乌洛托品对MTV诱饵剂光谱辐射性能的影响

郜 永，关 华，宋东明，杜 珺

（南京理工大学化工学院，江苏 南京，210094）



乌洛托品对MTV诱饵剂光谱辐射性能的影响

郜 永，关 华，宋东明，杜 珺

（南京理工大学化工学院，江苏 南京，210094）

摘 要：为改善诱饵剂红外辐射性能，在一种MTV型诱饵剂配方中加入乌洛托品，对其燃烧后性能进行测试分析。结果表明：加入乌洛托品之后，药剂燃烧时间延长，温度降低，由于降温作用以及乌洛托品燃烧产物的选择性辐射使得诱饵剂光谱辐射亮度比L(3～5μm)/L(2.5～3.0μm)变大；当添加量为15％时，药剂燃烧时间从2.1s延长到3.56s，燃烧的最高温度从1 707.2℃降低到1 208.1℃，L(3～5μm)/L(2.5～3.0μm)从1.88提升至2.51，所以加入乌洛托品可以改善MTV诱饵剂红外辐射性能。

关键词：MTV诱饵剂；乌洛托品；燃烧性能；辐射亮度；红外热像

MTV红外诱饵剂由于较高的费效比仍广泛应用于诱饵弹中，但由于制导武器采用了抗干扰措施，只能从诱饵与目标的辐射温度和光谱辐射比差异中识别诱饵[1]，所以在传统MTV诱饵剂基础上应进一步降低辐射温度和改变光谱辐射特征，以改善药剂辐射特性。

目前，对于改善药剂辐射特性的方法主要是通过调整MTV药剂配方或添加具有选择性辐射的物质[2]。伍婷婷等[3]通过添加高温相变材料，提高了药剂在3～5μm和8～14μm波段的辐射性能，并延长了药剂干扰时间；樊雪峰[4]以MTV药剂为基础加入改性剂，并通过正交试验研制一种新型配方；陈明华等[5]研究Mg4Al3/PTFE体系发现，当其质量比为70/30时，15g药柱在中、远红外的辐射强度可以达到254.8W/sr和26.33W/sr；于志良[6]提出通过添加一些选择性辐射体如石墨粉和SiC，以有效地提高药剂在中红外波段的辐射强度。Weiser等[7-8]用Al/Fe2O3铝热剂、Sr（NO3）2和含能有机物组成的诱饵剂可以提高3～5μm处辐射强度，同时降低1～3μm辐射强度。

为改善药剂辐射特性，依据黑体辐射定律之Plank和Stefan-Boltzmann定律降低辐射温度。由于乌洛托品（C6H16N4，六亚甲基四胺）在300℃时吸热分解，并产生CO2、N2和H2O，CO2在4.3μm处有强吸收峰。所以本研究以乌洛托品为MTV诱饵剂添加剂，研究不同添加量对MTV诱饵剂光谱辐射特性的影响。

1　样品制备及辐射特性燃烧试验

样品制备：以镁粉、聚四氟乙烯及其它功能添加成分为基础配方，添加不同比例的乌洛托品，混合均匀并过80目筛，再用氟橡胶溶液湿混成药浆，制成尺寸5cm×5cm、厚度均匀的薄片，晾干，待测试。

仪器设备及测试方法：（1）美国Flir公司SC7000型红外热像仪，光谱响应频段7.7～9.3μm；分辨率320×240；温度分辨率<20mK；镜头25mm；主要用于测试研发应用、红外信号特征分析及红外追踪等领域。（2）德国Bruker公司OPAG33傅里叶变换红外遥测光谱仪，分辨率优于1cm-1，波数精度优于0.03cm-1；等效噪声光谱辐射亮度0.033mW/(m2·sr· cm-1)；最大扫描频率40kHz，模数转换96kHz，光谱范围400～4 000cm-1。主要用于测试红外辐射源的发射光谱。

测试时将样品置于仪器正前方1.8m试验台上固定位置，样品燃烧面正对仪器采集镜头，测试时大气背景温度17℃，热像仪发射率设置为1，采样频率50Hz，利用红外热像仪和红外遥测光谱仪测试样品燃烧时间、温度及辐射光谱数据。

