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武装直升机对地攻击作战效能分析

归档日期:07-03       文本归类:反直升机武器      文章编辑:爱尚语录

  武装直升机对地攻击作战效能分析_娱乐时尚_生活休闲。武装直升机对地攻击作战效能分析 摘 要 武装直升机作为现代战争中最具威胁的武器, 其作战效能的 研究成为必要、 迫切的 工作。 本文在对武装直升机对地攻击作战

  武装直升机对地攻击作战效能分析 摘 要 武装直升机作为现代战争中最具威胁的武器, 其作战效能的 研究成为必要、 迫切的 工作。 本文在对武装直升机对地攻击作战效能定义、 指标选择的基础上, 利用马尔可夫 过程建立了武装直升机对地攻击作战效能评估模型。主要研究内容如下: 1 、武装直升机对地攻击作战效能的概念。根据武装直升机对地攻击的作战使命, 给出了武装直升机对地攻击作战效能及反映作战效能的作战能力、 可用度、 可靠度、 保 障度的概念。 z 、武装直升机对地攻击作战效能指标的选择。阐述了 武装直升机的作战使命和作 战任务, 根据武器装备效能指标选择的 基本原则, 结合武装直升机对地攻击任务的 特点, 选取了武装直升机对地攻击作战效能指标。 3 、 武装直升机战斗生存力研究。战斗生存力是影响武装直升机作战效能的重要因 素。 给出了武装直升机战斗生存力的概念, 分析战斗生存力与作战效能的关系, 讨论了 影响战斗生存力的两个重要因素:易损性和敏感性。 4 、武装直升机对地攻击作战效能评估模型研究。给出了武装直升机对地攻击的典 型的 任务剖面, 利用马尔可夫过程, 建立了武装直升机对地攻击作战效能评估的数学模 型。 5 、 米一1 7 武装直升机对地攻击作战效能评估案例研究。 以 米一1 7 武装直升机为例, 利用本文建立的效能评估模型和相关的计算软件,计算了 该机对地攻击的作战效能指 标, 对比了 武装直升机加装不同的机载设备和不同的武器系统对地攻击时其各种效能指 标随战斗时间的变化。 关键词: 武装直升机, 作战效能, 马尔 可夫过 程, 生 存力 A n a l y s i s o f A n t i - g r o u n d O p e r a t i o n a l E f f e c t i v e n e s s f o r A r me d He l i c o p t e r Ab s t r a c t A n a r me d h e l i c o p t e r i s o n e k i n d o f t h e m o s t p o w e r f u l w e a p o n s i n m o d e m w a r f a r e . I t i s n e c e s s a r y a n d i m p e r a t i v e t o r e s e a r c h i t ' s o p e r a t i o n a l e f e c t i v e n e s s . B a s e d o n d e f n i i n g t h e a n t i - g r o u n d a t t a c k o p e r a t i o n a l e f e c t i v e n e s s o f a r m e d h e l i c o p t e r a n d c h o o s i n g t h e o p e r a t i o n a l e f f e c t i v e n e s s p e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t s , t h e e v a l u a t i n g m o d e l o f o p e r a t i o n a l e f f e c t i v e n e s s i s d e v e l o p e d勿 u s e o f m a r k o v p r o c e s s . T h e m a i n c o n t e n t s i n t h e d i s s e r t a t i o n a r e i n v o l v e d a s f o l l o ws : 1 . T h e c o n c e p t o f a n t i - g r o u n d a t t a c k o p e r a t i o n a l e f e c t i v e n e s s o f a r m e d h e l i c o p t e r i s s u g g e s t e d . A c c o r d i n g t o t h e o p e r a t i o n a l m i s s i o n o f a r m e d h e l i c o p t e r , t h e c o n c e p t o f a n t i - g r o u n d a t t a c k o p e r a t i o n a l e f e c t i v e n e s s o f a r m e d h e l i c o p t e r a n d c o m b a t c a p a b i l i t y a n d a v a i l a b i l i ya t n d r e l i a b i l i ya t n d s u p p o r t a b i l i y t . 2 . A c h o i c e o f o p e r a t i o n a l e f e c t i v e n e s s p e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t s . T h e o p e r a t i o n a l m i s s i o n a n d t a s k s o f a r m e d h e l i c o p t e r a r e d e s c r i b e d . A c c o r d i n g t o t h e e s s e n t i a l p r i n c i p l e o f c h o o s i n g t h e o p e r a t i o n a l e f e c i t v e n e s s p e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t s a n d c h a r a c t e r i s t i c s o f a r m e d h e l i c o p t e r a t t a c k i n g r g o u n d t a r g e t s , t h e o p e r a i t o n a l e f e c i t v e n e s s p e r f o r m a n c e r e q u i r e m e n t s a r e c h o s e . 3 . R e s e a r c h f o r a r m e d h e l i c o p t e r ' s o p e r a t i o n a l s u r v i v a b i l i t y . O p e r a t i o n a l s u r v i v a b i l i yi t s t h e k e y f a c t o r i n f l u e n c i n g t h e o p e r a i t o n a l e f e c i t v e n e s s o f a r m e d h e l i c o p t e r . T h e c o n c e p t o f o p e r a t i o n a l s u r v i v a b i l i y t o f a r m e d h e l i c o p t e r i s d e s c r i b e d . T h e r e l a t i o n o f o p e r a t i o n a l s u r v i v a b i l i y t a n d o p e r a t i o n a l e f e c t i v e n e s s i s a n a l y z e d . T w o k e y f a c t o r s i n l f u e n c i n g o p e r a t i o n a l s u r v i v a b i l i y t , v u l n e r a b i l i ya t n d s e n s i t i v i y t , a r e d i s c u s s e d . 