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    美军航母战斗群空袭火力对地攻击效能分析

    2006-03-09 《现代防御技术》杂志社xdfyjs

    声明:本文为《现代防御技术》杂志社供《中国军工网》独家稿件。未经许可,请勿转载。

    摘要:
          以美军航母战斗大队标准编成为例,简要分析了美军航母战斗群的空袭火力构成。进而分别建立了机载普通对地攻击弹药和巡航导弹、空地导弹对地面目标的毁伤能力的模型。然后以此为基础,从空袭兵器的突防概率、对目标的发现概率、对各类目标的毁伤概率和空袭某一目标所需的兵力4个方面,对航母战斗群空袭火力体系的对地攻击效能进行了深入研究,并建立相应的数学模型。最后根据在历次战争中得到的经验数据,对美军航母战斗群空袭火力对地攻击效能进行了计算,并分析了计算结果,为科学判断敌情提供了依据。
    关键词:美军航母战斗群;空袭火力;作战效能
    1引言
          航母战斗群是美军空袭作战的重要力量,准确判断美军航母战斗群空袭火力对地攻击效能是争取防空作战主动的前提和基础。本文根据美军航母战斗群空袭火力的构成以及在近几场局部战争中的作战使用,采用数理分析的方法对其对地攻击效能进行研究。
    2美军航母战斗群的空袭火力构成[1]
          航母战斗群的空袭火力由舰载攻击/战斗机和对地巡航导弹构成。舰载机主要是F/A-18E/F“超级大黄蜂”战斗攻击机,A-6E“入侵者”攻击机主要担负空中支援任务。F/A-18E/F的机载武器为:11个挂点,可带8 058 kg美国海军所有的进攻与防御机载武器,通常为5枚“小牛”空地导弹或者激光制导炸弹、6枚AIM-120先进中距空空导弹。全编队可携带“战斧”巡航导弹120~170枚(其中部分是对舰导弹)。
    3航母战斗群空袭火力效能评估的指标体系3.1航母战斗群空袭弹药对地毁伤能力
    3.1.1普通机载炸弹对地面目标的毁伤能力
          以机载对炸弹爆炸时在目标形成的弹坑面积大小来作为衡量弹药对目标毁伤作用的效果指标。炸弹在介质中爆炸时,炸点附近的介质会被粉碎并向外排挤,在炸点中心产生一个空洞,这就是炸弹的压缩区,压缩区以外的一层介质结构将受到破坏,产生变形和裂缝,这个范围称为破坏区。对破坏目标来说,压缩区和破坏区的大小具有实用意义[2]。S=πr2=π[R2破-(H穿入-z)2],(1)式中:S为弹坑的面积,m2;r为弹坑的半径,m;R破为弹药爆炸所形成的破坏区的半径,m;H穿入为炸弹穿入介质的深度,m;z为炸弹的装药中心距炸弹前端的距离。R破=m1K破3〖〗ω,(2)式中:m1为弹药在某一深度爆炸与其完全填充时的爆炸之破坏半径的比值;K破为介质的破坏系数(可从表2中查得);ω为航弹的装药量,应以TNT为标准,其他弹药要换算成TNT。
    3.1.2巡航导弹、空地导弹对地面目标的毁伤能力
          巡航导弹对地面目标毁伤能力指导弹战斗部或子弹头对目标的终点效应,以子弹的威力半径来表示。在导弹射击效能评估中,子弹威力半径是一个非常重要的参数。一般情况下,对于毁伤(杀伤)概率达95%以上的毁伤半径,被称作子弹的威力半径R[2]。
    现代防御技术·空天防御体系与武器王剑飞,武文军,李红星,等:美军航母战斗群空袭火力对地攻击效能分析现代防御技术2006年第34卷第1期(1) 按冲量毁伤机制估算的子弹爆轰毁伤半径适用于小量常规装药的爆轰,即子母弹的爆轰效应:Rz=KWTNT,(3)式中:K为弹药威力系数,其值随目标种类的不同而变化。如表1所示。
    表1弹药威力系数K值表[2]
    Table 1Ammunition power coefficient K
    目标〖〗损坏程度〖〗K/(m·kg-1/2)飞机〖〗结构完全破坏〖〗1机车〖〗破坏〖〗1~6舰艇〖〗甲板建筑破坏〖〗0.44非装甲船舶〖〗结构破坏〖〗0.375装配的玻璃〖〗破碎〖〗7~9木板墙〖〗破坏〖〗0.7砖墙〖〗破坏〖〗0.4砖墙〖〗裂缝〖〗0.6木石建筑物〖〗破坏〖〗2.0混凝土墙板〖〗严重破坏〖〗0.25
