提高中波紅外輸出含添加劑誘餌火焰光譜研究

陳 亮,肖秀友

(西南技術工程研究所，重慶 400039)

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【化學工程與材料科學】

提高中波紅外輸出含添加劑誘餌火焰光譜研究

陳 亮,肖秀友

(西南技術工程研究所，重慶 400039)

為解決紅外誘餌近紅外強度高，中波紅外強度低的缺點，根據物質紅外輻射率與波段、溫度的關系，選擇合適的添加劑制作誘餌藥柱，采用SR-5000N紅外光譜輻射計對誘餌藥柱燃燒火焰的紅外光譜進行了測試。光譜分析表明，添加劑既會影響峰值強度，也會影響峰形，但峰值強度比與區間強度比并非一致。試驗結果表明，采用高溫下中波輻射率高，短波輻射率低的添加劑，可有效提高中波紅外輸出而抑制短波輸出。

紅外添加劑；紅外輻射特性；紅外誘餌

桑德斯公司提供的資料表明，在1973—1997年期間，由各種武器系統擊落飛機1 434架，其中738架(51.5%)飛機由空對空或者地對空紅外導彈擊落[1]。因此，紅外導彈對飛機構成了嚴重威脅。紅外誘餌是有效對抗紅外導彈的一種手段，然而隨著紅外制導、目標跟蹤識別技術的不斷發展[2]，對紅外誘餌提出了更高的要求。

針對紅外制導技術的發展，紅外誘餌也進行了改進與發展，出現了多種新型誘餌[3-5]：氣動紅外誘餌、箔條/紅外復合誘餌、可燃箔條誘餌、自燃型紅外誘餌、伴飛式和拖曳式誘餌、紅外煙云誘餌、多光譜紅外誘餌、面源型誘餌等。

為提高紅外誘餌火焰的頻譜特性，國內外的學者做了大量的工作，取得了一些成果。Robert G.Shortridge采用超細鋁粉，提高了紅外誘餌劑遠紅外輸出強度[6]。中科院長春應用化學研究所申請了一項誘餌劑專利，采用聚四氟乙烯、三氧化二鐵或二氧化鈦、鎂粉、硅粉組成的誘餌藥劑，長波紅外輸出達到460 W/sr，而中波為693 W/sr[7]。于志良提出了提高紅外誘餌中波輻射強度的途徑[8]。潘功配系統研究了提高長波紅外輸出的紅外藥劑，得到了性能優良的配方[9]。上述研究促進了我國紅外誘餌技術的發展。

現有資料表明，對提高中波紅外輸出，而降低短波紅外輸出的研究較少。本研究根據紅外輻射理論，采用具有選擇性紅外輸出的固體添加劑，制作紅外藥柱，進行燃燒火焰的紅外光譜測試，驗證該技術手段的可行性。

1 紅外添加劑的選擇

一些固體物質的紅外輻射具有選擇性[10](見圖1)，即在一定溫度下(或溫度范圍內)，輻射率與波段的關系不是恒定的值，而是有所變化，在某波段內輻射率低，而在另一波段內的輻射率高。根據這種特性，可加入所需波段輻射率高的物質，從而提高該波段的輻射輸出強度。參照紅外輻射手冊的數據[11]，選擇了8種添加劑物質進行研究。

1.SiC(1 000℃); 2.SiO2(800℃); 3.Al2O3(1 100℃);4.Fe2O3(1 000℃); 5.Cr2O3(800℃); 6.BeO(1 700℃);7.ZrC(1 900℃); 8.TaC(1 100℃); 9.Ce2O3(800℃)

2 誘餌劑制作及火焰紅外光譜測試

誘餌劑組成主要為粘結劑、交聯劑、催化劑、金屬粉末燃料、氧化劑、紅外添加劑、固化劑等，如表1所示。制藥時，保持各組分含量不變，僅改變紅外添加劑的種類?；竟に嚵鞒虨椋合葘⒊袒瘎┩獾钠渌后w組份混合，混合均勻后，再依次加入金屬粉末燃料、紅外添加劑、氧化劑，最后加入固化劑，混合均勻后，真空澆注，在72℃的烘箱內恒溫固化72 h。

