直升机舰面保障及出动能力评估方法

刘 钊,吴 超

(中国飞行试验研究院，陕西 西安 710089)

0 引言

随着海军深海战略的不断深化，直升机舰面保障使用和出动能力评估已成为海军关注的重要方向，直升机的舰面保障适配性直接影响战机的出动能力。舰面综合保障适配性主要是对直升机在舰面环境下的全流程综合保障要素进行逐项分析[1]，发现影响直升机舰面出动的使用保障问题。本文根据影响出动能力的关键因素结合马尔可夫链模型预计出直升机的舰面出动能力，为提升舰载直升机的使用能力提供理论依据。

1 直升机舰面出动能力

直升机舰面出动能力[1]主要指直升机按作战任务配置的舰面保障资源，在甲板和机库维修保障作业期间起降、出动及回收的能力。影响直升机舰面出动能力的保障适配性因素主要包括：起降系统、分系统/站位、保障设备和工具、配套的保障资源(耗材、备件、气源、水源、电源等)、人员需求以及维修工作所配备的资源是否满足使用需求；同时验证舰面更换发动机、旋翼、尾桨以及相应周期性维修工作是否能够在舰面保障资源条件下开展，从而保障直升机在舰面环境下的高强度出动。综上，影响直升机舰面出动能力的主要因素包括舰面保障全流程活动、舰面维修任务规划和舰面保障站位的适配性，具体见图1所示。

图1 舰面出动能力影响因素

2 舰面出动能力因素分析

2.1 舰面保障全流程

直升机舰面保障全流程活动的高效程度对直升机出动能力的影响至关重要，舰面保障全流程[2]项目主要包括：加油、挂弹、通电、充氧、小车牵引、着舰、机库与舰面调运等作业活动。直升机舰面作业受时间、甲板空间和设备资源的限制，考虑不同作业之间存在的相互制约影响，对直升机的全流程维护保障演练进行验评估证。舰面保障作业流程的合理性很大程度影响着舰载直升机的出动强度。舰载直升机全流程保障活动见图2所示。

对上述全流程保障活动进行分析，影响舰面出动能力的全流程保障活动主要包括起飞准备作业、着舰作业、飞行后检查和舰面排故作业等。具体全流程保障验证内容如表1所示。

2.2 舰面维修任务规划

舰载直升机着舰后[3]，用小车调运至任务装订、卸载区，将任务卸载完毕后，判断舰载直升机有无损伤，如有战损，估计损伤部位及损伤等级。损伤程度较低可在甲板进行维修，否则需要调入机库进行维修。舰载直升机发生故障后一般会根据故障类型和损坏程度，将其送至舰船不同位置进行修复性维修活动。根据维修位置将舰载直升机维修分为两大类：基层级维修在甲板进行；中继级维修需在机库中维修。中继级维修按照损伤程度又可分为一级维修和二级维修，同时机库维修需验证换装发动机、旋翼更换等大型维修任务及规划的综合保障能力。

图2 舰载直升机全流程保障活动

序号保障全流程验证项目内容1 直升机起飞准备作业舰载直升机舰面检查、加油、加氧、挂弹、维护等2 直升机起飞作业舰载直升机起飞3 直升机执行任务舰载直升机作战任务飞行4 直升机着舰作业舰载直升机着舰系留5 直升机飞行后检查作业舰载直升机检查6 直升机舰面排故作业舰载直升机舰面机库排故7 直升机入库作业舰载直升机从甲板移动至机库,从机库移动至甲板

针对直升机舰面维修规划项目，主要检查验证保障设备、工具等维修项目完成的必要保障条件是否能够满足直升机舰面环境下的使用要求。舰面保障设备适配性主要指保障设备、工具能否为其搭载的直升机提供综合保障能力，验证舰载直升机驻舰的日常使用、维修、保养及一般勤务保障、检查、排放、调整和可更换单元的拆装、周期性工作能否满足使用维护需求。同时验证舰载直升机更换发动机、旋翼、尾桨等大型维修项目的作业程序、人员需求、维修空间和保障资源需求是否满足使用需要。

通过对上述舰面维修任务的分析可知，影响出动能力的主要因素是舰面维修工作的时效性，完备的人力和物力保障将大大提高舰面修复性和预防性维修工作的效率，进而提升直升机出动能力。具体直升机舰面维修规划验证内容见图3所示。

