復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境空中加油空域規(guī)劃

摘 要：在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)條件下，擁有了制空權(quán)就等于是擁有了戰(zhàn)場(chǎng)上的主動(dòng)權(quán)，而制空權(quán)的奪取需要依靠著戰(zhàn)斗機(jī)的長(zhǎng)時(shí)間的飛行以及作戰(zhàn)能力，在這之中，空中加油技術(shù)發(fā)揮了關(guān)鍵性的作用。它不僅可以大幅度的提高戰(zhàn)斗機(jī)的作戰(zhàn)半徑，而且還可以延長(zhǎng)飛機(jī)在空中的停留時(shí)間，因而世界各個(gè)軍事大國(guó)都十分重視對(duì)空中加油能力的研發(fā)。本文就復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下作戰(zhàn)飛機(jī)的空中加油空域規(guī)劃做了研究和分析，并采用仿真實(shí)驗(yàn)的方式來對(duì)其可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證，以期可以為空中加油空域規(guī)劃提供一些理論參考。

關(guān)鍵詞：空中加油;空域規(guī)劃;復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境

引言：

在當(dāng)前階段，對(duì)于空中加油技術(shù)的研究與分析多集中于飛機(jī)航路的規(guī)劃和設(shè)計(jì)方面，其主要的目的是為了降低油量的消耗，但對(duì)于復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下的空中加油空域規(guī)劃來講，其規(guī)劃的難點(diǎn)以及重點(diǎn)在于結(jié)合實(shí)際的戰(zhàn)場(chǎng)情況來設(shè)計(jì)加油空域的中心位置，這對(duì)于高效高質(zhì)的完成空中加油任務(wù)以及提升作戰(zhàn)飛機(jī)的效率都有著十分重要的作用。

1.加油空域規(guī)劃的原理

對(duì)于加油空域的規(guī)劃來講，其應(yīng)該以加油機(jī)以及作戰(zhàn)飛機(jī)飛行航路的基礎(chǔ)之上來展開設(shè)計(jì)，并結(jié)合各種因素來對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)進(jìn)行綜合分析，在經(jīng)過計(jì)算之后得出合理的空域中心位置、空域大小、空域高度等，從而全面完成對(duì)加油空域的規(guī)劃任務(wù)。由此我們可知，在對(duì)加油空域進(jìn)行規(guī)劃的過程中其設(shè)計(jì)難點(diǎn)與重點(diǎn)都是確定空域的中心點(diǎn)。

2.規(guī)劃方案設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)思路

首先依據(jù)機(jī)場(chǎng)位置、目標(biāo)空域以及飛機(jī)航程和受油飛機(jī)半徑來規(guī)劃出空中加油的可行空域，并綜合考慮紅方雷達(dá)的保護(hù)區(qū)域以及藍(lán)方地面防空武器的威脅半徑來進(jìn)一步確定空域加油的初始可行區(qū)域[1]。然后通過對(duì)紅方雷達(dá)通信保障、藍(lán)方雷達(dá)威脅以及飛機(jī)執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的具體時(shí)間等因素進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)的設(shè)計(jì)，同時(shí)利用IGA在已確定的空域加油初始可行區(qū)域范圍內(nèi)搜尋最佳區(qū)域作為最終確定的空中加油區(qū)域，從而在經(jīng)過目標(biāo)函數(shù)的計(jì)算之后能夠得出最優(yōu)的結(jié)果，并以此為基礎(chǔ)來對(duì)加油空域的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì)[2]。

2.2確定可行區(qū)域

通常情況下我們利用目標(biāo)函數(shù)來對(duì)空域加油的可行區(qū)域進(jìn)行確定，其具體的流程為：假設(shè)作戰(zhàn)飛機(jī)的機(jī)場(chǎng)位置為F，空中加油機(jī)的機(jī)場(chǎng)位置為R，加油空域的位置為σ，空域加油的目標(biāo)區(qū)域?yàn)門，作戰(zhàn)飛機(jī)至加油空域的距離為DFσ，空中加油機(jī)至加油空域的距離為DRσ，加油空域至目標(biāo)空域的距離為DσT。那么對(duì)于規(guī)劃的加油空域來說，其主要受到以下4個(gè)因素的限制：

① DFσ應(yīng)小于作戰(zhàn)飛機(jī)的最大航程RL;

② DσT應(yīng)小于作戰(zhàn)飛機(jī)的最大作戰(zhàn)半徑RF;

③ 確保規(guī)劃的加油空域在紅方雷達(dá)的有效保護(hù)范圍之內(nèi);

