舰载机甲板布列调运问题的研究

汪晓龙 宋佳平

摘 要：本文分析了舰载机作业的基本流程以及甲板空间因素对舰载机作业的影响，将舰载机及其相关作业的调运空间和作业空间进行了区域划分，采用先优先选择区域再选择站位的模式解决舰载机甲板站位舰移动的路径规划问题。

关键词：舰载机;布列;调运

中图分类号：E917 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）02-0224-02

航母甲板空间有限，作战环境高度危险紧张，如果能够在任务下达后最先出动战机形成战斗力并且在作战过程中有条不紊地进行甲板作业，保持持久作战能力，就能在瞬息万变的战场中占据先机。由于受到航空母舰飞行甲板空间区域限制，舰载机的飞行不可能同时满足很多架次飞机起飞、着舰，因此舰载机的飞行特征被称为具有多层蛋糕般的层次性。同时，航空母舰上人力资源相对靠港时要少，再加上等待、保障、起飞等功能区有可能相互重叠，如何合理利用飞行甲板有限的空间和资源，快速有效地调度飞机执行作战任务，是世界各航母强国争先研究的关键问题。

1 舰载机甲板站位间移动实时路径规划

1.1 舰载机甲板站位设置

舰载机甲板区域设置是按功能进行站位划分的，舰载机所处站位不同，它所对应的状态也不同。如图1所示，舰载机甲板站位设置主要包括着舰战位（1号区）、等待站位（2号区、3号区、4号区、5号区）、保障站位（6号区、7号区）和放飞站位（图中4个黑色区域）。舰载机着舰后在甲板可能处于着舰、保障、等待保障、等待放飞、放飞5种状态。舰载机所处站位区域和状态共同决定了舰载后续动作流程。

着舰站位主要用于为直升机着舰提供足够的滑行区域。等待站位为等待起飞，或等待进入保障站位进行保障维修的舰载机提供暂时待机位置。保障站位为舰载机进行加油、挂弹、维修等作业，可为舰载机提供长时间甲板停留。

理想状态下，舰载及甲板作业流程为“着舰-保障-放飞”，但由于舰载机各功能站位可保障机位有限，所以舰载机从着舰到再次起飞作业流程也不仅相同。根据舰载机所处战位以及流程要求，舰载机从1号1区着舰后至起飞区的可能路径如图2所示。舰载机每种状态为舰载机甲板作业流程中的1个节点，舰载机每到一个节点接受服务就会进入等待队列，而每个节点都有自身确定的排队策略用于选择舰载机进行服务并安排其进入下一节点。

1.2 舰载机甲板移动路径规划模型

舰载机甲板移动路径规划的基本原则为要使舰载机在甲板各站位间移动的路径最优，即舰载机在状态转换过程中所用时间最短。由于甲板舰载机停靠情况未知，且舰载机在实际移动过程中所需时间不仅与所选站位有关、还有当前甲板其他飞机停放位置和运动状态有关，所以建立以下路径规划原则：

（1）当舰载机由着舰站位着舰后，在存在保障站位空缺情况下，应优先选择保障站位;若无保障站位保障，则进行等待站位选择。保障站位应优先选择不受舰载机起飞影响的6号区站位。（2）当舰载机由着舰站位选择等待站位时应首先进行区域选择，再根据该区域内空间站位距离远近选择站位。（3）当舰载机由等待站位选择保障站位时，应首先选择不受舰载机起飞影响的6号区。（4）当舰载机由保障站位选择等待站位时，按照受舰载机起飞、降落的影响程度，在甲板面非站位区域活动时间长短和由等待站位牵引至放飞站位的时间长度等因素考虑，应按照5号区、2号区、3号区、4号区的顺序选择等待站位。（5）当舰载机由等待站位选择放飞站位时，原则上2号区、3号区、4号区、5号区舰载机的放飞阵位应选择10号区和11号区保障，并优先选择不会对其他舰载机作业产生影响的10号区;6号区、7号区舰载机的放飞阵位应选择8号区和9号区保障，并优先选择不会对其他舰载机作业产生影响的8号区。

在上述分析和假设前提下，舰载机在各站位间移动的路径规划仅需考虑两个问题：一是当前甲板空缺站位情况;二是下个移动站位区域。也就是说，根据当前甲板面上站位空缺情况做出要前往的区域规划。

2 连续出动模式下的舰载机调度模型

当航母舰面事先已经布放舰载机时，若需要执行某一出动任务，则需要对舰面的舰载机进行合理的调度，以尽可能地缩短其出动时间。

2.1 保障需求模型建立

舰载机在保障区域进行加油、挂弹的时间直接影响了舰载机的出动速度，能在同一时间同时保障舰载机进行加油、挂弹的数量越多，舰载机执行后续任务的时间也就约充裕。对变量做如下假设：

：表示需要在同一时间进行航空保障的舰载机数量;

：表示第一型战斗机的航空保障时间;

：表示第二型战斗机的航空保障时间;

：表示需要进行航空保障的第一型战斗机数量;

：表示需要进行航空保障的第二型战斗机数量。

则：

2.2 舰载机调度模型建立

假设作战周期内出动共出动舰载机数量为n架，且已经停放于舰面不同区域停机位;通过改变位于不同停机位舰载机的出动顺序，以寻求最优出动方案，使得在优先保证n架舰载机出动时间最短的基础上，令其舰面总的移动距离也尽可能最短，移动距离最短意味着对其它飞机作业影响程度越小。为此可将该舰载机调度问题转换为带有约束条件的多目标函数求最优解问题。建立数学模型如下：

：表示舰载机由当前站位状态至最终状态所需時间总和。

：表示舰载机由当前站位状态至最终状态移动距离总和。

M表示目标函数要求，各目标满足的优先次序为：首先满足n架舰载机出动时间最短;其次满足n架舰载机舰面移动距离也尽量最短。

确定约束条件：

（1）放飞阵位选择。当舰载机连续出动时，相邻两架舰载机的飞行周期，“着舰-保障-放飞”首尾交错重叠。为保证起飞降落互补影响，以及舰载机起飞时不影响其它飞机进行甲板作业，连续出动时选用8号区。（2）移动路径选择。为确保安全，事件不同时发生，甲板面上只存在一架舰载机由某一种状态向另一种状态移动。（3）保障区域选择。保障区域优先选择6号区。

则舰载机出动时间计算模型可表示为：

：表示处于状态下的舰载机数量;

：表示舰载机进行状态改变时的牵引时间;

：表示放飞站位舰载机的放飞周期。

舰载机移动距离计算模型可表示为：

3 结语

如何能够充分调动航空母舰上有限的空间区域、保障人力资源确保舰载机在飞行甲板上频繁的调运作业实现快速、有序、合理、最优化是本文讨论和解决的关键和最终目的。本文对舰载机的甲板布局站位进行了区域性划分，通过系统规划建立模型，得出舰载机在各类站位之间移动的实时规划的最优化路径。在舰载机连续出动的模式下，通过确定约束条件，建立基础模型，从而解决以舰载机放飞任务的调度计划。

参考文献

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