提高中波红外输出含添加剂诱饵火焰光谱研究

陈 亮,肖秀友

(西南技术工程研究所，重庆 400039)



【化学工程与材料科学】

提高中波红外输出含添加剂诱饵火焰光谱研究

陈 亮,肖秀友

(西南技术工程研究所，重庆 400039)

为解决红外诱饵近红外强度高，中波红外强度低的缺点，根据物质红外辐射率与波段、温度的关系，选择合适的添加剂制作诱饵药柱，采用SR-5000N红外光谱辐射计对诱饵药柱燃烧火焰的红外光谱进行了测试。光谱分析表明，添加剂既会影响峰值强度，也会影响峰形，但峰值强度比与区间强度比并非一致。试验结果表明，采用高温下中波辐射率高，短波辐射率低的添加剂，可有效提高中波红外输出而抑制短波输出。

红外添加剂；红外辐射特性；红外诱饵

桑德斯公司提供的资料表明，在1973—1997年期间，由各种武器系统击落飞机1 434架，其中738架(51.5%)飞机由空对空或者地对空红外导弹击落[1]。因此，红外导弹对飞机构成了严重威胁。红外诱饵是有效对抗红外导弹的一种手段，然而随着红外制导、目标跟踪识别技术的不断发展[2]，对红外诱饵提出了更高的要求。

针对红外制导技术的发展，红外诱饵也进行了改进与发展，出现了多种新型诱饵[3-5]：气动红外诱饵、箔条/红外复合诱饵、可燃箔条诱饵、自燃型红外诱饵、伴飞式和拖曳式诱饵、红外烟云诱饵、多光谱红外诱饵、面源型诱饵等。

为提高红外诱饵火焰的频谱特性，国内外的学者做了大量的工作，取得了一些成果。Robert G.Shortridge采用超细铝粉，提高了红外诱饵剂远红外输出强度[6]。中科院长春应用化学研究所申请了一项诱饵剂专利，采用聚四氟乙烯、三氧化二铁或二氧化钛、镁粉、硅粉组成的诱饵药剂，长波红外输出达到460 W/sr，而中波为693 W/sr[7]。于志良提出了提高红外诱饵中波辐射强度的途径[8]。潘功配系统研究了提高长波红外输出的红外药剂，得到了性能优良的配方[9]。上述研究促进了我国红外诱饵技术的发展。

现有资料表明，对提高中波红外输出，而降低短波红外输出的研究较少。本研究根据红外辐射理论，采用具有选择性红外输出的固体添加剂，制作红外药柱，进行燃烧火焰的红外光谱测试，验证该技术手段的可行性。

1 红外添加剂的选择

一些固体物质的红外辐射具有选择性[10](见图1)，即在一定温度下(或温度范围内)，辐射率与波段的关系不是恒定的值，而是有所变化，在某波段内辐射率低，而在另一波段内的辐射率高。根据这种特性，可加入所需波段辐射率高的物质，从而提高该波段的辐射输出强度。参照红外辐射手册的数据[11]，选择了8种添加剂物质进行研究。

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 诱饵剂制作及火焰红外光谱测试

诱饵剂组成主要为粘结剂、交联剂、催化剂、金属粉末燃料、氧化剂、红外添加剂、固化剂等，如表1所示。制药时，保持各组分含量不变，仅改变红外添加剂的种类。基本工艺流程为：先将除固化剂外的其他液体组份混合，混合均匀后，再依次加入金属粉末燃料、红外添加剂、氧化剂，最后加入固化剂，混合均匀后，真空浇注，在72℃的烘箱内恒温固化72 h。

表1 红外诱饵装药组成

采用SR5000N光谱辐射计对诱饵燃烧火焰进行红外测试，测试距离为30 m，其参数设置如表2所示。测试时气象条件为：温度为28℃；相对湿度为40%。

表2 光谱辐射计及黑体参数

3 火焰红外光谱测试结果及分析

对所制备的诱饵剂燃烧火焰进行了红外光谱测试，各诱饵剂火焰光谱特性曲线如图2所示。

根据光谱曲线的形态，光谱曲线可分为4个区间：1.4～2.71 μm(I区)、2.71～4.23 μm(II区)、4.23～5.09 μm(III区)、5.09～14 μm。几种添加剂物质对这几个区间的划分基本无影响，只是改变了各部分峰值的大小与峰的形态。由于本文仅研究近中红外，因此仅对1.4～5.09 μm波段内的辐射分布进行分析(见表3)，暂不考虑远红外。根据光谱曲线的区间峰，可将其分为3类。第一类为峰值强度逐渐降低，这与传统红外诱饵的基本特征相同；第二类为III区峰值高于II区，但低于I区；第三类为III区峰值高于前两区。

为更深入细致地分析添加剂对红外光谱特性的影响程度，根据光谱特性曲线，对前三区数据进行处理。数据分析表明，对这几种添加剂，各区间的峰值波长基本相近(尽管峰值波长的数据读取不可避免会出现一些偏差，但也能体现出一种趋势)，I区峰值在1.5 ～1.8 μm内，II区峰值在2.9 μm 左右，III区峰值在4.5 ～4.6 μm内。区间峰值强度对比表明，可将这8种物质的影响分为3类，第一类是I区与II区的峰值强度比小于1， I区与III区的峰值强度比小于0.4(1号)；第二类是I区与II区的峰值强度比介于1.5～1.8，I区与III区的峰值强度比大于介于1～1.3(2、3、4号)；第三类是I区与II区的峰值强度比介于1.9～2.6，I区与III区的峰值强度比大于介于2.4～4(5、6、7、8号)。

