四代机编队超视距作战效能评估模型研究

唐磊; 冀春雷; 韩鹏

doi:10.3969/j.issn.1673-3819.2021.03.010

指挥控制与仿真 >

2021 , Vol. 43 >Issue 3: 49 - 52

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1673-3819.2021.03.010

理论研究

四代机编队超视距作战效能评估模型研究

唐磊 ,
冀春雷 ,
韩鹏

展开

海军航空大学, 山东烟台 264001

作者简介: 唐磊(1995—),男,山东淄博人,助理工程师,研究方向为海军航空兵战术。

冀春雷(1969—),男,硕士,教授。

Copy editor: 许韦韦

收稿日期: 2021-02-02

修回日期: 2021-03-22

网络出版日期: 2021-06-10

收起

Research on Evaluation Model of Beyond-Visual-Range Combat Effectiveness of Fourth-generation Aircraft Formation

TANG Lei ,
JI Chun-lei ,
HAN Peng

Expand

Naval Aeronautical University,Yantai 264001,China

Received date: 2021-02-02

Revised date: 2021-03-22

Online published: 2021-06-10

Fold

摘要

为研究四代机典型技术性能在超视距空战中的优势,直观对比四代机和三代机空战结果,研究了一种编队超视距作战效能评估模型。首先利用概率分析法计算先敌发射概率,然后计算导弹对目标的击毁概率,最后通过动态空战效能模型评估空战结果。通过F-22、F-35两型四代机编队对抗苏-33编队超视距作战场景进行仿真分析,实验结果表明,该模型可以有效推演四代机和三代机的超视距空战结果。

关键词： 四代机; 超视距作战; 概率分析法

本文引用格式

唐磊 , 冀春雷 , 韩鹏 . 四代机编队超视距作战效能评估模型研究[J]. 指挥控制与仿真, 2021 , 43(3) : 49 -52 . DOI: 10.3969/j.issn.1673-3819.2021.03.010

Abstract

This paper focuses on an evaluation model of beyond-visual-range combat (BVR) effectiveness of the aircraft formation, in order to study the advantages of the typical technical performance of the fourth generation aircraft in BVR, and to visually compare the air combat results of the fourth generation aircraft and the third generation aircraft. First, the probability of the pre-emptive strike is calculated by the probability analysis method, then the probability of the missile’s destruction to the target is calculated, and finally, the air combat result is evaluated by the dynamic air combat effectiveness model. By the simulation analysis of the fourth generation aircraft formation of F-22 and F-35,against Su-33 formation in BVR scene, it shows that the model can effectively deduce the BVR results of the fourth generation aircraft and the third generation aircraft.

Key words： fourth generation aircraft; beyond-visual-range combat; probability analysis method

以隐身和高信息优势为主要技术特征的第四代战斗机(简称四代机,美已采用俄战斗机划代标准称为五代机),是现代航空和电子信息技术的集合体,其在未来战争中具有举足轻重的作用。自2007年美在亚太部署四代机以来,持续强化其演训力度,活动范围逐步向东海、南海方向拓展,演训内容由基础课目训练向空战、海空协同作战等体系对抗复杂课目发展。未来海上作战,如何应对四代机,是我们无法回避的严峻课题^[1]。

当前,关于四代机的作战效能评估模型主要还是以讨论单机机载武器系统效能为主,对四代机编队超视距空战以及在空战中四代机对三代机优势的直观描述并没有讨论。针对此问题,作者运用概率分析法,对四代机编队超视距空战效能评估模型做进一步研究。

1 四代机编队超视距空战战术分析

1.1 四代机技术带来的战术变化

从四代机的发展看,隐身和雷达、电子对抗、数据链的高信息能力是其最核心的技术特征^[2]。

一是四代机的航电系统高信息能力使其可以获取整个战场态势信息,有利于对敌多个目标实施攻击,而且可以利用自身的探测能力和网络链路,使四代机成为网络中心战的一个节点,与其他作战单元共享情报信息。其最大的战术变化是可以利用自身的高探测能力和网络链路,在没有预警机支援的空战条件下担负信息节点任务,进行信息的处理分发和指挥控制。