4 . R e s e a r c h f o r t h e e v a l u a t i n g m o d e l o f a n i t - ro g u n d a t t a c k o p e r a t i o n a l e f e c t i v e n e s s o f a r m e d h e l i c o p t e r . T h e r e p r e s e n t a t i v e t a s k s e c i t o n s o f a r m e d h e l i c o p t e r a t t a c k i n g g r o u n d t a r g e t s a r e g i v e n . T h e m a t h e m a t i c m o d e l o f a n t i - r g o u n d a t t a c k o p e r a t i o n a l e f e c i t v e n e s s o f a r m e d h e l i c o p t e r i s d e v e l o p e d 勿u s e o f m a r k o v p r o c e s s . 5 . A c a s e s t u d y o f a n t i - r g o u n d a t t a c k o p e r a t i o n a l e f f e c t i v e n e s s o f t h e Mi - 1 7 a r m e d h e l i c o p t e r . Wi t h M i - 1 7 H e l i c o p t e r a s a c a s e , t h e a u t h o r d r a w i n g o n t h e e v a l u a t i o n m o d e l r e l a t i v e c o m p u t i n g s o f t w a r e f o r m u l a t e d i n t h e p a p e r m a k e s a c a l c u l a t i o n o f t h e a t t a c k e f f e c t i v e n e s s o f h e l i c o p t e r s a n d c o m p a r i s o n o f b a t l e f i e l d c h r o n o l o g i c a l c h a n g e s o f a t a c k e f e c i t v e n e s s o f a r m e d h e l i c o p t e r s m o d i i f e d w i t h d i f e r e n t a i r b o n r e e q u i p m e n t s a n d we po a n y. r K e y w o r d s : H e l i c o p t e r , O p e r a t i o n a l E f e c i t v e n e s s , P r o c e s s , S u r v i v a b i l i y t 本人声明 我声明, 本论文及其研究工作是由本人在导师指导下独立完成的 在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 姓名 :王海虹 飞 翻 切 勺 艺 仇 奢 了 签字 日期 : 、 “ 二 耳 寸 一 冈 久 。 北京航空航天大学学位论文 第一章 绪 论 1武装直升机发展历史及现状 直升机作为一种飞行器的问 世起初不是为了 战争目 的。 但在3 0 年代末期真正实用 的直升机问世之际,是二战爆发前期。 在这次战争期间, 就有人试图把直升机用到战斗 中去,但由于技术不成熟,并没有在战争中使用。当时,仅美军有极少量的R 4 直升机 配备到航空母舰上, 用于救护落水的飞行员, 可以说是直升机在军事应用上的尝试。 直 至5 0年代初的 朝鲜战争,直升机才有规模地投入到军事应用,但最初的使用主要为陆 军提供快速反应和机动能力。 武装直升机的出现是由 于法国人在阿尔及利亚把武器 “ 搬上”了运输直升机 ( 但 并 不是 真正的 武 装直升 机) [ 1 ] , 取得的 战果却引 起了 美国 人的 重视。 在越战 期间, 美军 先是在U H - 1 B多用途直升机上加装了 机枪和火箭弹, 用于支援直升机机降。1 9 6 7 年研 制成第一代专用的武装直升机一A H - 1 G“ 眼镜蛇” 。 它装有航炮、火箭和榴弹,一投入 越南战场就立即显示了很大的威力,出 色地完成了 压制敌方炮火, 对地支援攻击, 攻击 敌方工事和为其他直升机护航等任务。 在1 9 7 3 年5 -6 月间, 美陆军利用贝尔公司提供 的两架装有 “ 陶式” 反坦克导弹的U H - 1 B试验机, 在很短的时间内击毁了对方2 7 辆坦 克和 6 1 辆装甲 车。直升机反装甲 作战 试验的 成功,引 起了 各国军事专家和直升机专家 的高度重视,并拉开了武装直升机反装甲作战的序幕。 由于武装直升机具有其他反坦克武器所没有 ( 或不完全具备)的优点一火力强、 机动灵敏、 视野开阔、 反应快速、 隐蔽突袭等。 7 0 年代以来, 武装直升机成为反坦克武 器的 主 力[ 2 ] 0 尤其是7 0 年代以 来至8 0 年代中 期, 新的 旋翼 系统、 高 性能 涡 轮轴发 动机 的应用, 新一代反坦克导弹武器系统和机载电子设备的出现, 使武装直升机发展十分迅 速。先后研制成米一2 4 , “ 小羚羊” 、 A H - 6 4 、卡一5 0 、米一2 8 等著名的武装直升机。这 些直升机飞行性能好、 火力强, 尤其是采用一系列提高战场生存力的设计技术, 使之具 有抗弹伤、 抗坠毁等能力。 在战术方面, 对武装直升机如何反装甲、 反潜攻舰和对地( 海) 面火力支援等都进行了许多 研究, 逐步形成了攻击不同目 标的作战模式和战术。 北京航空航天大学学位论文 直升机在战场上低空、 超低空频繁出没, 于是就出现了敌我双方直升机之间或直升 机与固定翼飞机之间空中 相遇发生遭遇战[ 3 ] 。 在两伊、 中东、 英阿等战争中, 就发生过 2 8 次直升机同敌方战斗机或直升机之间的战斗。 这表明 直升机空战的序幕已 经拉开。 前 苏联在研制米一2 4 、米一2 4 F 、 米一2 8 、卡一5 0 等直升机时, 均增加了可有效攻击空中 目 标的武器系统, 增强了直升机的对空攻击能力。 在战斗人员的培训上,自1 9 8 0 年起, 从固定翼飞机的歼击机部队抽调具有作战经验的飞行员加强到武装直升机部队中去, 并 组织直升机空战训练,使其战术技术水平达到 “ 近于适应空战需要”的程度。美国和西 欧国 家对直升机空战问 题也十分重视。 美军装备的A H - 6 4 直升机、 A H -1 J / T 直升机和 正在研制的作为 A H -1 后继机的 R A H -6 6 侦察/ 攻击直升机,均装有对地和对空攻击 武器。由 德、 法联合研制的“ 虎” 式反坦克/ 战斗支援直升机集中了欧洲直升机新技术的 精粹, 武器包括 1 门航炮和 4 枚空空导弹。 直升机空战的战术研究和训练在美国和西欧 也开始得很早。 1 9 9 0 年以 来, 己 在英国召开过多次直升机空战战术技术研讨会, 对直升 机空战的特点、战斗方式、战术运用等进行了广泛的讨论和交流。 总之, 经过4 0 多年大小局部战争的使用, 武装直升机已 成为现代战争不可缺少的 武器装备。 它的出现, 推动了传统作战方式的变革, 在现代战争中具有不可替代的作用。 2武器系统效能的研究背景及现状 第二次世界大战以 来, 随着科学技术的飞速发展, 武器装备的战术技术性能越来越 先进,结构越来越复杂, 技术难度也在不断提高, 一方面, 武器装备的可靠性、 维修性 和( 后勤) 保障性突出地成为武器装备完成作战任务能力的重要因素, 成为武器装备开 发研究中受到关注的重点问题; 另一方面, 研制新武器装备所需投资大幅度增加, 其获 取费用和使用、维修保障费用也以 惊人的速度同步增长〔 4 ] 。面临如此严峻事实,为了 研究解决武器装备的优劣评价、 投入资源评价及优化决策等问题, 美、 英等国在武器装 备可靠性、 维修性理论研究与工程实践取得成功的基础上, 从2 0 世纪6 0 年代开始, 又 先后提出和开展了 “ 系统效能分析” 、 “ 寿命周期费用分析” 及“ 效费比分析”研究。专 门的作战效能或任务效能分析研究也始于此时。 