2　结果与讨论

2.1诱饵剂燃烧性能

在MTV型基础诱饵剂中分别加入3％、6％、9％、12％、15％、18％乌洛托品制成不同的样品，当乌洛托品含量18％时，样品难于持续燃烧。图1是添加不同含量乌洛托品的诱饵剂样品燃烧后测得的红外热像图，右侧色条分别代表辐射温度和辐射亮度。

对比右侧颜色条可以看到药剂燃烧热像中的火焰辐射温度、辐射亮度的分布，从图1中可以看到，加入乌洛托品之后药剂燃烧温度、火焰面积和辐射亮度均降低，且随着加入量的增加下降程度越明显。为了更好地说明药剂燃烧性能变化程度，用红外热像仪自带Altair软件将不同乌洛托品含量的药剂燃烧时间和最大温度数据导出，并分别做图2～3。

图1　不同含量乌洛托品诱饵剂燃烧的红外热像图Fig.1 Infrared thermograph of decoy with different content of methenamine

图2　不同含量乌洛托品诱饵剂燃烧时间Fig.2 Combustion time of decoy with different content of methenamine

图3　不同含量乌洛托品诱饵剂最高火焰温度Fig.3 The highest flame temperature of decoy with different content of methenamine

已知MTV型诱饵剂燃烧历程可以分为烟火药剂、受热区、反应区和燃烧产物区[9]，根据热力学定律，热量由高温向低温流动，处于反应区的Mg和PTFE反应放出的热量把未燃区的药剂加热至发火点从而使得反应继续下去。而乌洛托品在263℃时开始熔化，当超过此熔点即升华并分解，但不熔融，分解产生甲烷、氢气和氮气。由于乌洛托品的分解吸热以及产生N2的冷却作用会延缓未燃区药剂的反应，从而延长药剂的燃烧时间，进而降低药剂的质量燃速，导致单位时间内药剂的放热量减少，降低药剂燃烧火焰温度。从图2～3可以看到，乌洛托品的加入会对药剂燃烧性能产生明显改变，随着乌洛托品含量的增加，药剂燃烧时间延长，燃烧温度降低。当乌洛托品添加量增至15％时，诱饵剂燃烧时间从未添加时的2.1s增至3.56s，燃烧火焰温度从1 707.2℃降低至1 208.1℃。可以看到，乌洛托品对于药剂燃烧性能有着明显影响，如果在15％基础上再继续添加会导致药剂点火性能变差，燃烧断续，严重影响药剂使用性能，所以本文只对乌洛托品含量在15％以下进行性能研究。

2.2诱饵剂红外辐射光谱特征

图4是用OPAG傅里叶变换红外遥测光谱仪测定不同含量乌洛托品诱饵剂燃烧时的光谱辐射亮度。

图4　不同乌洛托品含量药剂燃烧光谱辐射亮度Fig.4 Combustion spectral radiance of decoy with different content of methenamine

从图4可以看到，随着乌洛托品含量的增加，光谱辐射亮度均有不同程度的降低，在2.5～3μm波段，药剂燃烧的光谱辐射亮度峰值从8.4 W/(m2·sr·cm-1)降低到3.5W/(m2·sr·cm-1)，在中红外的3～5μ m波段，光谱辐射亮度峰值从5.6 W/(m2·sr·cm-1)降到3.0 W/(m2· sr· cm-1)。根据Plank公式和Stefan-Boltzmann定律可以知道辐射出射度随着温度的降低而减少，文章上面提到，由于乌洛托品的分解冷却作用导致药剂的燃烧温度随着乌洛托品含量的增加而降低，所以测得的药剂燃烧光谱辐射亮度也随之降低。

表1　不同波段内不同含量乌洛托品配方药剂燃烧辐射亮度　(×103W·sr-1·m-2)Tab.1 Combustion spectral radiance of decoy with different content of methenamine in different wavelength