④ 規(guī)劃的加油空域應(yīng)在藍(lán)方雷達(dá)的威脅范圍之外。

距離變量的示意圖如下圖1所示，由圖中我們可知，我們先將作戰(zhàn)飛機(jī)的機(jī)場(chǎng)以及目標(biāo)區(qū)域中心位置作為圓心，以RL和RF為半徑，得出對(duì)應(yīng)的相交區(qū)域M，及圖1中的陰影區(qū)域[3]。規(guī)劃的初始可行區(qū)域示意圖如下圖2所示，由圖中我們可知，規(guī)劃的初始可行區(qū)域?yàn)橄嘟粎^(qū)域M和紅方雷達(dá)保障區(qū)域L交叉的公共區(qū)域，除去藍(lán)方雷達(dá)所覆蓋的威脅區(qū)域，使用公式表示為：X一（M n L）一K，即圖2中的陰影區(qū)域。

2.3目標(biāo)函數(shù)設(shè)計(jì)

在規(guī)劃空域加油的過程中，紅方雷達(dá)的有效通信保障率、藍(lán)方雷達(dá)的威脅代價(jià)以及作戰(zhàn)飛機(jī)和空中加油機(jī)的時(shí)間代價(jià)是三個(gè)對(duì)空域加油成功概率有著重要影響的因素，通過綜合考慮上述三個(gè)關(guān)鍵因素，利用函數(shù)對(duì)其精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)計(jì)算，在此基礎(chǔ)之上我們可以得出空中加油的目標(biāo)函數(shù)為：

其中J為新的威脅代價(jià)， T為新的耗時(shí)代價(jià)， F為新的耗油代價(jià)。最后對(duì)這三個(gè)代價(jià)取加權(quán)和， 權(quán)重因子取為wi 得到目標(biāo)函數(shù)：

其中

由此我們得知，即K的值越小，對(duì)應(yīng)的加油空域規(guī)劃方案的性能越好。

1.仿真分析

本次仿真分析以F-16戰(zhàn)斗機(jī)和KC-10加油機(jī)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，結(jié)合公開的飛機(jī)飛行性能參數(shù)，我們?cè)O(shè)F-16的最大航程為1600km，作戰(zhàn)半徑為600km，那么對(duì)應(yīng)的加油空域范圍則為3000km，結(jié)合上述已知的參數(shù)我們進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)所設(shè)置的區(qū)域范圍為2000×500km[4]。利用IGA算法來對(duì)關(guān)鍵的數(shù)字進(jìn)行計(jì)算，并同時(shí)設(shè)置了3種不同的權(quán)重系數(shù)，可得出在不同權(quán)重下的加油空域計(jì)算結(jié)果如下表1所示。

在對(duì)加油空域中心位置及角度規(guī)劃后，根據(jù)氣象數(shù)據(jù)可知，加油空域內(nèi)有云層，云底高4000 m，云頂高4500m。根據(jù)空域高度規(guī)劃計(jì)算結(jié)果可以得知，規(guī)劃加油空域底高為4600 m，頂高為6000 m。

根據(jù)表格中得出的具體數(shù)據(jù)，我們對(duì)三種不同權(quán)重下空域加油的計(jì)算結(jié)果分析可知，要想保證空域加油的成功率，就需要使得作戰(zhàn)飛機(jī)盡可能地從藍(lán)方雷達(dá)的覆蓋盲區(qū)通過，到達(dá)紅方雷達(dá)的保障區(qū)域內(nèi)，并同時(shí)確?？罩屑佑蜋C(jī)盡量地遠(yuǎn)離藍(lán)方雷達(dá)的威脅區(qū)域。因而，在實(shí)際戰(zhàn)爭(zhēng)中我們需要根據(jù)作戰(zhàn)的實(shí)際需求來進(jìn)行相關(guān)權(quán)重和參數(shù)的設(shè)置，以便得到最優(yōu)的加油空域。

結(jié)語：

由此我們可以看出，對(duì)于在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)條件下的空中加油空域進(jìn)行規(guī)劃是一個(gè)受限條件較多且較為負(fù)責(zé)的問題，因此我們?cè)趯?duì)其進(jìn)行規(guī)劃和計(jì)算時(shí)應(yīng)綜合考慮到各種必要的約束條件，運(yùn)用遺傳算法的功能來規(guī)劃和設(shè)計(jì)，以便得出更加直觀和高質(zhì)量的規(guī)劃結(jié)果。

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作者簡(jiǎn)介：林佳徐，男，漢族 山東煙臺(tái) 2000.02，本科，空軍工程大學(xué)學(xué)員（陜西西安）（710051）主要研究方向指揮控制。