航母编队舰载机阵位配置模型研究

张靖昊，曹 毅，李海滨，高建伟

（国防大学，北京 100091）

随着海洋在国家安全和发展中的地位上升，海上军事斗争对维护国家主权和海洋权益的作用日益重要，海上方向信息化局部战争将成为未来作战新的关注点。航母编队作为海上作战的核心，以其强大的独立作战能力和机动灵活性，成为了现代战争中的重要战略力量。而正因为航母编队无可替代的重要性地位，及航空母舰本身体积较大，防御能力较弱，其也成为了敌方重点打击对象，受到敌方空中、水面和水下多方位的反舰力量威胁，特别是受到敌方空中力量侵扰。

目前航母编队除了面临传统导弹打击、机载空舰导弹和隐身飞机突防等空中威胁以外，还要面临无人蜂群技术、有人无人协同控制技术、高超声速武器等这些新技术、新装备带来的全新威胁。这些来自空中的威胁日趋严重，导致航母编队与空中对抗不平衡，直接影响航母编队的生存问题，特别是在远离海岸作战、难以得到己方空中掩护的情况下，航母编队将面临严重威胁。因此，研究航母编队防空作战问题对于强化航母编队作战能力具有深远意义。

1 问题的提出

航母编队中防空作战力量主要由防空舰艇、舰载机和航母自身的防空武器系统组成，这些防空作战力量担负的主要作战任务不同，阵位配置也有一定差别。在研究航母编队防空作战能力时，通常把防空区域划分为近程防空区、中程防空区和远程防空区，防空舰艇一般部署在近程防空区和中程防空区，舰载机则部署在远程防空区。预警机的主要任务是在航母编队的主要威胁方向巡逻并提供早期预警，当敌机或反舰导弹来袭时第一时间为航母编队中防空兵力提供目标信息，而歼击机的主要任务则是根据预警机的探测结果引导舰载战斗机对来袭的飞机和导弹实行拦截，尽可能地在敌机使用武器之前将其击落。因此，在确立舰载机的阵位配置模型时，需要将预警机的阵位配置作为主要考虑因素。

预警机服务的侦察预警区域主要受前出距离和巡逻线长度影响，而前出距离又受到航母编队所需预警距离的限制。本文在研究现有的航母编队舰载机阵位配置的基础上，通过对编队中舰载机的阵位配置进行进一步分析，以预警机为主要研究对象，建立航母编队中的舰载机阵位配置模型[1]。

2 航母编队舰载机阵位配置模型

在确立舰载机的阵位配置模型时，需要将预警机的阵位配置作为主要考虑因素。在进行预警机的阵位配置模型研究时，需要先根据作战需求确立需要的预警距离，在此基础上确立预警机的前出距离、方位角和巡逻线长度，并结合防空舰艇的有效防空区域对阵位配置模型进行进一步优化。

2.1 防空作战所需预警距离的计算方法

在实际确定预警机的阵位配置时，需要考虑到作战命令和作战需求等多方面的影响。本文在研究模型时，主要从作战需求方面入手。在部署预警机位置时，不仅要求能够侦察到敌方空中目标，还要更早更快地发现敌方空中目标，为航母编队中其他防空作战力量实施拦截预留出时间。

航母编队中的防空火力主要可以分为2部分，即航母、防空舰艇装载的舰空武器和舰载机装载的空空武器，而在远程防空区与预警机进行协同作战的主要是装配有空空武器的歼击机，且主要作战任务是对敌机进行拦截。在确立航母编队需要的预警距离时，需要保证在预警机发现敌方目标后，歼击机能够在敌机进入能对航母产生威胁的距离前进入战斗位置并对目标进行一次有效的拦截打击。

实际作战中，歼击机一般有在甲板待机和空中巡逻2种部署情况。为了便于研究，可以统一用前出距离S1表示。当甲板待机时，即S1=0；当空中巡逻时，用S1表示从航母到歼击机飞行空域中心的距离，用S2表示中国航母编队歼击机的战斗位置距航母的距离。设敌机装载的空舰武器有效射程为S3，则需要在敌机飞行至距中国航母距离S3之前进行拦截。