二是利用隐身技术缩短敌方探测距离。四代机利用其低可探测性,并通过使用电子对抗进一步压制对方探测能力,以保证不被发现、不被跟踪、不被锁定,造成敌方拦截时“看不见”、空战防护时“不告警”,使得敌方所携带的中远程空战武器不能有效发挥作用,以取得对非隐身目标的战术优势,使其可以先行突破敌防空火力,打击敌重要目标,担任后续打击群的“开路先锋”^[3]。

1.2 四代机典型空战样式

一是通过攻击敌防空雷达、预警机致盲敌指挥信息系统、瘫痪敌作战体系关键节点,对敌预警探测系统、防空拦截系统、作战指挥控制系统等整个攻击链路产生严重影响,直接造成敌“看不远、辨不明、打不着”,难以对其实施有效拦截和打击;二是主动寻歼敌空中目标,发挥其空战性能,夺取制空优势;三是与三代机混合编队作战,发挥其隐身和高信息优势以及三代机的火力优势,实现与三代机的优势互补。在未来冲突中,可能担负的任务包括:穿透制空作战中为轰炸机提供掩护,独立担负“踹门”作战任务,担负空中扫荡、空中巡逻任务,作为作战体系网络信息节点使用,实现海、空、天、网的跨域协同。

美军设想的典型战术如下:空战前期,依靠少量具有先进隐身和航电系统的F-22战机隐蔽突入敌后方,对敌重要目标实施点穴式打击,对敌作战指挥系统造成暂时伤害,为后续打击开辟道路;在敌方重建系统之前,由载弹量较大的F-35机群,彻底摧毁敌实体作战力量。

2 四代机编队超视距空战模型构建

2.1 先敌发射概率计算模型

先敌发射指数是一种用于对比在空战中一方能够率先打击另一方的量化方法,通过飞机本身各项性能参数指标以及预警机指挥修正系数进行测算,进而求得先敌发射概率^[4]。先敌发射概率指标如图1所示。

显示原图|下载原图ZIP|生成PPT

图1 先敌发射概率计算模型

计算公式如下:

(1)λ=ln

R m a x · D m a x · φ · P M R · K R R C S 0.25

其中,有伴随预警机时,取φ=1,没有时,取φ=

∂ 360 °

,P_MR取1-(1-P_R)^N,N为该编队中飞机数。

设先敌发射指数分别为λ_A、λ_B,假设λ_A>λ_B,可得先敌发射概率:

(2)

β A B = 0.5 + 0.5 · 1 - λ A λ B ρ β B A = 1 - β A B

其中,ρ为一经验参数,需要通过实际检验来进行修正,这里取0.3004。

2.2 目标击毁概率计算模型

目标击毁概率指标如图2所示。

显示原图|下载原图ZIP|生成PPT

图2 目标击毁概率计算模型

A方编队单枚导弹对B方编队中单架飞机的击毁概率计算公式为

(3)P_A=P_f·k_p·k_m

空战中,一方可能使用电子干扰设备使另一方无法进行目标分配,下面分两种情况进行讨论。

1)A方飞机在没有进行目标分配的情况下攻击,B方飞机被击毁概率为

(4)W_B(N_A,N_B)=1-

1 - P A N B N A · M A B

2)A方飞机在进行目标分配的情况下攻击,B方飞机被击毁概率为

(5)W_B(N_A,N_B)=1-(1-P_A

) N A · M A B N B

其中,M_AB为A方单架飞机所能同时攻击的目标数;N为飞机数量。

W_A(N_B,N_A)的计算方法同W_B(N_A,N_B)。

2.3 超视距空战效能计算模型

超视距空战效能计算模型在先敌发射概率计算模型和目标击毁概率计算模型基础上求得,如图3所示。

显示原图|下载原图ZIP|生成PPT

图3 超视距空战效能计算模型

根据飞机击毁概率可得, B方飞机被击毁的数量为

(6)D_B₁=N_B·W_B(N_A,N_B)