    (2) 按超压机制估算的子弹威力半径适用于核和大集团常规装药的爆轰:Rz=K13〖〗WTNT,(4)式中:毁伤系数K1之值见表2。
    表2毁伤系数K1值表[2]
    Table 2Damage coefficient K1
    目标〖〗破坏程度〖〗K1/(m·kg-1/3)建筑物〖〗部分破坏〖〗15~10大型建筑物〖〗显著破坏〖〗9~7钢架建筑物〖〗破坏〖〗4.5~4除防震外其他建筑物〖〗破坏〖〗3.5防震建筑物〖〗严重破坏〖〗2.8~2.5钢架桥〖〗位移〖〗2.5~2.0人员〖〗丧失作战能力〖〗2.7
    (3) 直接命中土木工事或钢筋混凝土工事及建筑物的威力估算仍可用上式计算,K1值见表3。
    (4) 对于人员的致死半径。对于人员等有生目
    表3弹药毁伤系数K1值表(直接命中时)[2]
    Table 3Ammunition damage coefficient K1(direct hit)
    介质〖〗K1/(m·kg-1/3)〖〗介质〖〗K1/(m·kg-1/3)松软土地〖〗1.40〖〗砖砌墙〖〗0.97荒地〖〗1.07〖〗混凝土〖〗0.71~0.85砂石地〖〗1.00~1.04〖〗石建筑物〖〗0.84砂岩、石灰岩〖〗0.90~0.92〖〗钢筋混凝土〖〗0.42~0.51含沙泥土〖〗0.92
    标,由于目标情况和毁伤机制复杂,个体差异较大,故给出的公式也较复杂。通常有:子母弹〖〗Rz=273〖〗WTNT,
    普通弹〖〗Rz=0113〖〗W2TNT(5)3.2航母战斗群空袭火力对地攻击能力
    3.2.1巡航导弹、空地导弹对地攻击能力
    3.2.1.1突防概率
    突防概率PTP是指导弹从发射开始,到成功飞临到目标上空的能力。它数值上与导弹的可用度PAA,可信度PAD及我方导弹与高炮的抗击率PKJ有关。即PTP=PAAPAD(1-PKJ),(6)式中:PKJ=PrdPtrPGKPDK,其中Prd为警戒雷达探测对目标的发现概率,Prd=1-exp-K″〖〗2R2R2m-R2〖〗R2m+
    1〖〗RarctanR2m-R2〖〗R2,(7)式中:Rm为雷达的最大探测距离;R为雷达的实际探测距离;K″为常级系数,取决于雷达特征的因子,可通过实验或理论分析取得,单位为m3。
    Ptr为雷达跟踪目标的概率,Ptr=1-(xTP)M/M!〖〗∑M〖〗m=1(xTP)m/m!,(8)式中:M为雷达可同时跟踪的目标数;TP为预报目标轨迹所需时间;x为目标出现强度,即单位时间内出现于雷达扫描区内的目标数;PGK,PDK分别是高炮与地空导弹对巡航导弹的抗击率,其数值与高炮和防空、防弹部队的部署、数量、射击次数等有关,具体可根据实验仿真结果得出。
    3.2.1.2发现概率
    导弹末制导对目标的发现概率[3]公式为Pd(t)=1-exp(-ηt),t≥0,(9)式中:t为导弹对目标的搜索时间,通常是指导弹采用末制导的时间;η为对目标的发现率。
    对目标的发现率:若搜索区内的目标数为NT,于Δt时间内发现目标数为ΔnT,则在时间t发现目标的概率为ΔnT/NT,则η=1〖〗NTlimΔt→0ΔnT〖〗Δt=1〖〗NTdnT〖〗dt(10)3.2.1.3导弹威力圆对目标的毁伤概率
    美航母战斗群装备的巡航导弹和空地导弹的战斗部主要有2种,即装常规高能炸药的高爆战斗部(核战斗部也可参照此来计算)和子母弹战斗部。无论是高爆战斗部还是子母弹战斗部其在爆炸时都会产生一个威力圆,以它来作为弹药对目标毁伤作用场。按照覆盖即毁伤的原则[4],其对目标的毁伤概率Ph,等于其威力圆覆盖面积占目标总面积的百分比,它是导弹威力圆对目标的覆盖概率Pf、导弹威力圆半径Rs及目标半径RT的函数。即Ph=PfR2s/R2T,(11)式中:常规弹或子母弹威力圆对点目标的覆盖概率Pf为常规弹〖〗Pf=1-exp-R2S〖〗1433CEP2,
    子母弹〖〗Pf=1-exp-R2B〖〗1433CEP2,(12)式中:RS为常规战斗部按正超压峰值ΔP计算的威力圆半径;RB为子母弹战斗部按子弹群爆炸形成的ΔP计算的威力圆半径;CEP为导弹射击的圆概率偏差。