分析可知，从预警机侦察到敌方目标开始，到敌机到达威胁距离之前，需要的时间包括中国航母编队进行响应和准备的时间、歼击机飞行至战斗位置的时间以及发射的空空导弹飞行至打击位置的时间。用V1、V2、V3分别表示中方歼击机的飞行速度、敌机的飞行速度和中方歼击机发射的空空导弹的速度[2]，用t0表示中国方侦察到目标后需要的响应时间和准备时间。可以得到最小预警距离的表达式为：

2.2 预警机前出距离和巡逻线长度计算方法

预警机在执行侦查预警任务时，需要在一定的巡逻区域内进行巡逻飞行。一般情况下，预警机的巡逻区域是一个长边垂直于威胁轴的矩形区域，且长边远大于短边。为便与研究，将巡逻区域简化为巡逻线进行研究。

设预警机的最远探测距离为r，巡逻线中点和航母之间的距离记为前出距离d，巡逻线端点到航母的距离记为s。预警机预警扇面如图1所示，航空母舰的位置记为O，AB为长度为l的巡逻线且垂直于威胁轴，以A、B为圆心作半径为r的圆且相交于E。以O为圆心，OE为半径作圆分别与A点和B点的侦察区域相交于C和D，得到预警机提供的预警扇面COD，OA和OE之间夹角为θ，和OE之间夹角为α，OC和B点的侦察区域相交于F。

图1 预警机预警扇面示意图

在威胁方向上的预警距离会随着预警机在巡逻线上的位置变化而变化，为了保证预警机在威胁方向上始终能够满足预警需要，需要选取巡逻过程中在威胁方向上提供的最小的预警距离进行后续计算。可知威胁方向上的预警距离表达式为为预警机和巡逻线中点的间距。当预警机到达巡逻线端点时，在威胁方向上提供的预警距离最小，此时OE的长度为

在△OAC和△OAE中，3边分别相等，可知2个三角形全等，利用余弦定理，在△OFB中，∠BOF=3θ，设OF长度为LF，利用余弦定理可知，变形得到

根据侦察预警的需要，为了保证当预警机巡逻至B点并在F点侦察到敌方目标时仍有足够的时间进行拦截，需要使OF的长度大于等于所需的预警距离，即LF≥Dmin。根据单调性可知，当θ增大时LF减小，为使预警机在此条件下有更大的侦察预警范围，取极限值令再次变形可得d=

同时，考虑到预警机和航母之间的通信需求，还需要满足d＜Dc，其中Dc表示预警机与航母之间的最大可靠通信距离[3-5]。

2.3 预警机数量和方位角计算方法

为了保证预警机的侦察预警效果，需要令预警机的预警范围能够覆盖敌方可能的来袭方向，即让预警机提供的预警扇面能够覆盖敌威胁扇面。当一架预警机提供的预警扇面小于威胁扇面时，需要配置多架预警机进行侦察预警。设威胁扇面角为ε，通常情况下ε≤180°，需要2架预警机执行侦察预警任务。

设一架预警机提供的预警扇面角为β，由上可知β=4θ，预警机方位角如图2所示，航母的位置点为O，x轴表示敌方威胁方向，POQ和ROS分别是2架预警机的预警扇面，T为其中一架预警机巡逻线中点，γ为巡逻线中点和航母位置连线与威胁方向的夹角。

图2 预警机方位角示意图

可知2架预警机的重叠区域角度为2β-ε，则

此时巡逻线两端点关于威胁方向不对称，2个端点和航母间的连线与威胁方向的夹角分别为和架预警机的预警扇面边界关于威胁方向不对称，与威胁方向的夹角分别为

2.4 与防空舰艇协同作战中的预警机阵位配置模型

在航母编队防空作战中，需要同时用到舰载机和防空舰艇等多种防空力量。防空舰艇一般配置在近程防空区和中程防空区，对突破远程防空区的敌方空中力量进行拦截。为了提高航母编队防空作战能力，考虑到编队中各火力平台的协同作战，可以在进行预警机阵位配置时将中程防空区的防空舰艇的部署位置作为影响因素，对模型进行进一步优化。