六十年代初期, 美国和前苏联相继成立 了专门的研究机构对武器系统的作战效能进行分析。我国关于系统效能、寿命周期费用 北京航空航天大学学位论文 和效费比分析的概念是在系统可靠性与维修性深入研究的基础上, 于2 0 世纪 8 0 年代初 开始引入。 鉴于国内外关于武器装备的系统效能和费用的研究状态与发展趋势, 我国军 用标准 G J B 1 3 6 4 - 9 2《 装备费用效能分析》于 1 9 9 2 年底正式颁布执行。该标准要求我军 各类武器装备从论证、研制、生产到使用、维修、 退役的全寿命过程中,都要进行系统 效能评定和寿命周期费用的估算,以寻求效能与费用的最佳权衡决策。由于本论文主要 对武装直升机的作战效能进行分析研究, 因此主要对航空武器的作战效能研究现状进行 综述。 对于军用飞机的作战效能分析研究,国外大型军用飞机工业公司与军方, 从不同的 要求和目的出发, 都无例外地研究空战模拟, 从歼击机一对一空战、 多机空战到体系对 抗。 美国通用动力公司的 A T A C空战模拟程序计算结果表明, 模拟结果与飞行试验所得 的主要参数没有多大差别。 欧洲四国 共同研制的新型战斗机 E F A , 在评估其作战效能时, 引进了近距空战和超视距空战模拟以 及由飞行员参与的双球空战模拟器进行验证。 俄罗 斯国家航空委员会对军用飞机的验证实验方案评估, 也广泛采用了单机空战、 多机空战、 大规模空战仿真模型及用于方案优选的自 动化设计系统。 我国军方和航空工业部门的许多单位都曾经和正在进行航空武器系统作战效能评 估,军地大专院校也有不少学者进行这方面的 研究。8 0 年代后期和 9 0 年代初期,用作 战模拟方法评估航空武器装备作战效能在国内 十分活跃, 研究热点集中 在歼击机一对一 空战、 双机空战、 多机( 四 对四 ) 空战模拟。国内 航空 工业界的6 0 1 , 6 1 1 , 6 2 0 等研究所 成立了专门的作战效能 研究机构, 他们引进计算程序或与国外有关专家合作, 进行军用 直升机的作战效能评估。 空军指挥学院, 空八所、 西北工业大学和北航等也做了许多作 战效能研究工作。 武装直升机主要进行对地攻击、护航和反舰任务,具有攻击能力强、机动性好、 低空隐蔽接近目 标和生存力高等特点。 可以 预见在未来战场上, 攻击直升机的使用将更 加活跃, 并将成为作战取胜的关键要素。 作为一种重要航空武器装备, 攻击直升机作战 效能研究受到广泛重视。 邹朝霞等根据某型武装直升机机载火箭武器的四种对地攻击方 式【 5 ] ,建立了该型武装直升机实战中将遭遇的作战条件的战场模型。并采用层次分析 法, 建立了 确定各作战条件模块加权系数的判断矩阵,计算了加权系数。同时结合各种 对地攻击方式和该型直升机火箭武器系统的特点, 确定了各攻击方式下各模块的效能系 北京航空航天大学学位论文 数。 在加权系数和效能系数的基础上,计算了各作战条件下四种对地攻击方式各自的作 战效能。张安等确定了武装直升机火控系统反坦克效能度量的指标「 6 ] ,并建立了相应 的效能评估模型, 利用仿真方法分析了各种因素对武装直升机反坦克作战效能的影响, 为武装直升机反坦克群火控系统设计提供了定量评价手段。 1 . 3武装直升机对地攻击作战效能研究的目的和意义 武装直升机对地攻击作战效能研究的目的是建立武装直升机对地攻击作战效能评 估模型及其相关计算软件,既可以为我军武装直升机的规划、论证、 设计及采购定货等 提供指导, 又可以对形成作战效能的部队编制的合理性提供参考依据, 进而优化作战部 队的编 ( 体)制,为管理部门制定优化可行的编制体制提供科学的参考依据。 具体作用 如下: ( 1 ) 评估为完成规定作战任务而设计的武装直升机的对地攻击作战效能, 进行多 种设计方案的优劣比 较,使决策者能够选择更符合要求的设计方案; ( 2 ) 在总体设计中, 对武装直升机的战术技术性能指标、 可靠性指标、维修性指 标进行权衡综合,以求在它们之间取得最理想的平衡而产生最高的效能; ( 3 ) 进行参量的敏感性分析, 观察各参量对武装直升机对地攻击作战效能模型输 出数据的影响,找出规律,寻求最佳参量值,最有效地提高武装直升机作战效能; ( 4 ) 找出设计中存在的限制武装直升机作战效能达到预期水平的因素或问 题, 并 针对这些因素和问 题进行改进,使武装直升机对地攻击作战效能达到预期水平; ( 5 ) 为 进行武装直升机的效费比 分析提供条件和数据; ( 6 ) 在武装直升机研制过程中, 采集各种试验中得到的战术技术指标性能、 可靠 性、 维修性指标实测值输入到作战效能评估模型中, 根据输出的作战效能值, 修正原来 论证设计的预估计; ( 7 ) 根据武装直升机在装备部队后的储存、 维修、 后勤保障及训练发射中呈现的 战术技术性能、可靠性、维修性、 保障性数据得出武装直升机在实际使用中的作战效能 值,为新型武装直升机得论证立项及设计提供参考依据; ( 8 ) 为优化作战部队的编制体制提供参考依据。 北京航空航天大学学位论文 武装直升机的作战效能评估比其他直升机的要复杂得多, 而其他直升机只要对其飞 行性能作比较详细的分析,即可得到其他使用效能的有关数据,因此武装直升机效能评 估具有代表性, 对武装直升机对地攻击进行效能分析研究十分必要的。 对武装直升机装 备的作战效能进行分析研究, 有助于决策部门制定武装直升机的长期发展规划、 构成武 器系统的配套协调发展、发挥现役武器装备作战能力和作战潜力、提出新研或改进型号 合理可行的战术技术指标、确定装备数量等一系列重大问题。 1 . 4研究思路和论文结构 本文首先介绍了系统效能、效能和作战效能的基本概念及量度,根据武装直升机 的作战使命及使用特点, 对武装直升机对地攻击作战效能进行了定义和分析。尔后, 根 据作战效能指标选择的基本原则和武装直升机对地攻击的作战使命和作战行动, 选择武 装直升机的主要作战效能指标。 在此基础上, 重点介绍了影响武装直升机作战效能的一 个重要因素武装直升机战斗生存力的概念, 并分析了影响生存力的两个重要因素: 武装 直升机的敏感性和易损性以及战斗生存力和武装直升机作战效能的关系。 最后用马尔可 夫过程建立了武装直升机对地攻击作战效能评估模型, 分析了相关因素对作战效能的影 响, 并在此模型基础上利用计算机应用软件“ 作战飞机对地攻击作战效能评估” " A L O E " 对米一 1 7 直升机进行了实例计算。 本论文共分六章: 第一章绪论, 介绍了本论文研究的背景和目的以及国内外的研究 现状。 第二章武装直升机对地攻击作战效能的定义、 量度, 介绍了 系统效能、效能及作 战效能的基本概念和量度, 对武装直升机对地攻击作战效能进行了定义并介绍了武装直 升机作战效能评估的基本方法。 第三章武装直升机对地攻击作战效能指标选择, 介绍了 作战效能指标选择的 基本原则, 选择了武装直升机对地攻击作战效能指标。 第四章武装 直升机战斗生存力, 介绍了生存力的概念, 分析了影响生存力的主要因素及生存力与作 战效能之间的关系。 第五章武装直升机对地攻击作战效能分析, 建立了 武装直升机对地 攻击作战效能评估模型, 并进行了实例计算。 第六章结论与展望,总结了主要工作, 指 出了对进一步工作的展望。 北京航空航天大学学位论文 第二章 武装直升机对地攻击作战效能的定义和评估方法 2 . 1系统效能、效能及作战效能的基本定义 为了正确阐明、理解武装直升机对地攻击作战效能的定义与量度, 先对系统效能、 效能及作战效能的基本概念予以介绍。 关于系统效能,美国陆、海、空三军在各自的研究领域中,曾用不同语句作出了定 义, 给出了各 自的基本数学模型【 〕 。尽管表达语句和数学形式略有差异, 但就其内涵而 言,仍是一致的,都反映了系统效能的三个本质要素: ( 1 ) 随时能投入使用的能力; ( 2 ) 执行任务期间能正常工作的能力; ( 3 ) 战术技术性能指标所决定的综合能力。 因此, 美国军用标准 M 工 L - S T D - 7 2 1 B《 可靠性与维修性定义》对系统效能及其表征参 量统一给出如下定义: 系统效能: 一个装备项目能够预期达到一组规定任务时所要求的程度的亮度, 并可 表达为可用性、可信性与能力的函数; 可用性:当在一个未知的( 随机) 时刻要求立即执行任务时, 其装备项 目 开始执行任 务时处于可工作状态的程度的量度; 可信性: 已知该装备项目 在开始执行任务之际的状态, 对于该装备在执行任务之 际的状态, 对于该项目 在执行任务过程中一个或几个点上工作状态的量度, 其中 包含了 可靠性和维修性的作用影响; 固有能力:已 知在执行任务过程的 状态, 该装备达到其任务目 标的能力的量度。 与M I L - S T D - 7 2 1 B 的定义一样, 文献〔 7 1 给出了 前苏联关于系统效能的定义: 系统完 成特定任务的能力程度的数量描述。 