表1 紅外誘餌裝藥組成

采用SR5000N光譜輻射計對誘餌燃燒火焰進行紅外測試，測試距離為30 m，其參數設置如表2所示。測試時氣象條件為：溫度為28℃；相對濕度為40%。

表2 光譜輻射計及黑體參數

3 火焰紅外光譜測試結果及分析

對所制備的誘餌劑燃燒火焰進行了紅外光譜測試，各誘餌劑火焰光譜特性曲線如圖2所示。

根據光譜曲線的形態，光譜曲線可分為4個區間：1.4～2.71 μm(I區)、2.71～4.23 μm(II區)、4.23～5.09 μm(III區)、5.09～14 μm。幾種添加劑物質對這幾個區間的劃分基本無影響，只是改變了各部分峰值的大小與峰的形態。由于本文僅研究近中紅外，因此僅對1.4～5.09 μm波段內的輻射分布進行分析(見表3)，暫不考慮遠紅外。根據光譜曲線的區間峰，可將其分為3類。第一類為峰值強度逐漸降低，這與傳統紅外誘餌的基本特征相同；第二類為III區峰值高于II區，但低于I區；第三類為III區峰值高于前兩區。

為更深入細致地分析添加劑對紅外光譜特性的影響程度，根據光譜特性曲線，對前三區數據進行處理。數據分析表明，對這幾種添加劑，各區間的峰值波長基本相近(盡管峰值波長的數據讀取不可避免會出現一些偏差，但也能體現出一種趨勢)，I區峰值在1.5 ～1.8 μm內，II區峰值在2.9 μm 左右，III區峰值在4.5 ～4.6 μm內。區間峰值強度對比表明，可將這8種物質的影響分為3類，第一類是I區與II區的峰值強度比小于1， I區與III區的峰值強度比小于0.4(1號)；第二類是I區與II區的峰值強度比介于1.5～1.8，I區與III區的峰值強度比大于介于1～1.3(2、3、4號)；第三類是I區與II區的峰值強度比介于1.9～2.6，I區與III區的峰值強度比大于介于2.4～4(5、6、7、8號)。

區間峰值強度只能代表該波長處的輻射情況，無法代表區間或波段輻射情況，因此，有必要分析區間內的積分輻射強度。區間積分輻射強度對比表明，可將這8種物質的影響分為3類，第一類是I區與II區的積分強度比小于1.3， I區與III區的峰值強度比小于0.6(1號)；第二類是I區與II區的積分輻射強度比介于1.6～2，I區與III的積分輻射強度比介于2～2.3(2、3號)；第三類是I區與II區的積分輻射強度比介于1.1～2.2，I區與III的積分輻射強度比介于3～7(4、5、6、7、8號)。

對比峰值強度比、區間積分強度比，可發現兩者并非完全一致。如1號區間峰值強度I/III比為0.39，而區間積分強度I/III比為0.56。這是因為添加劑對光譜特性的影響既體現在峰值強度改變上，還體現在峰的形態上。當然，I區與III區峰值強度比越低，越有利于提高中波紅外強度的輸出。

根據表3的結果，按提高中波輸出強度的效果，可將這8種添加劑物質分為3類，一是高效型，近中輻射強度比小于0.6(1號)；二是有效型，其值大于0.6小于1.4(2、3、8號)；三是改進型，即性能有改進但效果不明顯，其值大于1.4小于2(4、5、6、7)。

所選紅外添加劑劑效果差別的原因分析如下：1)固體物質輻射性能與溫度、波長相關，添加劑的低溫輻射性能不能代表高溫輻射性能，因此在選擇添加劑時，要充分考慮高溫時的輻射特性；2)高溫燃燒火焰對添加劑的物態劑表面性質不可避免造成影響，導致輻射性能變化。紅外輻射手冊中各物質的測試條件不同，有的測試溫度較低，不能代表高溫下的情況。另外，其測試一般是將物質平鋪在加熱板上，通過加熱板升溫進行不同溫度下輻射率與溫度的測試。在此情況下，物質的表面基本不會變化。然而，在誘餌劑中，由于在燃燒過程中產生大量的煙霧微粒，這些微粒可能附著在加入物質表面，影響原來的輻射率。同時，加入物質在高溫燃燒過程中，與其他燃燒產物發生化學反應，更會影響輻射率。