中程防空区的防空舰艇通常情况下配置在敌威胁方向上，通过和侦察预警力量配合对敌空中目标进行打击。中程防空舰艇同样需要一定的预警距离，但是和远程防空区的舰载机主要作战任务是拦截敌机不同，中程防空舰艇需要对敌方空舰导弹进行拦截。如果中程防空舰艇从预警机侦察敌空中目标开始准备发射舰空导弹进行拦截且需要在目标进入有效射程范围内的第一时间击中目标，则有Dn=r1+Ve（tp+tf），Dn为需要的最小预警距离，r1为中程防空舰艇的有效射程，Ve为敌方空中目标的飞行速度，tp为中程防空舰艇发射舰空导弹需要的准备时间，tf为舰空导弹从发射到击中目标需要的飞行时间。设舰空导弹飞行速度为V1，则tf=r1/V1。

当预警机在巡逻线上运动到离威胁轴垂直距离最远时，威胁轴该侧的侦察预警能力最强，相应的在另一侧的侦察预警能力最弱[6]。当部署多架预警机时，每架预警机在巡逻线2个端点的位置关于威胁轴不对称，为简化计算，在研究部署1架预警机和2架预警机时都只选取离威胁轴最远的位置进行研究。

设中程防空舰艇的前出距离为d1，预警机的前出距离为d2。预警机和中程防空舰艇协同作战示意图如图3所示，航母的位置点记为O，中程防空舰艇的位置点记为A，预警机距离威胁轴最远的位置点记为B，JOK为该预警机提供的预警扇面。

图3 预警机和中程防空舰艇协同作战示意图

结合2.3节中关于部署方位角的推导可知，若巡逻线中点和航母连线与巡逻线端点和航母连线之间的夹角仍用θ表示。只部署1架预警机时，则α=θ；部署2架预警机时，则

在△AOK中OA即为中程防空舰艇的前出距离d1，OK的长度根据2.2小节分析可知等于Dmin。利用余弦定理可以得到变形得为了保证满足中程防空舰艇的预警距离，需要令AK≥Dn。

因此，综合上述各限制条件，以部署1架预警机对威胁扇面进行侦察预警为例，如果各参数如下：d1为中程防空舰艇前出距离，d2为预警机前出距离，d3为歼击机前出距离，l为预警机巡逻线长度，r1为中程防空舰艇有效射程，r2为预警机有效侦察距离，r3为歼击机作战位置和航母间的距离，r4为敌机有效射程，rc为中方航母与预警机最大通信距离，V1为中程防空舰艇导弹飞行速度，V2为歼击机飞行速度，V3为歼击机发射的空空导弹的速度，V4为敌机飞行速度，V5为敌方空舰导弹速度，tp1为中程防空舰艇发射舰空导弹需要的准备时间，tp2为航母编队收到目标信息后作出响应需要的时间[7]。

需要满足的模型如下：

3 实验仿真

作战想定：航母编队在执行某作战任务时，为抵御敌方空中力量的袭击，需要派出预警机和歼击机，配合防空舰艇进行防空作战。参数如表1所示。

表1 仿真基本参数参考值

中程防空舰艇发射舰空导弹需要的准备时间为2 min，航母编队收到目标信息后作出响应需要的时间为2 min，歼击机采取甲板待战的方式[8]。

则预警机巡逻线的最大长度和前出距离的关系如图4所示。

由图4可知，随着预警机前出距离增大，巡逻线的最大长度先增加后减小。把和防空舰艇协同作战的因素也考虑进去后，在一般情况下，预警机巡逻线长度和前出距离的比值的最小值始终保持在0.7左右。因此当预警机前出距离达到350 km左右时，如果继续增加，将不能满足模型限制条件。当前出距离较小时，巡逻线长度较短，提供的预警范围有限。

图4 预警机巡逻线最大长度和前出距离关系

当其他参数一定时，预警机巡逻线长度的上界和下界分别受预警机自身的前出距离和防空舰艇的前出距离影响。为保证预警机的侦察预警效果，并能够根据战场实际情况进行更多的部署调整，应在预警机巡逻线长度的上界和下界差值大于一定值的情况下，选取最大的预警机前出距离。

4 结束语

本文在分析预警机执行侦察预警任务时需要满足的要求的基础上，结合防空舰艇的阵位配置方法从整体上考虑预警机的阵位配置，通过定量分析建立了确定预警机前出距离、数量、方位角和巡逻区域的数学模型，并利用计算机结合现有武器装备参数进行了实验仿真。最终给出了一种航母编队预警机阵位配置的方法，为预警机阵位配置如何优化提供了理论基础。