我国军事运筹学专家也给出了武器装备系统效能的 定义【 8 ] :又称综合效能,指武器系统在一定的条件下,满足一组特定任务要求的可能 程度, 是对武器系统效能的综合评价。国军标G J B 1 3 6 4 - 9 2《 装备费用效能分析》中对系 统效能的定义是:装备在规定的条件下完成规定任务的能力,它是装备的可用性 A 、可 北京航空航天大学学位论文 信性 D 及固有能力 C的综合反映,即 E=f ( A , D , C ) 至于效能的概念, 按现今的一般理解,可以讲它与系统效能是没有差异的。 只是由 于美国效能概念比系统效能概念出现早的历史原因,导致两者在定义和内涵上略有差 异。 美国曾经用武器装备输出的某项性能或某项品质指标来度量其效能, 例如: 摧毁目 标数、运输总吨位数、功率、速度、作用距离、信息传送量、可靠性、可用性等等,都 曾单独用来度量武器装备的效能【 〕 。 所以, 国军标G J B 1 3 6 4 - 9 2 《 装备费用效能分析》 对 效能的定义是: 装备在规定条件下达到规定使用目 标的能力。定义中的 “ 目 标”可以是 指装备的单项性能、 单项品质指标, 也可以指装备的总任务。 即可以用装备的某个单项 品质指标表征其效能一称为 “ 指标效能” ,也可以用装备完成总任务的综合品质指标表 征其效能一称为 “ 系统效能” 。事实上,由于人们现在普遍关心和研究的是武器装备完 成其规定任务的综合品质指标一系统效能,因此,现在国内外文献中提到的 “ 效能” , 凡无特别说明,一般均指 “ 系统效能” 。 作战效能与系统效能一样, 也是表征武器装备完成总任务的能力。 系统效能是武器 装备在设计规定条件下, 不考虑火力威胁和生存等战场因素情况下, 完成规定任务的能 力; 而作战效能则是指在规定的作战战场环境下 ( 基本上仍限于设计所限定的作战使用 条件) ,考虑火力威胁和生存等战场因素的情况下,武器装备完成规定任务的能力。即 作战效能是武器装备可用性 A 、可信性 D 及作战能力 C 的综合反映。所以,有关系统效 能评定的研究方法、 研究程序与基本模型亦适用于作战效能的分析评定, 只是作战效能 分析评定时, 作战能力 C 的分析评定需要考虑的因素更多、更复杂, 往往需要用模拟法 解决。 2 . 2系统效能和作战效能的量度 为了 评价、比 较不同 武器系统或行动方案的优劣,必须采用某种定量尺度去度量武 器系统或作战行动的效能, 这种定量尺度称为效能指标( 准则) 或效能量度。 例如, 用单 发毁伤概率去度量导弹的射击效能, 则效能指标就是单发毁伤概率。由于作战情况的复 北京航空航天大学学位论文 杂性和作战任务要求的多样性,效能评价常常不可能用单个明确定义的效能指标来表 示, 而需要用一组效能指标来刻画。 这些效能指标分别表示武器系统功能的各个重要属 性( 如毁伤能力、机动性、生存能力等) 或作战行动的多重目 的( 如对敌毁伤系统,推进 距离等) 。 由于效能概念的复杂性, 效能量度不象物理量的量度那样直接, 在定义效能指标时, 一般应考虑以下特点: 工 由于作战行动的随机性, 效能指标必须用具有概率性质的数字特征来表示。 例 如,当作战行动的目的在于获得某个预定结果时,可取 “ 获得预定结果的概率”为效能 指标; 当作战行动的目 的是对敌方造成尽可能多的毁伤时, 可定义敌方毁伤数平均值或 数学期望值为效能指标. I I 效能的量度可取多种尺度,不同尺度体现决策者不同的主观价值判断。选择 哪种尺度 取决于决策者要求的作战行动目 的。因而,同一作战行动,随着它的目 的的 不同, 可有不同的效能指标。 例如第二次世界大战期间英国商船安装高炮, 若用高炮击 落敌机概率为效能指标, 则效能几乎等于零。 但是, 若用商船的损失概率来评价, 则损 失概率由2 5 % 降至 1 0 % ,说明安装高炮的效能相当高。 工 I I 某些效能参数由于作战行动 目 标不明确或与人的行为因素关系密切而难以量 化。 例如指挥行动的效能。 这种情况下的效能量度可应用定性评价的定量表示法,即选 用表示相对效能主观评价的百分数作为效能指标。 I V 效能指标可能并不包含相应效能特性的 全部信息。 对作战行动效能起重要影响 的许多因素如人员的士气, 能力等从根本上讲是难以 量化的。因此, 在根据效能指标做 出象武器战斗运用方法选择那样的决定时,必须考虑效能指标的局限性。 2 . 3武装直升机对地攻击作战效能定义 在军用直升机行列中, 武装直升机是一种名副其实的攻击性武器装备。 作为一种武 器装备, 武装直升机实质上是一种超低空火力平台, 其强大的火力与特殊机动能力的结 合, 最适应现代战争 “ 主动、纵深、灵敏、协调”的作战原则, 其作战使命是有效地对 地面目 标和超低空目 标实施精确打击。因此,武装直升机对地攻击作战效能应定义为: 北京航空航天大学学位论文 武装直升机在规定的作战条件下实施作战指令, 考虑到敌火威胁、生存等战场因素, 完 成命中毁伤地面 目 标任务程度的量度。它是武装直升机作战能力、可用度、可靠度及保 障度的综合反映。 武装直升机对地攻击的作战能力、可用度、可靠度及保障度的定义如下: 武装直升机对地攻击作战能力: 是在执行对地攻击任务期间可用度、 可靠度及保障 度给定的情况下, 考虑敌火力对抗威胁与生存等战场因素,由 武装直升机战术技术性能 指标所决定的完成打击地面 目标任务的能力。 武装直升机可用度: 在某一随机时刻要求执行对地攻击任务时, 武装直升机可投入 正常使用的能力的量度。 武装直升机可靠度: 能可靠地飞行和完成作战使命, 全机及其各部分能可靠地工作 的量度。 武装直升机保障度:保障度是持续使用能力的量度。 所谓 “ 在规定的作战条件下实施作战指令”主要是指以下特定含义: ( 1 ) 规定武装直升机的型号及其相关的战术技术性能; ( 2 ) 规定对地攻击作战的战场环境条件: ( 3 ) 定打击目 标的类别、 型号、 主要战术技术性能及其火力对抗武器的战术技术 性能; ( 4 ) 规定武装直升机对地攻击的基本战术行动规则; ( 5 ) 规定武装直升机执行对地攻击任务时所经历的时序。 在实际作战过程中, 上述这些作战条件都是复杂随 机的, 在研究建立武装直升机对 地攻击作战效能评估数学模型时, 需要对上述作战条件做出合理、 具体的战术想定和约 束规定; 对武装直升机进行作战效能分析评定时, 应该在规定好的作战条件下进行; 对 不同的武装直升机论证、 设计方案进行分析评定和优选方案时, 应该在相同的规定作战 条件下进行。 2 . 4武装直升机作战效能量度 武装直升机的战术技术性能指标及可靠性、 维修性指标很多, 且量纲各不相同。 但 北京航空航天大学学位论文 考虑到武装直升机对地攻击的作战使命使在保存 自己的前提下命中毁伤地面目 标, 其任 务具有明确的轮廓;并且执行任务的结局有两种互逆的可能性— “ 成功 ( 命中毁伤日 标) ”或 “ 失败 ( 不能命中毁伤 目 标) ” 。所以武装直 升机对地攻击效能的最佳量度形式 是采用一组能表示其系统功能的重要属性 ( 如:摧毁地面目 标能力,生存能力)的效能 指标,以 “ 概率”的形式表示。 2 . 5武装直升机作战效能评估方法 归纳起来可以分为三类: 解析法、 统计法和作战模拟法。 选择哪种方法主要取决于 效能参数特性、 给定条件及评估目的和精度要求, 然而作战模拟对于武器系统作战效能 评估具有不可替代的重要作用。 采用统计法计算攻击直升机的作战能力及作战任务可用 度, 作战模拟方法能较详细地考虑影响实际作战过程的诸因素, 因而特别适合于进行武 器系统或作战方案的作战效能指标的预测评估。 2 . 5 . 1 解析法 解析法根据描述效能指标与给定条件之间的函数关系的解析表达式计算指标值。这 个解析表达式可以是直接分句军事运筹理论建立的, 也可以是用数学方法求解所建立的 效能方程得到的。 其优点是公式透明性好,易于了解,计算较简单,且能进行变量之间 的关系分析,便于应用。不足之处是考虑因素少, 只在严格限定的假设条件下 有效。比 较适用于不考虑对抗条件下的武器系统效能评估和简化情况下的宏观作战效能评估。 解 析法的计算模型很多,下面介绍几个典型的计算模型。 2 . 5 . 1 . 1 W S E I A C 模型 美国工业界武器系统效能咨询委员会( W S E 工 A C ) 十6 0年代中期为美国空军拟定的系 任务可信度和作战能力的函 统效能指标计算模型,它规定系统效能是武器系统可用度 、 数。用 一 个行 向量表示 北京航空航天大学学位论文 E二A- D- C ( 式2 . 1 ) 这是一个大家都很熟悉的经典模型,几乎一谈到武器系统作战效能就会想到 卜 面的 公式, 它被很多搞战效的人看成是系统效能指标的经典定义。式中E 一 ( e , , e 2 , 。 二 , 。 。 〕 为系 统效能指标向 量,。 ( i = 1 , 2 , … , m ) 是对应于系统第, 项任务要求的效能指标。 A 一 ( [ a l , a 2 , 二 , 。 。 ] 为 可用 度或有效性向 量, 是系统 在执行 任务 开始时 刻可用程度的 量 度, 反 映 武 器 系 统的 使 用 准 备 程 度。A 的 任意 分 量a i ( i 一 1 , 2 , - , n ) 是 开 始 执 行 任务 时 系 统 处于状态J 的 概率。J 是就可用程度而言系统的可能状态序号。一般而言, 系统可能 状 态由各子系统的可工作状态、 工作保障状态、定期维修状态、 故障状态和等待备件状态 等组合而成。 显然, 系统处于可工作状态的概率是可能工作时间与总时间的比 值。 可用 度与武器系统的可靠性、维修性、维修管理水平、维修人员数量及其水平、器材供应水 平等因素有关。 D 称为任务可信度, 表示系统在使用过程中 完成规定功能的概率。 由 于系统有。 个可 能状态,则可信度是一个。 阶方阵 dlz 九 厂 leseseseseseseseseseslL 「 一 一 一 一一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 d d . d d 对 4 1 上 1  ̄ 2 , . .. d ( 式2 . 2 ) 式中 , 心 ( i = 1 , 2 , 二 。 ; J 一 1 , 2 , 二 , n ) 是 使 用 开 始时 系 统 处 于i 状 态 而 在 使 用 过 程中 转 移 到3 状 态的概率,显然 " 艺 j=] 当武器系统在使用过程中不能修理时, 开始处于故障状态的系统在使用过程中再开始工 作。如果再设定状态序号 越大,表示故障越多,则可信度就成为一个三角矩阵 「 一一一一一一一一一一一一一一一 D - 1 . - d d . 2 J . 且 朋 一 月 ( 式2 . 3 ) d o d , 2 d 2 2 p 0 d 一 一 卜 夕 d d d 对 . 4 ] 朋 ( 式2 . 4 ) 北京航空航天大学学位论文 仟务可信度取决于武器系统可靠性和使用过程中的修复性, 也与人员素质、 指挥因素有 关。 c代表系统运行或作战的能力, 表示在系统处于可用及可信状态下, 系统能达到任 务目 标的概率。一般情况下,系统能力c 是一个。 x m 矩阵 尸 日卜阵卜|阮 C 细 玩: j l C ( 式2 . 5 ) 其中 ,c j ( i 一 1 , 2 , . . . , n ; J = 1 , 2 , - - - m ) 表 示 系 统 在 可能 状 态; 下 达 到 第J 项 要 求的 概率? 在 操 作 正确高效情况下,它取决于武器系统设计能力。 在武器系统效能评估中该模型被厂 ‘ 泛采用, 许多资料均有对它的介绍, 有人把它称 为A D C 法。 看似简单, 但使用起来比 较复杂。 另一方面, 它只是较全面的考虑了武器系 统自 身的性能和使用维护特性,没有涉及对抗条件。 C - 一 C 朋 傀 2 . 5 . 1 , 2 指数模型 由前西德的D . 伊劳尔在七十年代初提出,用于评价歼击机武器系统的效能。 E二 T, S ' 巧万 尸 ? R- W' . B 0 G' 式中 入 直升机推力, S : 机翼面积夕 S E P . 单位剩余功率, M - 机动性, R : 最大作战半径, W预警能 力, B : 机载武 器性能, G : 重量, G : : 直升 机的 特征 参数, V直 升机易损 性。 由 于缺乏对式中某些指标的 计算进行说 明的 详细资料, 该模型使用起来存在 定困 难。 不过还是可以看出, 歼击机的作战效能与预警能力的三次方成正比,与机载武器性能的 四次方成正比,同时与直升机重量的立万成反比,说明发展先进的电子情报系统和先进 的武器、火控系统并尽量减轻直升机的结构重量是相当重要的, 它也反映了当时的歼击 机发展趋势,现在看来还是具有显示意义的。 M- 认 ( 式2 . 6 ) 2 . 5 . 1 . 3 对数模型 北京航空航天大学学位论文 对数模型是由空军指挥学院朱宝夔教授等提出的[ 9 ] , 正式发表在中国国防科技信息 中心 1 9 8 7 年《 中国、美国国防系统分析方法学术讨论会论文集》中, 在国内 得到了空 军和航空工业部门的广泛认可。 对数模型是迄今为比国内提出的作战效能模型中对直升 机各分系统效能指数描述最全面的一种方法, 具有操作性强、实用性好等特点。 设C 为 空战能力指数,D 为空对地攻击能力指数,则直升机的综合作战效能指数为: E = a , C + a 2 K , D ( 式2 . 7 ) 式中a , , a 2 为 空 对空 和空 对地任务 分配 系数 两 者 之和必 须 等于1 ? 如制空 歼击 机a : 取 1 . 。 ,a 2 取0 , 即 不 要 求 对 地 攻 击能 力 ; 战斗 机a , 取。 . 8 , a 2 取0 . 2 ; 战 斗 轰 炸 机a , 取 。 二 3 , a 2 取。 . 7 ; 而 轰 炸 机的a : 取。 , a 2 取1 . 0 a 当 然a , 和a 2 可以 根据 用户的 主 观 判断 进 行取 值。K , 为 平衡系数, “ 对 数法”中 的K , 取1 . 0 . . 空地作战能力指数 直升机的空地作战能力指数由下式计算: 。 一 l l n ( R , ) + l n ( W v 水 、 ( 式2 . 8 ) 其中当量航程和当量载弹量分别为: R 、 二 R _ - P- R m ' P ’( 式2 . 9 ) 叽= 叽. p ( 式2 . 1 0 ) R m: 最 大 航 程( k m ) , P: 突防 系 数, 由 下 式 计 算: P二 [ 0 . 2 5 6 2 + 0 . 1 5 e o + 0 . 1 ( n y . , / 9 ) + 0 . 2 5 ( 1 0 0 / H D ) + 0 . 2 5 ( V D / 1 2 0 0 ) ] ( 式2 . 1 1 ) ( 2 0 ) 中 的6 n 装甲 系数,H D : 突防 最低高 度( m ) , v , : 突防 最大速 度( k m / h ) . R m : 远 程武器系 数,由 下式计算: ( 式2 . 1 2 ) R m = [ ( L s l 3 ) K , 而+ 1 ] ( 2 1 ) 中的L , : 武 器射程( k m ) , K, 武器品 种修正系数, n : 数量。 I ' : 导 航能力系数 根据直升机的导 航设备在。 . 5 - 1 . 。 之间 取值, W e 最大载弹量( 乃 北京航空航天人学学位论文 P: 对地攻击效率系数,由 下式计算: 凡= [ 0 . 2 ( n , / 1 5 ) + 0 . 4 “ 二 + 0 . 4 c f ' ( 式2 . 1 3 ) 式 中 n " : 挂 架 数 量, C } } p : 武 器 精 度 系 数 , ,: 发 现目 标 能 力 系 数? 对数法所得结果可用于评估双方空军实力,也可用于各种直升机的效费比分析。国 内许多作战直升机武器装备和发展论证中使用了对数法。 2 . 5 . 1 . 4 专家打分模型 专家对各种参数初步给出的评估只能用 “ 打分”的形式或评定好坏级别。 “ 层次分 析法” 是用于处理专家意见的值得推荐的方法。 “ 层次分析法” 是7 0 年代中期美国T . L . S e a t y 提出的,在规划、政策分析和方案评价方面有广泛的应用。该方法的主要的特点 是把复杂的问题分解为若干个组成因素, 将这些因素按从属关系分为层次结构。 专家评 比时只需要对各因素进行两两比较, 确定同一层次中诸因素的相对重要性, 然后综合专 家的判断决定各因素相对重要的顺序。 具体实施时, 每一层次所包含的因素一般不要超 过1 0 个, 评比 按9 分制进行。 据说按心理学测试结果人们判断优劣的分辨能力极限是 7 士 2 级,为此在对比打分时,1 代表相当好、3 是稍好、5 是明显地好、7 是十分好以及 9 是极好,如果介于上述两者之间则用 2 , 4 , 6 或8 分表示。根据两两对比打分结果构 成一个评价矩阵, 通过求矩阵的最大特征向量即可计算出各因素相对于上一层 目 标的重 要性或评价权重。用 “ 层次分析法” 进行作战能力评估时必须进行一致性检验,因为它 是采用两个因素对比的方法进行的如果因素太多,可能出现相互矛盾的评价。 一致性检验的步骤是先求原评价矩阵与重要性分配值的乘积, 求出矩阵的最大特征 根, 确定平均随 机一致性指标, 最后计算随机一致性, 一般如随机一致性小于。 . 1 表示 一致性较好,如果随机一致性过大,则说明打分有矛盾,应请求改判或重新评判。 对于军用武装直升机,可选取其机动性、火力、探测能力、操纵效能、生存力、航 程、 载弹量、电子对抗等性能指标作为评估依据, 通过专家打分, 然后用 “ 层次分析法” 评估不同直升机型号或不同方案的作战效能。 