由表1可知，在诱饵剂中加入乌洛托品之后药剂燃烧辐射亮度在2.5～3.0μm和3.0～5.0μm均降低，乌洛托品加入量在3％时由于没有明显降温且乌洛托品的分解产生一些辐射物质使得辐射亮度略有升高。但是随着乌洛托品含量的增加，辐射亮度均开始下降，当加入量在15％时辐射亮度在2.5～3.0μm从3.10×103W·sr-1·m-2降至1.28×103W·sr-1·m-2，3～5μm辐射亮度从5.84×103W·sr-1·m-2降至3.21×103W·sr-1· m-2。而随着乌洛托品含量的增加，L3.0～5.0/L2.5～3.0比值不断变大，当乌洛托品含量添加在6％以内时，辐射亮度比值变大速率较慢，当乌洛托品添加量大于9％时，比值的增加较为明显，乌洛托品最大添加量在15％时比值为2.51，比未添加时增加了0.63。根据维恩位移定律，随着加入乌洛托品之后药剂燃烧温度的降低，峰值波长会朝向长波方向移动，另一方面，由于乌洛托品燃烧产生的CO2在4.3μ m波段有很强的红外吸收峰[10]，会提高药剂燃烧中红外的辐射亮度，所以加入乌洛托品可以改善诱饵剂的光谱特征。但是当加入乌洛托品过多时会大大降低药剂的红外辐射性能，并对药剂点火性能产生影响，所以在使用时应控制乌洛托品的添加量以达到最佳效果。

3　结论

（1） 在MTV型红外诱饵剂中添加乌洛托品可以降低药剂燃烧火焰温度，延长燃烧时间，当乌洛托品添加量在15％时温度从1 707.2℃降低至1 208.1℃，燃烧时间从2.1s延长至3.56s。

（2） 乌洛托品的加入会提高L3～5μm/L2.5～3μm，当加入15％乌洛托品时L3～5μm/L2.5～3μm从1.88提高至2.51，从而改变红外光谱比。

（3）在MTV型红外诱饵剂中添加适量乌洛托品可改善红外光谱辐射性能。

参考文献：

[1]李宝宁,谢吉鹏,李朝荣.美国面源型红外诱饵弹的发展分析[J].舰船电子工程,2009,29(7):35-39.

[2]张敬慧.MTV红外诱饵剂改进及应用[J].舰船电子工程，2014,34(4):19-23.

[3]伍婷婷,陈昕,韩爱军,等.高温相变材料对红外诱饵剂性能的影响[J].光谱学与光谱分析,2013,33(10):2 651-2 654.

[4]樊雪峰.镁/聚四氟乙烯/氟橡胶（MTV）红外诱饵剂的配方优化研究[J].火工品,2015 (3):38-41.

[5]陈明华,焦清介,温玉全,等.Mg4Al3/PTFE红外诱饵剂的辐射性能研究[J].激光与红外,2005,35(7):500-503.

[6]于志良.提高红外诱饵3—5选择辐射的途径探讨[J].光电对抗与无源干扰,1994(2):12-15.

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[8]Ray M A ,Ashcroft BN ,Blau RJ,et al.An example of magnesi-um-teflon-thermoplastic (MTTP),a viable blackbody emitting composition that has been produced via a solvent-free twin-screw extrusion process[C]//33rd Int.Pyrotech.SEm,Fort Collins:CO,2006.

[9]叶迎华.火工品技术[M].北京:北京理工大学出版社,2007.

[10]翁诗甫.傅里叶变换红外光谱分析[M].北京:化学工业出版社,2009.

[11]张建奇,方小平.红外物理[M].西安:西安电子科技大学出版社,2004.

Study on the Effect of Methenamine on the Radiation Spectrum Characteristics of Infrared Decoy

GAO Yong,GUAN Hua,SONG Dong-ming,DU Jun
（School of Chemical Engineering,Nanjing University of Science and Technology,Nanjing,210094）

Abstract：To improve the infrared radiation performance of the decoy,different content of methenamine was added in a kind of MTV,and the combustion performance was tested.The result showed that the reaction time of the decoy was prolonged and the combustion temperature was lowered.Since the cooling effect as well as a selective radiation,the spectral radiance ratio of L(3 ～ 5μm)/L(2.5 ～ 3μm)was increased.When adding 15％ methenamine,the burning time was prolonged from 2.1s to 3.56s,the maximum combustion temperature was reduced from 1 707.2 ℃ to 1 208.1℃ ,L(2.5 ～ 3μm)/L(3 ～ 5μm)was increased from 1.88 to 2.51.So a certain amount of methenamine can improve the infrared radiation property of MTV decoy.

Key words：MTV infrared decoy；Methenamine；Combustion characteristics；Radiance；Thermal imaging

基金项目：预研基金项目（9140A05070314BQ02076）

作者简介：郜永（1991-），男，在读硕士研究生，主要从事光电对抗与无源干扰研究。

收稿日期：2015-10-29

中图分类号：TQ567.4

文献标识码：A

文章编号：1003-1480（2016）01-0037-04