图3 舰载直升机使用维护适配性

2.3 舰面保障站位适配性

直升机在舰面作业过程中，每一个保障站位的保障能力直接影响直升机的出动能力。具体站位的保障内容包括：供电、加油作业、弹药挂装、气体充装等维护作业。保障站位的适配性[4]主要验证：各舰面保障站位系留点设置与直升机停放位置的匹配情况及其系留能力；各舰面保障站位上各保障站点设备功能、性能以及管路、线缆、接口(如惯导对准数据)等是否满足直升机保障工作要求；各舰面保障站位设计的维修工作项目数与该站位周围站点保障资源配置情况的匹配性；各舰面保障站位周围是否存在相应保障工作的危险源等。

综上，舰面保障站位的功能和使用效率将直接影响直升机在该站位的保障出动准备时间。具体保障站位验证的内容见图4所示。

图4 舰面保障站点验证

3 舰面出动能力评估

对上述舰面综合保障因素进行全面分析可见，舰面出动能力主要受全流程起飞准备作业和着舰作业流程的合理性，日常维护工作的快速维修以及保障站位设施的高效利用影响。通过上述活动，可将舰载直升机持续出动能力看成一个动态随机过程[5]，舰载直升机所处状态发生的概率可受前期实际状态的影响，每一时期舰载直升机状态参数的概率分布只与这一时期的前一时期实际所处的状态有关，而与更早的状态无关，因此具有马尔科夫性。对舰载直升机出动过程进行马尔科夫性假设，利用马氏过程对舰载直升机出动问题进行分析和求解。舰载直升机出动的动态状态示意图见图5所示。

图5 舰载直升机出动流程示意图

舰载直升机出动过程{X(t),t∈T}，如果对任意t1

P{x(tn)

X(tn-2)=X(tn-2,…,x(ti)=xi}

(1)

则称舰载直升机出动过程{X(t),t∈T}具有马尔科夫性[6]，T为舰载直升机出动的甲板周期。舰载直升机的出动过程满足马尔科夫性或称之为无后效性，舰载直升机{X(tn)}的将来只是通过现在和过去发生联系，一旦现在已知则将来与过去无关。对于舰载直升机出动过程{X(tn)}={X(t1)、X(t2)、X(t3)、X(t4)、X(t5)、X(t6)、X(t7)}分别代表舰载直升机处于上述7种状态。

根据舰载直升机的初始状态对n步转移后舰载直升机所处状态的影响随n增大后而减小，因此

将n→∞极限取得稳态概率分布，

依据全概率公式，舰载直升机在一个飞行周期内完成任务的概率为：

(2)

舰载直升机持续出动能力是一个稳态的过程，设舰载直升机的总数为N，甲板可停放舰载直升机数量为N1,机库内可停放N2,则N=N1+N2，①→②→③→④→⑤→①状态，

舰载直升机各状态之间的转移概率为：舰载直升机的最大可同时出动数量L

L=N×P

(3)

舰载直升机的甲板周期

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

(4)

舰载直升机的架次K

K=P×12/T

(5)

舰载直升机的出动能力：

l=N×K

(6)

某型舰船搭载舰载直升机3架，其中甲板2架，机库1架。舰载直升机出入库时间为0.35h，起飞准备作业时间0.55h，起飞作业时间5min，执行任务飞行时间3.4h，着舰作业时间为16min，飞行后检查时间0.5h，排故作业时间2h。假设舰载直升机良好率为80%，起飞率为0.95，复飞率0，飞行周期结束后故障率为0.20，战损率为0，且所有故障均可修复。

则N=3,N1=2,N1=1,P完好率=0.8，P故障率=0.2，P起飞成功率=0.953，P战损率率=0，P复飞率=0，t1=0.35h，t2=0.55h，t3=0.083h，t4=3.4h，t5=0.267h,t6=0.5h,t7=2h。得出稳态概率为：

舰载直升机的最大可同时出动数量L

L=N×P=3×0.81=2.43

舰载直升机的甲板周期

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

12h舰载直升机的架次K

K=P×12/T=0.81×12/T=1.35

12h舰载直升机出动能力为：

l=N×K=3×1.35=4.05≈4

4 总结

本文通过对影响直升机舰面出动能力的综合保障活动进行逐级分解，从使用能力的角度对舰面保障全流程活动、舰面维修任务规划和舰面保障站位的适配性进行详细分析，采用马尔科夫方法对舰载直升机的出动能力进行预计，分析舰面综合保障因素对直升机出动能力的关键影响环节，进而提升舰载直升机的使用效能，可为后续型号的舰机保障适配性及作战能力生成提供依据。