    对于具有一定幅员的等效圆目标射击时导弹威力圆对目标的覆盖概率Pf为常规弹〖〗Pf=1-1〖〗2(RS+RT)2/CEP2,
    子母弹〖〗Pf=1-1〖〗2(RB+RT)2/CEP2,(13)式中:RT为目标半径。
    对于线目标、面目标等其他形式的目标也可以将其等效于上述2种形式来计算。
    3.2.1.4突击某一目标所需导弹数量
    敌使用巡航导弹或空地导弹,对一个目标的平均发射导弹数为=ln(1-W-TK)〖〗ln(1-P-K)PTPPd,(14)式中:P-K为1枚导弹对目标的平均毁伤概率;PTP为导弹的突防概率;Pd为导弹对目标的发现概率; W-TK为根据作战要求,对目标的平均毁伤率,其取值见表4所示。
    表4毁伤目标的百分比标准
    Table 4Kill probability(%)
    射击任务〖〗妨碍
    射击〖〗压制射击临时〖〗一般〖〗重点〖〗歼灭
    射击毁伤目标(%)〖〗≤10〖〗10~15〖〗20~30〖〗35~45〖〗50~60
    3.2.2舰载机对地攻击能力
    3.2.2.1舰载机对地毁伤能力
    当舰载机携带普通对地炸弹实施空袭作战时,其对地攻击能力与飞机的突防概率、发现概率、武器精度、弹药威力圆对目标的毁伤概率有关,可表示为pfhs=pftfpffw[1-(1-pzh)n],(15)式中:pfhs为飞机发射对地面目标的毁伤能力;pftf为飞机突防概率; w为飞机的武器精度系数; pzh为1枚炸弹对目标的毁伤概率,可参照导弹威力圆对目标的毁伤概率公式;n为飞机携带该型弹药的数量。
    飞机的突防概率、发现概率与飞行员的技术水平、战时的状态、攻击战术、武器系统的性能等诸多因素有关,无法确切地进行量化,在此取经验数据进行计算。
    当舰载机携带空地导弹实施攻击时,可按照导弹对地攻击能力进行分析。
    3.2.2.2对j类目标轰炸所需轰炸兵力
    U轰炸j需用战术轰炸兵力计算,计算条件应取符合实际的有利条件,选用的效果指标,对面状目标一般采用数学期望比较合适,并取两种毁伤要求,一为“摧毁”,取值平均毁伤65%;一为“压制”,取值平均毁伤25%。对单个目标,一般可采用毁伤目标概率为0.8进行计算。
    则对j类目标轰炸需用的轰炸兵力U轰炸j为
    U轰炸j=αS目标〖〗∑i{Si[1-(1-pizh)ni]},(16)
    式中:i为作战飞机所装备的对地攻击弹药种类数;α为目标的结构系数,各类目标都有其关键部位,α与关键部位的分布有关;ni为作战飞机上所装载的i型弹药的数量; Si为一枚i型弹药对目标的攻击所形成的弹坑面积; pizh为一枚i型弹对某类目标的毁伤概率,参照公式(11)和(13)[4]。
    3.2.2.3突击某一目标所需兵力
    毁伤一个目标不仅需要足够的轰炸兵力,而且还应考虑到作战中的突防损失、突击时未能发现目标、飞行事故等不能完成任务因素,以及担任保障任务(如干扰、伴动等)的兵力。需用出动兵力(U出动j)就是轰炸兵力修正了上述因素后获得的。U出动j=U轰炸j〖〗P发现jQQ事故单+U保障j〖〗QQ事故单,(17)式中:P发现j为对j类目标的发现概率;U保障j为对j类目标轰炸时,本机种的保障兵力;Q事故单为单架飞机从起飞到目标上空不发生飞行事故概率;U轰炸j为对j类目标轰炸的需用轰炸兵力;Q为起飞到目标上空的突防概率。
    4航母战斗群空袭火力效能评估
    4.1基本参数的确定
    根据美军航母战斗群的一般情况(如表5所示),将本评估模型的各个参数确定如下[4]:航母战斗群平均装备完好率为0.75;F/A-18的武器精度系数为1.0,突防概率为0.700,对目标发现概率为0.85,装备完好率为0.859(注:各种作战飞机的突防概率在不同的突防高度、速度,不同的编队及所受对方歼击机和地面防空兵器的抗击情况下各不相同,上面所列数据是在综合考虑各种因素及其在作战训练时所表现的战技水平而得出的一个基本数值)。
    4.2计算结果
    4.2.1航母战斗群空袭火力对地毁伤能力