北京航空航大大学学位论文 2 . 5 . 1 . 5 教练机的训练效能模型 训练效能是飞行学员掌握驾驶技能与训练时间之间关系曲线的斜率。 最先用作战分 析法分析空军训练体制的结果是意大利空军参谋部选用 A e r m a c c h i 公司的M [ 3 - 3 3 9 直升 机作为其空军的通用高级教练机。 作战分析法假定教练机的训练效能与部分直升机特性有关, 这些特性有飞 行性能、 飞行品质、 机载电子设备和系统等, 将它们称为指标矩阵。 规定训练阶段的训练任务被 分成若干个典型的训练科目, 针对每一训练科目, 通过有经验的飞行员, 给每个直升机 特性确定一个加权系数以 反映该科目的重要性, 这就构成了加权系数矩阵, 加权系数矩 阵在计算中还要进行正规化处理。另外不同的训练科目还要分配给适合的飞行训练时 数, 也就是时间分配矩阵。 指标矩阵乘以正规化的加权系数矩阵,再乘上时间分配矩阵 就得到一个或多个型号教练机的绝对训练效能,即 E : 一 Z T - W T ( 式2 . 1 4 ) 式中 了 为直升机( 或直升机方案) 的特性指标矩阵,W 为正规化的加权系数矩阵,T 为时 间分配矩阵。 将( 2 3 ) 算得的值与指定基准教练机的训练效能相比就得到有实用价值的训 练 效能E T . 作战分析法的指标矩阵考虑教练直升机的机动性指标,实用升限,海平面最大平飞 马赫数,反映起飞快捷性的起飞时间的倒数,进场速度, 滚转性能,阵风响应特性,海 平面最大航程,最大爬升率,及机械系统和航空电子设备的可用性等十个指标。 每个训练阶段的训练大纲中规定了一定的训练科 目,如高级训练阶段把整个飞行仟 务分成十个训练科目,它们分别为:一般飞行,仪表飞行, 编队飞行,仪表导航,战 术编对,夜间熟悉,低空导航,截击,空/ 地武器投放和空/ 空武器使用等。对于每个训 练科目,由经验丰富的飞行员给上述指标进行打分,以认定该指标对这个训练科目的重 要性。打分分四个等级: " Q ”为不重要, " 1 ”为一般, " 2 ”为重要, " 3 ”为最重要。从 而构成加权系数矩阵,计算中要对其做正规化处理。 各个训练科 日在不同的训练阶段分配到的飞行训练时间不同。根据统计数据,可给 出规定训练阶段各个训练科 目的飞行训练时间比例分配,以此构成时间分配矩阵 北京航空航天大学学位论文 2 . 5 . 2统计法 统计法的特点是应用数理统计方法, 依据实战、演习、试验获得的统计资料评估武 器装备的作战效能。 统计方法应用的前提是所获统计数据的随机特性可以清楚地用模型 表示并相应地加以应用。常用的统计方法有抽样调查、参数估计、假设检验、回归分析 和相关分析等。 统计 法不但能给出效能指标的评估值, 还能显示武器系统性能、 作战规 则等影响因素对效能指标的影响, 从而为改进武器系统性能和作战使用规则提供定量分 析基础 。 2 . 5 . 2 . 1 摧毁地面目 标概率 武装直升机的作战能力可根据对预定目标的摧毁概率来衡量。武装直升机摧毁地面 目 标的概率可表示成: 爪 二 P . , ? 几, P k l l l ( 式2 . 1 5 ) 式中P T x :目 标 被 摧毁 概率,P v . 突防 生 存 概率,P e n s : 发 现目 标 概 率,P k i l : 杀 伤 概 率。 事实上要确定上式右边任何一个参数都是非常困难的, 如估算突防生存概率一定要 先决定对方防空兵器的品种, 最好的办法是通过靶场试验统计出突防概率。 但对方真正 的防空兵器是不容易获知的, 而且靶场演练需要很多的条件和经费, 所以 只能用一些现 有的数据做参考,同时突防生存概率还与直升机自 身的生存力和突防战术有关。 同样地,发现目 标概率也与许多因素有关,如战术、气候、机载搜索和瞄准设备、 座舱视场,还有目 标的种类特性等。杀伤概率则主要与机载武器性能和 目 标特性有关。 2 . 5 . 2 . 2 可用度和任务可靠度 理论最大可用度用 卜 式计算。 A = M T B F l ( M T B F + M T T R ) ( 式2 . 1 6 ) 其中 l 9 T R F 为平均故障间隔时间,3 9 T T R 为平均修复时问。这完全是一个理论 数字 但山 北京航空航天大学学位论文 于平均故障间隔时间和平均修复时间 ‘ 段时期来也被大多数有关人员所熟知, 它们虽然 与维修人员技能、 维修设施的先进性和组织管理水平等有关, 但与 直升机本身的技术水 平的关系更直接一些,所以在一定程度上可以作为评估直升机作战效能的一个指标。 A H - 6 4 武装直升机在 1 9 8 91 9 9 0 年期间的可用度很低,平均不超过 0 . 5 , 但在 “ 沙 漠风暴行动”中却高达 0 . 9 ,说明后勤保障和维修能力对该效能指标影响很大。 任务可靠度是指在执行任务的飞行期间内不出故障以至影响任务完成的概率。计算 公式为 只 , A C = I / e x p ( T F H / M T B F ) ( 式2 . 1 7 ) 其中P M A 。 为 完 成 任 务 概 率, T F H 为 任务 飞 行时 间 。 一 般 要 保证 完 成任 务, 任务 可 靠 度 不 应小于 0 . 7 ,这就要求直升机的平均故障间隔时间要在任务飞行时间的 1 . 8 倍以上 。 2 . 5 . 3作战模拟法 作战模拟方法的实质是以 计算机模拟模型为实验手段, 通过在给定数值条件下运行 模型来进行作战仿真实验, 由实验得到的关于作战进程和结果的数据可直接或经过统计 处理后给出效能指标估值。作战模拟方法能较详细地考虑影响实际作战过程的诸因素, 因而特别适合于进行武器系统或作战方案的作战效能指标的 预测评估。 除计算机作战模 拟之外,还有沙盘、 模型直升机、 试验装备、训练分队等实物模型,用等高线描述地形 地图的类比模型。下面讨论的两种典型方法均是考虑对抗条件的数学模型。 2 . 5 . 3 . 1 L a n c h e s t e r 作战模型 L a n c h e s t e r 经 典 作 战 模 型及 其 发 展 的表 达 形 式 很 多 。 1 9 1 6 年 ,F . W . [ . a n c h e s t e r ( 1 8 6 8 - 1 9 4 6 ) 在他的 A i r c r a f t i n W a r f a r e 一书中提出描述战争的方程,从 此L a n c h e s t e r方程一直支配着常规战争的动态评估。美国陆军、参谋长联席会议和国 防部长办公室使用以L a n c h e s t e r 方程为基础的模型评估威胁平衡和辅助武器系统选择, 在五角大楼的合 同下进行 的战 斗建模也是以 L a n c h e s t e r理 论及其发展 为基础 。 北京航空航天大学学位论文 L u n c h e s t e r 模型被许多卓越而独立的防御分析家所采用, 这些模型是重点大学和研究生 院军力规划课程的核心, 而且构成了常规战争对抗和模拟领域学术文献的主要内容。 设 r ( t ) 为红军兵力, b ( t ) 为蓝军兵力,。 为红军对蓝军的损耗系数,1 3 为蓝军对红军的损 耗系数,单兵种( 同类武器) 交战的 } a n c h e s t e r 方程的基本型有: . L a n c h e s t e r 第一线性律 了ll L es才 . we ‘ 1. . 、 d r ( t ) =- / j d t d t d b ( t ) ( 式2 . 1 8 ) . L a n c h e s t e r 第二线性律 厂! ! 、 一 d r ( t ) = 一 角( t ) r ( t ) d t dt d b ( t ) = - a r ( t ) b ( t ) ( 式2 . 1 9 ) . L a n c h e s t e r 平方律 r 一 ! d r ( t ) d t d t = - 角( t ) d b ( t ) = - a r ( t ) ( 式2 . 2 0 ) 上述方程中, L a n c h e s t e r 平方律方程得到的应用最多, 尤其是二战中美、日间的硫 磺岛( T w o J i m a ) 战役的进程和伤亡情况与 L a n c h e s t e r平方律方程所描述的特别吻合。 现在的 诸兵种( 或不同 武器类别) 合成作战模型一般均采用 L a n c h e s t e r 平方律方程, 一 方面 L a n c h e s t e r平方律方程有 一 个非常漂亮的表达式,关键在于由它写成的矩阵微分 方程的系数矩阵为常数,方程也是线性的,这样就可以用成熟、精确的常系数微分方程 理论来对其进行求解、分析和使用。 