h，t2=0.55h，t3=0.083h，t4=3.4h，t5=0.267h,t6=0.5h,t7=2h。得出穩(wěn)態(tài)概率為：

艦載直升機的最大可同時出動數(shù)量L

L=N×P=3×0.81=2.43

艦載直升機的甲板周期

T=t1+t2+t3+t4+t5+t6+t7=7.15h

12h艦載直升機的架次K

K=P×12/T=0.81×12/T=1.35

12h艦載直升機出動能力為：

l=N×K=3×1.35=4.05≈4

4 總結(jié)

本文通過對影響直升機艦面出動能力的綜合保障活動進行逐級分解，從使用能力的角度對艦面保障全流程活動、艦面維修任務(wù)規(guī)劃和艦面保障站位的適配性進行詳細分析，采用馬爾科夫方法對艦載直升機的出動能力進行預(yù)計，分析艦面綜合保障因素對直升機出動能力的關(guān)鍵影響環(huán)節(jié)，進而提升艦載直升機的使用效能，可為后續(xù)型號的艦機保障適配性及作戰(zhàn)能力生成提供依據(jù)。