    4.2.1.1舰载飞机对地面目标毁伤能力计算结果
    根据美军现有装备、美在战争时可能使用空地弹药的基本配置,经过仿真计算,得到舰载飞机对地面目标的毁伤能力,如表6所示。表5美航母战斗群空袭弹药性能[5]
    Table 5Ammunition performance of U.S.carrier combat group
    弹型〖〗弹重m/kg〖〗弹径d/m〖〗弹长L/m〖〗装药W/kgMK83(低阻爆破炸弹)〖〗447〖〗0.356〖〗3.008〖〗Tritonal,202MK84(低阻爆破炸弹)〖〗894〖〗0.460〖〗3.848〖〗Tritonal,429GBU-27(第3代激光制导)〖〗984〖〗0.370〖〗4.24〖〗Tritonal,240GBU-28(第3代激光制导)〖〗2 130〖〗0.370〖〗5.85〖〗Tritonal,306GBU-29(JDAM)〖〗500〖〗0.356〖〗3.008〖〗Tritonal,202GBU-30(JDAM)〖〗1 000〖〗0.460〖〗3.848〖〗Tritonal,429AGM-65E/F/G(“小牛”)〖〗300〖〗0.305〖〗2.50〖〗Tritonal,100AGM-84E(“斯拉姆”)〖〗530〖〗0.343〖〗4.50〖〗H6,90AGM-84H(“斯拉姆”)〖〗727〖〗0.343〖〗4.37〖〗H6,110BGM-109C(BLOCK3)〖〗1 150〖〗0.527〖〗6.24〖〗H6,350CBU-87/B(202BLU-97/B)〖〗1.5〖〗O.064〖〗0.09〖〗Cyclotol,0.287注:Tritonal相当于1.2倍TNT,H6相当于1.1倍TNT, Cyclotol相当于1.2倍TNT。表6舰载飞机对地面目标的毁伤能力
    Table 6Damage effectiveness of shipborne aircraft to ground targetm2
    机型〖〗目标人员(K破=2.7)〖〗建筑物(K破=9~7)〖〗坚固路面(K=1.07)〖〗机场跑道(K破=0.57)〖〗桥梁(K破=0.48)F/A-18〖〗7 725〖〗67 815〖〗1 208〖〗344〖〗244A-6E〖〗4 946〖〗43 425〖〗772〖〗220〖〗156
    4.2.1.2巡航导弹对地面目标毁伤能力计算结果
    美军实施导弹攻击时,可选择的弹种主要是“战斧”式巡航导弹BGM-109A、B、C、D 4种,其中B型为对海型,用以攻击海上舰船,其余三型为对岸型。A型装核弹头;C型装454 kg常规药战斗部;D型是在C型基础之上更换一个由166枚小型炸弹组成的子母弹头,具有破片杀伤、穿甲与燃烧功能。对于上述4种导弹,BGM-109A是利用超压机制按坐标毁伤律毁伤目标的,BGM-109C是采用冲量毁伤机制按命中毁伤律实施破坏的,BGM-109D则是按冲量毁伤机制对目标实施坐标毁伤的。对于不同的介质其毁伤半径如表7所示。表7巡航导弹对不同介质目标的威力半径表
    Table 7Power radius of cruise missile vs various mediumm
    导弹〖〗目标种类建筑物
    (木石质)
    (显著破坏)〖〗指挥中心
    (混凝土质)
    (显著破坏)〖〗桥梁
    (钢筋混凝土质)
    (显著破坏)〖〗路面
    (水泥质)
    (显著破坏)〖〗水坝
    (1 000 m×30 m×10 m)
    (摧毁20%)BGM-109A〖〗5 848〖〗—〖〗2 632〖〗—〖〗—BGM-109C〖〗7.5〖〗6.5〖〗3.9〖〗7.8〖〗22.8BGM-109D〖〗42.6〖〗5.3〖〗—〖〗—〖〗—4.2.1.3计算结果分析
    从表6可以看出,F/A-18对地面目标的毁伤能力较大。从表7可以看出,BGM-109A型装核弹头,主要用于攻击大纵深的、高价值的战略目标,如政治、经济中心等。另外,表7只是考虑了它的爆轰作用对目标造成的毁伤作用,若考虑其放射性物质对人员及其他有生物造成的伤害,其毁伤作用将更大。C型主要用于攻击岸上指挥控制系统、机场、码头、地空导弹阵地、桥梁、交通枢纽等重要目标。D型主要用于攻击岸上的面状目标,如机场停机坪上的飞机、坦克集结地域、炮兵阵地、导弹阵地等。
