劉 釗,吳 超

(中國飛行試驗(yàn)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(jī)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(jī)的艦面保障適配性直接影響戰(zhàn)機(jī)的出動能力。艦面綜合保障適配性主要是對直升機(jī)在艦面環(huán)境下的全流程綜合保障要素進(jìn)行逐項(xiàng)分析[1]，發(fā)現(xiàn)影響直升機(jī)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(jī)的艦面出動能力，為提升艦載直升機(jī)的使用能力提供理論依據(jù)。

1 直升機(jī)艦面出動能力

直升機(jī)艦面出動能力[1]主要指直升機(jī)按作戰(zhàn)任務(wù)配置的艦面保障資源，在甲板和機(jī)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(jī)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(yàn)證艦面更換發(fā)動機(jī)、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(jī)在艦面環(huán)境下的高強(qiáng)度出動。綜上，影響直升機(jī)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(jī)艦面保障全流程活動的高效程度對直升機(jī)出動能力的影響至關(guān)重要，艦面保障全流程[2]項(xiàng)目主要包括：加油、掛彈、通電、充氧、小車牽引、著艦、機(jī)庫與艦面調(diào)運(yùn)等作業(yè)活動。直升機(jī)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(jī)的全流程維護(hù)保障演練進(jìn)行驗(yàn)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(jī)的出動強(qiáng)度。艦載直升機(jī)全流程保障活動見圖2所示。

對上述全流程保障活動進(jìn)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(zhǔn)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(yàn)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(jī)著艦后[3]，用小車調(diào)運(yùn)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(jī)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(jìn)行維修，否則需要調(diào)入機(jī)庫進(jìn)行維修。艦載直升機(jī)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(jìn)行修復(fù)性維修活動。根據(jù)維修位置將艦載直升機(jī)維修分為兩大類：基層級維修在甲板進(jìn)行；中繼級維修需在機(jī)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(jī)庫維修需驗(yàn)證換裝發(fā)動機(jī)、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(jī)全流程保障活動

序號保障全流程驗(yàn)證項(xiàng)目內(nèi)容1 直升機(jī)起飛準(zhǔn)備作業(yè)艦載直升機(jī)艦面檢查、加油、加氧、掛彈、維護(hù)等2 直升機(jī)起飛作業(yè)艦載直升機(jī)起飛3 直升機(jī)執(zhí)行任務(wù)艦載直升機(jī)作戰(zhàn)任務(wù)飛行4 直升機(jī)著艦作業(yè)艦載直升機(jī)著艦系留5 直升機(jī)飛行后檢查作業(yè)艦載直升機(jī)檢查6 直升機(jī)艦面排故作業(yè)艦載直升機(jī)艦面機(jī)庫排故7 直升機(jī)入庫作業(yè)艦載直升機(jī)從甲板移動至機(jī)庫,從機(jī)庫移動至甲板

針對直升機(jī)艦面維修規(guī)劃項(xiàng)目，主要檢查驗(yàn)證保障設(shè)備、工具等維修項(xiàng)目完成的必要保障條件是否能夠滿足直升機(jī)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(jī)提供綜合保障能力，驗(yàn)證艦載直升機(jī)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(hù)需求。同時驗(yàn)證艦載直升機(jī)更換發(fā)動機(jī)、旋翼、尾槳等大型維修項(xiàng)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(jìn)而提升直升機(jī)出動能力。具體直升機(jī)艦面維修規(guī)劃驗(yàn)證內(nèi)容見圖3所示。

圖3 艦載直升機(jī)使用維護(hù)適配性

2.3 艦面保障站位適配性

直升機(jī)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(jī)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(hù)作業(yè)。保障站位的適配性[4]主要驗(yàn)證：各艦面保障站位系留點(diǎn)設(shè)置與直升機(jī)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(diǎn)設(shè)備功能、性能以及管路、線纜、接口(如慣導(dǎo)對準(zhǔn)數(shù)據(jù))等是否滿足直升機(jī)保障工作要求；各艦面保障站位設(shè)計的維修工作項(xiàng)目數(shù)與該站位周圍站點(diǎn)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(jī)在該站位的保障出動準(zhǔn)備時間。具體保障站位驗(yàn)證的內(nèi)容見圖4所示。

圖4 艦面保障站點(diǎn)驗(yàn)證

3 艦面出動能力評估

對上述艦面綜合保障因素進(jìn)行全面分析可見，艦面出動能力主要受全流程起飛準(zhǔn)備作業(yè)和著艦作業(yè)流程的合理性，日常維護(hù)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(jī)持續(xù)出動能力看成一個動態(tài)隨機(jī)過程[5]，艦載直升機(jī)所處狀態(tài)發(fā)生的概率可受前期實(shí)際狀態(tài)的影響，每一時期艦載直升機(jī)狀態(tài)參數(shù)的概率分布只與這一時期的前一時期實(shí)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(jī)出動過程進(jìn)行馬爾科夫性假設(shè)，利用馬氏過程對艦載直升機(jī)出動問題進(jìn)行分析和求解。艦載直升機(jī)出動的動態(tài)狀態(tài)示意圖見圖5所示。

圖5 艦載直升機(jī)出動流程示意圖

艦載直升機(jī)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(jī)出動過程{X(t),t∈T}具有馬爾科夫性[6]，T為艦載直升機(jī)出動的甲板周期。艦載直升機(jī)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(jī){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(jī)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(jī)處于上述7種狀態(tài)。

根據(jù)艦載直升機(jī)的初始狀態(tài)對n步轉(zhuǎn)移后艦載直升機(jī)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(jī)在一個飛行周期內(nèi)完成任務(wù)的概率為：

(2)

艦載直升機(jī)持續(xù)出動能力是一個穩(wěn)態(tài)的過程，設(shè)艦載直升機(jī)的總數(shù)為N，甲板可停放艦載直升機(jī)數(shù)量為N1,機(jī)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(jī)各狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)移概率為：艦載直升機(jī)的最大可同時出動數(shù)量L

L=N×P

(3)

艦載直升機(jī)的甲板周期

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

(4)

艦載直升機(jī)的架次K

K=P×12/T

(5)

艦載直升機(jī)的出動能力：

l=N×K

(6)

某型艦船搭載艦載直升機(jī)3架，其中甲板2架，機(jī)庫1架。艦載直升機(jī)出入庫時間為0.35h，起飛準(zhǔn)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(jī)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(jī)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(jī)的甲板周期

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

12h艦載直升機(jī)的架次K

K=P×12/T=0.81×12/T=1.35

12h艦載直升機(jī)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(jī)艦面出動能力的綜合保障活動進(jìn)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(jìn)行詳細(xì)分析，采用馬爾科夫方法對艦載直升機(jī)的出動能力進(jìn)行預(yù)計，分析艦面綜合保障因素對直升機(jī)出動能力的關(guān)鍵影響環(huán)節(jié)，進(jìn)而提升艦載直升機(jī)的使用效能，可為后續(xù)型號的艦機(jī)保障適配性及作戰(zhàn)能力生成提供依據(jù)。