圖2 1～8號誘餌劑火焰紅外光譜特性曲線

配方12345678峰值波長/μm/強度/(W/Sr·μm)I區1.5/2661.6/11701.6/14841.6/14801.7/29332.1/28331.6/23961.8/1734II區2.9/2872.9/7642.9/8272.9/8272.9/11373.2/14932.9/9243/775III區4.5/6844.5/11124.5/11824.5/11124.6/7344.6/9004.5/9974.6/550區間積分強度/(W/Sr)I區184946121525692543191215901686II區152583684133617368758701511III區327453547370521468291475區間峰值強度比I/II0.931.531.791.532.581.902.592.24I/III0.391.051.261.054.003.152.403.15區間積分強度比I/II1.211.621.781.921.462.191.831.12I/III0.562.092.226.944.884.095.463.55輻射強度/(W/Sr)近2431130142727632831212317071941中420852101915121969113210441731近中輻射強度比0.581.331.401.831.441.881.641.12

4 結論

試驗結果表明，利用物質紅外輸出的選擇特性，采用合適的紅外添加劑，可以有效對誘餌劑輻射特性進行調節。紅外添加劑對輻射特性的影響，既改變峰值強度，也會改變峰的形態，因此峰值強度的比值、區間積分強度的比值、近中波段輻射強度的比值三者間不完全一致。III區峰值越高，越利于提高中波紅外強度的輸出。

[1] HERSKOVITZ D.紅外對抗措施-是否眼見為實[J].紅外，2000(4)：15-21.

[2] 王浩，任寧，崔福洪.國外新型紅外誘餌[J].光電技術應用，2003(3):9-13.

[3] 付偉.機載紅外干擾彈技術及發展趨勢[J].航空兵器，2002(2):32-35.

[4] 付偉.紅外干擾彈的工作原理[J].電光與控制，2001(1):36-42.

[5] 付偉.紅外干擾彈的技術的發展現狀[J].紅外技術，2000(6):37-40.

[6] ROBERT G.SHORTRIDGE,CAROLINE K.WILHARM.Improved infrared countermeasures with ultrafine aluminum[C].AIAA,2004-2063.

[7] 中科院長春化學應用研究所.長波紅外燃燒輻射藥劑[Z].200410011117.6.

[8] 于志良.提高紅外誘餌3～5 μm選擇輻射的途徑探討[J].光電對抗與無源技術，1994(2):12-15.

[9] 潘功配，李毅，周遵寧.在8～14 μm波段內具有高能量輸出的紅外干擾劑配方研究[C]//新世紀、新機遇、新挑戰——知識創新和高新技術產業發展(下冊)中國科協2001年學術年會論文集.長春:[出版社不詳],2001:401-406.

[10]盧開為，李鐵津，張澤清.遠紅外輻射加熱技術[M].上海:上海科學技術出版社,1983.

[11]BIO-RAD LABORATORIES,Inc.Sadtler Spectra Handbooks[EB/OL].http://files.instrument.com.cn/bbs/upfile/2008721165528.pdf.

(責任編輯 唐定國)

Flame Infrared Spectra Study on High Output in Medial Band Decoy Charges with Additives

CHEN Liang, XIAO Xiu-you

(Southwest Technology and Engineering Research Institute, Chongqing 400039, China)

To resolve the infrared decoy shortcoming of high output of near wave band and low output of medial wave band, based on the relation of radiation ratio with wave and temperature, additives were chose to adjust the spectra output of decoy flare. Decoy pellets were made with additive. Infrared spectra of decoy pellet flames were tested by SR-5000N infrared radiometer. Spectrum show that additives can change peak strength and peak form, but the ratios of peak strength are not in accordance with section strength. The results reveal that additives with high emissivity at medial wave band and low emissivity at near wave band can effectively increase output of medial wave band but restrain output of near wave band.

infrared additive; infrared radiation characteristic; infrared decoy

2016-05-29；

2016-06-25

總裝型號項目

陳亮(1978—)，男，碩士研究生，高級工程師，主要從事紅外及隱身技術研究。

10.11809/scbgxb2016.10.027

陳亮,肖秀友.提高中波紅外輸出含添加劑誘餌火焰光譜研究[J].兵器裝備工程學報，2016(10):125-128.

format:CHEN Liang, XIAO Xiu-you.Flame Infrared Spectra Study on High Output in Medial Band Decoy Charges with Additives[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(10):125-128.

TN976

A

2096-2304(2016)10-0125-04