    4.2.2航母战斗群空袭火力对地攻击能力
    4.2.2.1舰载飞机对地攻击能力计算结果

    经计算,攻击不同目标时各机种的需用兵力U轰炸/需出动的兵力U出动如表8所示。
    表8的各种数据均是指担任空对地空袭攻击任务的战机的数量,而担任突防掩护和各种保障任务的飞机并不计算在其内,即这里的U出动是考虑作战中的突防损失、突击时未能发现目标、飞行事故等不能完成任务因素后出动的空对地攻击战机。
    4.2.2.2巡航导弹对地攻击能力计算结果
    这里以攻击不同目标所需发射导弹数量来表示。根据海湾战争和科索沃战争的统计,可以得到美“战斧”巡航导弹的发射可靠性Pf=098,PTP=094,Pd=09[6],则巡航导弹对目标实施发射时所需的导弹数如表9所示。表8各型战机攻击不同目标时所需兵力表
    Table 8Military strength needed for various battle aircrafts vs various targets架次
    机型〖〗目标种类指挥中心
    (混凝土质100×100)
    (摧毁60%)〖〗防空营阵地
    (250×250)
    (摧毁60%)〖〗公路(铁路)大桥
    (钢筋混凝土质、200×50)
    (摧毁30%)〖〗机场
    (混凝土质、2 600×60)
    (瘫痪10%)〖〗大型工厂
    (1 000×1 000)
    (摧毁60%)F/A-18〖〗17.4/20.5〖〗4.9/5.8〖〗12.3/14.5〖〗45.3/53.3〖〗8.8/10.4A-6E〖〗27.3/32.1〖〗7.6/8.9〖〗19.2/22.6〖〗100/117.6〖〗13.8/16.2
    表9BGM-109C巡航导弹对地攻击能力
    Table 9Strike capability to ground of BGM109C cruise missile
    目标及毁伤度〖〗建筑物
    (50 m×50 m)
    (摧毁60%)〖〗指挥中心
    (50 m×50 m)
    (摧毁30%)〖〗桥梁
    (桥宽15 m)
    (摧毁10 m×15 m)〖〗水坝
    1 000 m×30 m×10 m
    (摧毁20%)〖〗路面
    (100 m×10 m)
    (摧毁100%)所需发射弹数〖〗8.5~10.3〖〗5.7~7.0〖〗4.8~5.9〖〗12~14.5〖〗5.2~6.4
    5结束语
    航母战斗群空袭火力涉及到空袭兵器、发射平台、指挥与控制、目标探测、火控发射、制导跟踪、信息传输、人员能力等多个方面,其复杂程度不言而喻;同时随着作战对象、战争进程、作战环境、空袭战术的不同,空袭火力也都会有较大的变化。要精确评估其效能目前还存在许多困难。本文建立的航母战斗群空袭火力效能评估体系和方法,具有一定的通用性,为科学判断敌情提供了一定的依据。
    参考文献:
    [1]孙诗南.现代航空母舰[M].上海:科学普及出版社,2000
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    [3]韩松臣. 导弹武器系统的效能分析的随机理论方法[M]. 北京:国防工业出版社,2001
    [4]武文军. 防空兵作战指挥学[M].北京:解放军出版社,2000.
    [5]武文军. 美军空袭作战理论[M].北京:军事科学出版社,1997
    [6]武文军. 防空兵部队战术[M].北京:军事科学出版社,20012006年2月〖〗第34卷第1期现代防御技术〖〗MODERN DEFENCE TECHNOLOGYFeb. 2006〖〗




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