则此时B方飞机剩余的数量为

(7)N_B₁=N_B-D_B₁

同理可得D_A₁、N_A₁。

用N_B₁代替W_A(N_B,N_A)中的N_B,可得A方先攻击B方,B方再进行反击的情况下所击毁的A方飞机的数量为

(8)D_A₂=N_A·W_A(N_B₁,N_A)

B方先攻击A方,A方再进行反击,所击毁的B方飞机的数量为

(9)D_B₂=N_B·W_B(N_A₁,N_B)

可得双方飞机被击毁数量的数学期望为

(10)

D A = β A B · D A 2 + β B A · D A 1 D B = β A B · D B 1 + β B A · D B 2

2.4 场景构建

设置A、B、C编队分别为F-22、F-35及苏-33,空战过程中A编队和B编队均无预警机指挥,C编队有预警机指挥。第一阶段:A方编队由3架F-22组成,C方编队由10架苏-33迎敌;第二阶段:在A方成功摧毁C方作战指挥系统下, B方编队由10架F-35组成机群,C方编队由30架苏-33组成编队进行迎敌,F-35依靠其本身强大的电子战干扰能力对敌方实施干扰并进行打击。三型飞机相关性能参数如表1、表2所示。

表1 作战飞机性能参数^[5⇓⇓-8]

机型	RCS	D_max	R_max	∂	P_R	K_R
F-22	0.003	160	290	120	0.80	0.90
F-35	0.065	160	180	120	0.80	0.90
苏33	2.00	50	150	120	0.80	0.90

表2 机载武器系统性能参数^[5⇓⇓-8]

机型	单架飞机的超视距空空导弹挂载数量	单架飞机的同时攻击目标数	在无干扰情况下该类型导弹杀伤飞行器的概率	干扰修正系数	目标机动修正系数
F-22	8	10	0.85	0.9	0.9
F-35	10	6	0.85	0.9	0.9
苏33	12	6	0.85	0.9	0.9

3 模型算例分析

3.1 先敌发射概率计算分析

在上述作战场景下,利用先敌发射概率计算模型可得各编队先敌发射概率,具体计算结果如表3所示。

表3 先敌发射概率

	A	B	C
A		0.76	0.81
B	0.24		0.76
C	0.19	0.24

为便于直观观察在不同作战条件下四代机的先敌发射概率,通过变化苏-33飞机数量和双方编队有无预警来构建不同作战条件,通过图4可对比出四代机在不同作战条件下先敌发射概率的差异。可以明显看出四代机相比于三代机具有显著的“代差”优势,这种优势主要来自于四代机强大的隐身能力和航电系统。同时可以看出F-22的先敌发射概率要大于F-35,这主要来自于F-22的隐身性能和雷达探测能力要优于F-35;苏-33在有预警机指挥的条件下相对于无预警机指挥的条件下先敌发射概率具有明显变化,这种变化在飞机数量增加的情况下,结果基本不受影响,这对提升对抗四代机“代差”优势效能上具有借鉴意义。

显示原图|下载原图ZIP|生成PPT

图4 不同条件下先敌发射概率对比

3.2 编队超视距空战评估结果分析

利用上述先敌发射概率计算模型、导弹对目标的击毁概率模型可得,在此作战背景下各编队先敌发射指数、先敌发射概率及导弹对目标的击毁概率,数据如表4、表5所示。

表4 第一阶段数据

参数	λ_A	λ_C	β_AC	β_CA	P_A	P_C
数据	10.98	8.64	0.81	0.19	0.69	0.31

表5 第二阶段数据

参数	λ_A	λ_C	β_AC	β_CA	P_A	P_C
数据	8.64	9.74	0.76	0.24	0.69	0.31

根据表4、表5计算数据,由动态空战效能计算模型可得在两个阶段的空战中,双方编队飞机被击毁数量的数学期望之比,具体计算结果如表6所示。

表6 空战结果

指标	D_C₁	D_A₁	D_C₂	D_A₂	D_C	D_A	D_A∶D_C
A方在进行目标分配情况下发射C方在进行目标分配情况下发射	9.40	3.00	0.02	1.08	7.62	2.64	0.35∶1
指标	D_C₁	D_B₁	D_C₂	D_B₂	D_C	D_B	D_B∶D_C
B方在进行目标分配情况下发射C方在未进行目标分配情况下发射	27.12	9.97	0.24	10.00	20.67	9.99	0.48∶1

