王亮亮：舰载特种飞机机群任务效能仿真分析
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今日荐文的作者为中国电子科学研究院专家王亮亮，林琳，陈阳。本篇节选自论文《舰载特种飞机机群任务效能仿真分析》，发表于《中国电子科学研究院学报》第10卷第2期。下面和小编一起开始学习吧~
在新时代下，制空权是国家安全的重要组成部分，对制空权的掌握不仅能够打击和限制敌方战斗力和活动自由度，而且能够使本国陆、海军的作战行动得到有效的保护。因此，加强防空军事能力是目前乃至未来很长时间需要关注的领域。本文拟就舰载特种飞机机群任务效能进行仿真分析研究，以期为我国舰载特种飞机的设计与使用提供参考。
1.舰载特种飞机的特点
航母编队在执行任务期间，通常会派出舰载特种飞机，前往作战方向执行警戒巡逻任务，以弥补航母对中远程空、海目标的搜索探测和跟踪监视能力的不足（见图）。
为航母编队提供空、海态势感知和中早期预警，提高航母编队生存能力。舰载特种飞机的特点如下：
a)受航母对舰载特种飞机起降重量的限制，载油量受限，舰载特种飞机的续航时间较岸基飞机短；
b)舰载特种飞机在航母使用条件和海洋环境下的可靠性水平较陆基飞机低；
c)舰载特种飞机机群在作战使用上重点考虑对任务空域的任务持续性；
d)受到航母上配置的人员、保障设备的限制，舰载特种飞机在航母上只能开展基层级的维修工作，通过更换备件的方式完成故障维修，恢复飞机状态。航母上不能修复换下的故障件；
e)由于任务期间航母编队远离基地，备件供应困难，只能依靠出发时携带的备件保障飞机的维修使用，在航母编队返港后，需对故障件进行返厂维修，保障下次任务使用。
舰载特种飞机机群由N架同型号飞机构成，航母编队的一次任务期M天，其中执行任务M1天，返港维护M2天。一次仿真时长按一年取值，考虑数据统计方便，仿真时长适当调整，按整数倍任务期选取。
机群执行任务的要求是在任务空域上空保持规定时间内连续执行任务。每次派出一架飞机执行任务，为了保证任务连续，当前一架飞机在离开任务空域进入返航阶段的时候，另一架飞机就要进入任务空域执行任务，因此相邻两个任务之间是有重叠的，即后一架飞机要在前一架飞机还在执行任务的过程中就要起飞准备接班执行任务。一旦前一架飞机在任务过程中出现故障，导致任务失败，则后一架飞机需提前起飞。仿真假定每架飞机的任一LRU故障即造成任务失败，故障后飞机具备安全返航的能力，返航时间保持不变。
根据舰载特种飞机的使用特点，飞机的状态建模可划分为三个层次，即任务、故障和维修。由图所示，由于前一架飞机执行单次任务内不同阶段发生故障对后一架飞机起飞时间造成影响。例如，前一架飞机在起飞阶段发生故障，则后一架对飞机任务和故障状态进行细化，可分为准备、出航、任务、返航共计四个状态。当飞机在后四个状态发生故障时，分别对应一个故障状态，共计四个故障状态。
为了分析维修资源和备件资源的情况，飞机维修状态细化为维修、等待维修、等待备件三个状态。飞机各状态间的转换关系如下图所示，仿真中飞机的初始状态为完好状态。
仿真程序根据各类模型设定的参数进行数组赋值，然后根据仿真步长遍历任务、飞机、资源等要素的状态，并根据各触发条件进行判断，进入不同的处理过程，修改状态标志或数值，统计过程数据，仿真完成后汇总输出仿真结果。
3.仿真结果与分析
根据仿真参数，使用仿真程序进行1000次仿真计算出统计平均结果，9000h中任务需求总时间5400h，机群在任务空域执行任务时间(去除出航、返航时间)为5081.4h，即任务时间覆盖率R为94.1%。图7为1000次仿真后平均的各时刻飞机状态情况。
对机群配置数量进行调整，并进行仿真分析，仿真结果对比见下图。
对单次任务剖面时间长度进行调整，保持出航、返航时间不变，只改变执行任务的时间长度并进行仿真分析，仿真结果对比如图所示。
4.结语
仿真方法可以避免建立数学解析模型的困难，能很好地反映出各因素的实际情况或设计水平对机群任务效能的影响。舰载特种飞机机群的任务效能不仅与装备固有的可靠性、维修性水平有关，更与任务模式、维修资源、保障资源等因素密切相关。对各因素的建模越接近实际情况，仿真结果越准确。本文使用的任务效能建模仿真方法，适用于相似装备的方案论证和各阶段评估分析。
本文发表于《中国电子科学研究院学报》第10卷第2期，版权归学报所有，阅读全文请联系我们。
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