设红军 二 个兵种和蓝军 b 个兵种交战, 诸兵种合成 作战矩阵微分方程为 式中X = l X 1 , X 2 , - - . , x . + b } = } R , R 2 , . . . R , . , B , , B 2 , . . . , B b } 且x , > 0 , ( k 一 1 , 2 , . 二 , r + b ) 是红、 兰 方兵力 为 元 素 构 成 的 歹 J 矢 量 , C = ! 」 0 dx - dt 一AB 0 ( 式2 . 2 1 ) 一AR 为( 二 劝)阶方阵,其中 X C 北京航空航天大学学位论文 厂l eses ee 「lleseseseseseses r es es es es es 「 |一 」 刀 吸 十 ] p A R ( , + 1 ) 2 A R ( , + 2 1 1A R ( , + 2 ) 2 A ) + ( , A R ( , + 2 ) r 门 A B i p ' + q A B q , + 2 ) A R 2 ( ' + n A B 2 ( , + 2 ) A H I ( , + b ) A R 2 ( , + b ) 十 ll eseseseseseseseseses A _ > 0 ( i = 1 , 2? , : ;I 一 ; + ] , Y + 2 , . . , Y + b ) 分别为 红、 蓝军各兵种的 给 对方 其中A B U . > 0 和A B J 造成的损耗系数,第一个下标代表受损者。损耗系数由下式计算 a R j i ( a B ) 为 当 红( 蓝 ) 军 某 一 兵 种 仅与 蓝( 红 ) 方 某 一 兵 种 交 战 时 , 蓝( 红 ) 方 作 战 单 位的 固 有损耗率,a v , . i ( a B J ) 为红( 蓝) 军某一兵种的 武器( 或人员) 分配比 例因 子,并有 0 _ < a , ( a B 1 ) 5 1 , 2 : a R i i 引和E a B J 引。 运用 L a n c h e s t e r作战模型评估武器系统的作战效能,可以得到战役优势和战斗过 程中的损失交换比 等效能指标。其关键是获取方程中的损耗( 或毁伤) 系数。 2 . 5 . 3 . 2 T A C O S 计算机程序 T A C O S ( 战术防空计算机作战模拟) 程序是一个大规模空袭/ 空防模拟软件。由 新墨西 哥州A l b u q u e r q u e 城的B r a d d o c k , D u n n , a n d M c D o n a l d ( B D M )有限公司开发完成,第 一版本在 1 9 6 2 年问世,到 8 0 年代中期已更新了十四次,到了T A C O S T I 版。防空配置 可以由 虚拟的 S A M ( s u r f a c e t o a i r m i s s i l e ) 系统和 A A A ( a n t i a i r c r a f t a r t i l l e r y ) 系 统的任意混合构成, 空袭可以包含直升机和导弹。 T A C O S I I 的输出包括计算过程表列和 对照所有交战的综合结果。 遮蔽和地形跟踪飞行轨迹。程序在电子对抗( E C M ) 方面做了大量 I _ 作,可以考虑远距干 扰和现场噪声干扰、自 我屏蔽干扰和现场干扰、以 及各种类型的白 我屏蔽欺骗干扰的影 响。程序采用 “ 临界事件”技术从而比用 “ 时间步 长”更节省机时,采用蒙特卡罗决策 替代累积概率。程序具有良 好的开放性,可以随时更改和升级。 遗憾的是这类计算机软件的核心+ t r 料和软件本身是高度保密的, 不能在公开发表的 A - - - - B 尺 T A C O S 1 1 使用了 详细的、 数字化的 地形文 件来提供真实的战场环境, 可以 描述地形 l l es R ( , + b ) , A R ( , + b ) iA A R ( , + b ) , A B , ( + ] )A B ( + 2 ) A B , ( , + b ) J A R I i - ' R i i ' R j i A B i % - a B y a B l ( 式2 . 2 2 ) 北京航空航天大学学位论文 技术资料找到, 但是它给我们提供了一个很好的思路, 对立志搞航空武器系统作战效能 分析的人员来说是极具借鉴意义的。 2 . 5 . 4 M a r k o v 过程 M a r k o v 过程是一个随机过程, 随机过程是所有定义于同一概率空间并用一实参数标 示的素变量的总和{ { x ( t ) , t e T } o t 是过程参数, 可以 表示时间, 也可以 表示其他参数。 T 为 参数集,二 ( t ) 为过程在参数, 的 状态。 M a r k o v过程是一个在作战模型构模中 经常应用的 一个随机过程模型【 1 0 ] 0 一 个随 机过程, 如果 对于 每一时 刻t o , 系统未 来处于 任 何状 态的 概率仅与当时( ( = t o ) 的 状态有关, 而与系统是怎样和何时进入这种状态( 过程在以 前是怎样发展) 无关, 则称 这种随机过程为 M a r k o v随机过程。根据状态集和过程参数集的离散和连续性, M a r k o v 过程可分为M a r k o v 链( 状态离散和时间离散) , 连续M a r k o v 链( 状态离散和时间连续) 和 连续M a r k o v 过程( 状态和时间连续) 等。 若随机过程( , , ) ' ( x { 一 0 , 1 , 2 , . . - ) ,二 ( t ) 只有。 个可能值S , , S z , . . . S n , 且 P { x ( t + ! ) = S t I X ( t ) = S i , x ( t 一 1 ) = S i _ i , - - , x ( I ) = S i , X ( O ) = S o } ( 式2 . 2 3 ) = P { x ( t + 1 ) 二 S i I X ( t ) = S } = N o ) 则 此 随 机 过 程 为M a r k o v 链。 P q ( t ) 为 过 程 第, 步 的 一 步 转 移 概 率。 如 果P J ( t ) 与, 无 关 , 则 称 此M a r k o v 链 是 齐次 的。 P U 表示 任 何 一 步r 系 统由 状 态s ‘ 一 步 转 移到s , 的 概 率? 转 移 概率可以排列成一个转移概率矩阵 T 一 伽 。 ) ( i , , 一 0 , 1 , 2 , 价 , n ) ( 式2 . 2 4 ) 该 矩阵具有如下性质: 0 _ < p y < I 艺 P 。 一 I ( 式2 . 2 5 ) 转 移 概率P中 某 些 值可以 等于 零, 着 意 味 着系 统 从s 状态 不 可能 一 步 转 移到s ! 状 态? 连续M a r k o v 链是状态离散而时间 连续的随机过程, 这时( 式2 . 2 动中的转移概率P r , 2 0 北京航空航天大学学位 论文 用转移概率密度、 。 代替 。 = A l , i m > o 八t p , ; ( A t ) ( 式2 . 2 6 ) 式中 , p J ( 4 t ) 表 示 系 统 在 时 刻, 处 于 状 态S ; , 经 过 时 间& 后 转 移 到 状 态S , 的 概 率口 若 所 有 概 率 密 度寿 均 与, 无 关 , 这时 的M a r k o v 过 程 是 齐 次 的 , 否 则 是 非 齐 次 的 。 系 统的 状 态 概率可以根据状态转移概率的柯尔莫哥诺夫微分方程通过积分求出。 2 . 5 . 5 P o i s s o n事件流 时间流是依次在随机时刻发生的同类事件的序列, 一般用时间轴 卜 事件发生的时刻 的 序列, 】 , . , t p , 一 表示。 P o i s s o n 事件流是具有无后效性和普通性的时间流。普通性是指同一时刻不可能发 生两次或两次以上的事件, 因而在时间轴上, 事件发生时刻各点是逐一出现的。 无后效 性指任何一段时间间隔: 内发生任何数量事件的 概率这个时间间隔: 以前所发生的时间 无关。如果各次同类事件的发生是互相独立的,则事件流将是无后效性的。 如果事件流具有普通性和无后效性,则在任何时间间隔: 内事件发生次数服从具有 均值 。 的P o i s s o n 分布,即对所有 : , t > 0 p , , = P I N ( 二 + t ) 一 N ( t ) = n= 亏e x p ( - a ) ( 式2 . 2 7 ) 式中,。 为时间间隔: 内的平均时间 数,N ( t ) 为截止到时间‘ 事件出 现的次数。 事件流的强度A( 每单位时间内的平均时间数) 为常数时, 称为平稳 P o i s s o n 事件流, 又称最简单的时间流,此时 a = 7 t ( 式2 . 