区间峰值强度只能代表该波长处的辐射情况，无法代表区间或波段辐射情况，因此，有必要分析区间内的积分辐射强度。区间积分辐射强度对比表明，可将这8种物质的影响分为3类，第一类是I区与II区的积分强度比小于1.3， I区与III区的峰值强度比小于0.6(1号)；第二类是I区与II区的积分辐射强度比介于1.6～2，I区与III的积分辐射强度比介于2～2.3(2、3号)；第三类是I区与II区的积分辐射强度比介于1.1～2.2，I区与III的积分辐射强度比介于3～7(4、5、6、7、8号)。

对比峰值强度比、区间积分强度比，可发现两者并非完全一致。如1号区间峰值强度I/III比为0.39，而区间积分强度I/III比为0.56。这是因为添加剂对光谱特性的影响既体现在峰值强度改变上，还体现在峰的形态上。当然，I区与III区峰值强度比越低，越有利于提高中波红外强度的输出。

根据表3的结果，按提高中波输出强度的效果，可将这8种添加剂物质分为3类，一是高效型，近中辐射强度比小于0.6(1号)；二是有效型，其值大于0.6小于1.4(2、3、8号)；三是改进型，即性能有改进但效果不明显，其值大于1.4小于2(4、5、6、7)。

所选红外添加剂剂效果差别的原因分析如下：1)固体物质辐射性能与温度、波长相关，添加剂的低温辐射性能不能代表高温辐射性能，因此在选择添加剂时，要充分考虑高温时的辐射特性；2)高温燃烧火焰对添加剂的物态剂表面性质不可避免造成影响，导致辐射性能变化。红外辐射手册中各物质的测试条件不同，有的测试温度较低，不能代表高温下的情况。另外，其测试一般是将物质平铺在加热板上，通过加热板升温进行不同温度下辐射率与温度的测试。在此情况下，物质的表面基本不会变化。然而，在诱饵剂中，由于在燃烧过程中产生大量的烟雾微粒，这些微粒可能附着在加入物质表面，影响原来的辐射率。同时，加入物质在高温燃烧过程中，与其他燃烧产物发生化学反应，更会影响辐射率。

图2 1～8号诱饵剂火焰红外光谱特性曲线

配方12345678峰值波长/μm/强度/(W/Sr·μm)I区1.5/2661.6/11701.6/14841.6/14801.7/29332.1/28331.6/23961.8/1734II区2.9/2872.9/7642.9/8272.9/8272.9/11373.2/14932.9/9243/775III区4.5/6844.5/11124.5/11824.5/11124.6/7344.6/9004.5/9974.6/550区间积分强度/(W/Sr)I区184946121525692543191215901686II区152583684133617368758701511III区327453547370521468291475区间峰值强度比I/II0.931.531.791.532.581.902.592.24I/III0.391.051.261.054.003.152.403.15区间积分强度比I/II1.211.621.781.921.462.191.831.12I/III0.562.092.226.944.884.095.463.55辐射强度/(W/Sr)近2431130142727632831212317071941中420852101915121969113210441731近中辐射强度比0.581.331.401.831.441.881.641.12

4 结论

试验结果表明，利用物质红外输出的选择特性，采用合适的红外添加剂，可以有效对诱饵剂辐射特性进行调节。红外添加剂对辐射特性的影响，既改变峰值强度，也会改变峰的形态，因此峰值强度的比值、区间积分强度的比值、近中波段辐射强度的比值三者间不完全一致。III区峰值越高，越利于提高中波红外强度的输出。

[1] HERSKOVITZ D.红外对抗措施-是否眼见为实[J].红外，2000(4)：15-21.

[2] 王浩，任宁，崔福洪.国外新型红外诱饵[J].光电技术应用，2003(3):9-13.

[3] 付伟.机载红外干扰弹技术及发展趋势[J].航空兵器，2002(2):32-35.

[4] 付伟.红外干扰弹的工作原理[J].电光与控制，2001(1):36-42.

[5] 付伟.红外干扰弹的技术的发展现状[J].红外技术，2000(6):37-40.

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

[7] 中科院长春化学应用研究所.长波红外燃烧辐射药剂[Z].200410011117.6.

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

[9] 潘功配，李毅，周遵宁.在8～14 μm波段内具有高能量输出的红外干扰剂配方研究[C]//新世纪、新机遇、新挑战——知识创新和高新技术产业发展(下册)中国科协2001年学术年会论文集.长春:[出版社不详],2001:401-406.

[10]卢开为，李铁津，张泽清.远红外辐射加热技术[M].上海:上海科学技术出版社,1983.

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

(责任编辑 唐定国)

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

总装型号项目

陈亮(1978—)，男，硕士研究生，高级工程师，主要从事红外及隐身技术研究。

10.11809/scbgxb2016.10.027

陈亮,肖秀友.提高中波红外输出含添加剂诱饵火焰光谱研究[J].兵器装备工程学报，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