可以看出:双方毁伤数学期望具有明显差异,体现出“代差”所带来的明显优势,且这种优势受飞机数量的变化影响较小。这种优势来自于四代机的隐身性能,使敌方只能依靠自身雷达获取近距离的信息,指控体系将不能及时发现与判断威胁,极大地缩短了苏-33的目标发现距离,使其无法组织有效指挥和反击行动,导致其机载武器不能更好地发挥作用。其次是F-22与F-35依靠其本身强大的航电系统,能够实现多目标攻击,最大限度地提升其空战效能。

4 结束语

本文通过概率分析法,对比了F-22、F-35及苏-33的先敌发射概率;通过建立四代机编队超视距空战效能评估模型,得出了苏-33编队在与F-22编队和F-35编队对抗的空战结果。经过计算推演,可以直观地看出四代机所具有的技术优势对三代机形成绝对优势,此模型可以推演四代机编队超视距空战。同时,这也对我军下一步所面对的严峻形势具有重要的借鉴意义。未来“代差”问题解决之前,必须充分发挥我作战体系的整体效能,并尽快运用已有技术有针对性地改进装备,着重解决对四代机发现难、攻击毁伤效果差的问题,并在此基础上进行战法创新。

同时,此模型是仅建立在装备性能之上的,还需考虑战术、人员等对空战结果的影响,需通过大量的工程实践检验进一步修正,才能更加接近真实的空战结果,提供一定的借鉴意义。

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序

[1]	高永, 李本威. 超视距空战效能评估模型[J]. 海军航空工程学院学报, 2012, 27(1):66-70.

[2]	沈鹏. 基于对数法的飞机作战效能评估[J]. 民营科技, 2015, 16(3):16.

[3]	张晨欣, 窦相民. 现在与未来空战探讨[C]. 第六届中国航空学会青年科技论坛, 2014:1-3.

[4]	穆福岭, 罗鹏程, 马元正. 编队超视距空战效能评估方法[J]. 火力与指挥控制, 2006, 31(12):91-93.

[5]	朱宝鎏. 作战飞机效能评估[M]. 北京: 航空工业出版社, 2006.

[6]	杰伊. 米勒, 杨晨光. “猛禽”F-22新一代主力战机[M]. 北京: 科学普及出版社, 2009.

[7]	晨枫. F-35“闪电Ⅱ”战斗机[M]. 北京: 航空工业出版社, 2014.

[8]	孙鹏, 杨建军. 第四代战斗机作战效能评估[J]. 飞航导弹, 2010(6):68-72.

Options

文章导航

模态框（Modal）标题

摘要

本文引用格式

Abstract

1 四代机编队超视距空战战术分析

1.1 四代机技术带来的战术变化

1.2 四代机典型空战样式

2 四代机编队超视距空战模型构建

2.1 先敌发射概率计算模型

图1 先敌发射概率计算模型

2.2 目标击毁概率计算模型

图2 目标击毁概率计算模型

2.3 超视距空战效能计算模型

图3 超视距空战效能计算模型

2.4 场景构建

表1 作战飞机性能参数[5⇓⇓-8]

表2 机载武器系统性能参数[5⇓⇓-8]

3 模型算例分析

3.1 先敌发射概率计算分析

表3 先敌发射概率

图4 不同条件下先敌发射概率对比

3.2 编队超视距空战评估结果分析

表4 第一阶段数据

表5 第二阶段数据

表6 空战结果

4 结束语

参考文献

表1 作战飞机性能参数^[5⇓⇓-8]

表2 机载武器系统性能参数^[5⇓⇓-8]