2 8 ) 在建立作战模型时,常将每一作战单位实施的射击所组成的序列看作是 一 个事件 流, 并称之为射击流。 类似地还可将各次成功射击( 击毁了目 标) 所组成的序列称为成功 射击流。 如果将射击流和成功射击流假设为 P o i s s o n 事件流,则可用很简单的数学方法 来描述战斗进程。 如果系统从一个状态转移到另一个状态的全部事件流是 P o i s s o n 流门 北京航空航天大学学位沦文 稳或非平稳的) ,则系统进行的过程就是连续时间i M a r k o v 链。 2 2 北京航空航天大学学位论文 第三章 武装直升机对地攻击作战效能指标选择 效能指标作为武器系统的评价标准或者运筹方案的决策依据, 对运筹研究的成败是 具有决定意义的。 在军事运筹研究实践中, 不乏这样的实例,由于选用不恰当的效能指 标而使运筹研究得出错误的结论。因此, 作战效能和运筹研究人员必须认真对待效能指 标的选择问题。 提出一个好的效能指标是很不容易的。美国军事运筹学家莱博维茨 ( M . L . L e i b o w i z ) 指出, 效能指标 “ 类似于一种道德原则, 单凭推理是不可能确定某种 道德原则是正确的。我们必须 进行价值判断,必须凭 “ 感觉”行事。”因此,选择恰 当的效能指标往往需要专业人员与决策者共同协商,反复推敲。 3 . ,作战效能指标选择的基本要求 一般说来,恰当的效能指标应符合以下要求: ( 1 )针对所研究的特定问题,表示完成相应军事任务的真实目的。例如,当研究 的问 题 是作战指挥决策时,效能指标应根据作战行动的真实目 的选择;当研究的问题 是武器装备论证或战术研究时, 应首先确定适合于所研究问题规模的作战行动, 然后根 据相应作战行动任务的要求选定效能指标。 ( 2 ) 对决策方案( 决策变量) 或武器系统的性能参数相当敏感,从而能依据效能指 标选出决策方案或确定对武器系统的性能要求。 ( 3 ) 物理意义明显,可利用现有或新建的模型求解,这类模型应简单, 便于计算。 ( 4 )可用试验方法如实兵演习、专门试验或仿真模拟等加以评价。 为理解上述要求,考虑下面列举的4 种情况: 第一, 假定我们要在规定重量限制下选择破片杀伤型 “ 空一空”导弹战斗部的结构 参数。 这是一个武器技术参数选择的运筹研究问题。战斗部结构参数所影响的作战行 动规模不可能很大。 一般说来, 作战行动规模越大, 影响作战行动任务完成的因素越多, 待选参数作为影响因素之一所起的作用就越不突出。 因此, 我们限定相应作战行动是处 于攻击阵地的截击机在已截获敌轰炸机条件 卜 , 对敌机进行的一次导弹射击。 效能指标 选为单发导弹对 目 标的击毁概率。这个指标对待选的导弹结果参数很灵敏, 且计算也不 北京航空航天大学学位 沦文 困难 。 第二, 假定的运筹研究问题是在给定机载导弹总重量条件下, 从几种可能的导弹类 型和数量方案中选取一种方案。 此问题不能用单发击毁概率作为效能指标,因为它只取 决于导弹类型而与数量无关。 一个恰当的效能指标是全部机载导弹对目 标进行射击的击 毁概率。 对应的作战行动是在给定射程下对目 标射击。 第只,若研究问题是寻求整个歼击机( 包括地面导航系统,机上无线电设备,歼击 # J L 飞行系统及武器装备系统) 的合理总体方案,则相关作战行动应扩大为包括起飞,远 距离拦截目 标, 近距离拦截目 标等战斗阶段的单架歼击机防空作战活动, 效能指标可取 为在规定截击线上对目 标的击毁概率。 第四, 当运筹研究问 题是选择防空火力系统的合理指挥方案时, 相关作战行动规模 更大。 例如, 用防空火力系统抗击空中目 标群发动的一次或多次袭击。 效能指标可选为 击毁目 标数的数学期望值、击毁目 标数不低于给定值的概率或所保卫目 标的生存概率 等。 上述情况说明选择效能指标有两个关键,一是确定与运筹研究对应的相关作战行动 规模; 二是根据作战行动目的选择相应效能指标, 作战行动有的很简单,目 的明 确且 单 一, 效能指标容易选择。 如单件武器射击, 效能指标是各种毁伤概率。 但一般作战行 动是很复杂的,有多个目的,效能指标的选择也就不那么直观了。 3 . 2武装直升机对地攻击作战效能指标选择 3 . 2 . 1武装直升机的作战使命及作战任务 武装直升机作战使命是有效地对地面目 标和超低空目 标实施精确打击。 其作. W的实 r 质, 是用武装直升机作为 空中 作战平台, 使用各种机载武器, 对各类战场日 标, 特别是 机动目 标实施的各种空中火力攻击行动。 它适应性强,能够在各种地形、不同的作战背 景和相对恶劣的气象条件下遂行作战任务;反应迅速、火力机动快,能够在广阔的战场 空间内对敌实施全方位火力攻击;打击范围广、命中精度高,能够对地面、空中、水面 等各种日 标实施有效攻击。 武装直升机攻击作战通常按攻击日 标区分为刘地、 水面日 标的突击, 对空中目 标的 攻击 ( 主要指直升机空战)等。其中,对地山目标的突击又可进一步区分为对地面固定 2 4 北京航空航天大学学位论文 目 标的突击、 对地面活动目 标的突击; 对水面目 标的攻击主要指对水而活动目 标的攻击 对地面固定目 标的突击, 是指陆军航空兵利用直升机机载武器, 对敌前沿或纵深内阻碍 我登陆部队推进的各类固定日 标,实施及时、有效的攻击和压制, 支援和掩护我地面部 队的作战行动。对地而固定目 标突击的目的和任务,主要是消灭、破坏、摧毁或压制敌 战场防御支撑点、指挥所、阵地、预备队配置地域等重要军事目标,为地面作战创造有 利条件。突击固定目 标时,可以根据目 标周围的情况 ( 防空情况、障碍物情况等) ,灵 活选择攻击的方向和距离,因而容易取得理想的突击效果。 对地面活动目 标的突击,是 指陆军航空兵以直升机机载火力, 对敌前沿或纵深内的活动目 标实施空中火力突击的作 战行动。其目的和任务,主要是从空中对敌地面有生力量、运动中的预备队, 特别是装 甲集群等重要目标,实施空中火力突击, 消灭敌之有生力量, 打乱敌作战部署,削弱敌 人的整体作战能力, 加速作战进程。 突击活动目 标时,目 标不仅可以 进行抗击, 而且可 以规避或利用地形地物进行隐蔽,因而,相对增大了突击的难度。 3 . 2 . 2武装直升机对地攻击作战效能指标选择 武装直升机对地攻击作战效能指标主要根据武装直升机的作战使命和作战任务确 定的, 主要指标包括任务成功率、目 标被击毁率和武装直升机被击毁率。另外, 确定了 两个与费用相关的效能指标: 摧毁单位目 标费用、出击架次收益。 3 . 2 . 2 . 1任务成功率 任务成功率有两种定义,可以定义为直升机没有被击落的概率,即 ( 式3 . 1 ) E K s = P i + P . . 和日 标被击毁而直升机完好无损的概率 E M s = P o i ( 式3 . 2 ) 式( 3 . 1 ) 和( 3 . 2 ) 中, E 表不效能指标,下 标“ M S " 表T任务成功( M i s s i o n S u c c e s s ) 。 月 1 为 武装直升机和日 标均生存的 概率,P } 、 为日 标被击毁而武装直 升机完好无损的概率 北京航空航天大学学位论文 由十武装直升机出击的主要目的是击毁预定目 标,同时尽量保存自己,所以 式( 3 . 2 ) 更 能体现任务成功率的含义,后面的分析用它来计算武装直升机的任务成功率。 3 . 2 . 2 . 2目 标被毁率 目 标被击毁的概率定义为目 标被击毁而直升机生存的概率与目标和直升机均被击 毁的概率之和,表示为 E T x= 凡 , + 凡 ( 式3 . 3 ) 式中, 下标 “ T K ” 表示目 标被击毁( T a r g e t K i l l e d ) . P . , 同 上,P o 。 为目 标和直升机均 被击毁的概率。 3 . 2 . 2 . 3直升机损失率 直升机被敌防空火力击落的概率定义为目 标存活而直升机被击落与目标和直升机 均被击毁的概率之和,表示为 E n x - P 1 . + P . ( 式3 . 4 ) 这里下 标A K 表示 直升 机被击落( A i r c r a f t K i l l e d ) . P o 。 同 上,只 。 为目 标存活而 直升机 被击落的概率。 3 . 2 . 2 . 4 摧毁单位目 标费用 设 武 装 直 升 机 的 出 击 准 备 固 定 费 用 为C f , 单 位 战 斗 时 间 费 用 为C, 单 机 价 格 为 C 。每 次 攻 击的 弹 药 成 本 为C M 。 武 装 直 升 机 的 战 斗 飞 行 时 间 受 其 被 击 毁 事 件 发 生 的 限 制( 假设在燃料消耗前 被击毁),在( ( x , x + d x ) 时段武装直升机被击毁的概率为 在x 时刻 生存的概率与 在( x。

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