红外照明弹技术研究

张 鹏，姜 力，姚 强，姚文佳



红外照明弹技术研究

张 鹏，姜 力，姚 强，姚文佳

（北方华安工业集团有限公司科研二所，黑龙江 齐齐哈尔，161006）

为提高微光夜视仪的视距，提升部队的夜间作战能力，开展了红外照明弹研究。从氧化剂的选择、可燃剂的选择、适宜燃烧温度、降低药剂机械感度等方面对红外照明剂配方进行了试验研究，获得了理想配方；并通过野外视距增益效果试验，验证了采用该配方的照明弹可使微光夜视仪的视距增益3.9倍以上。

红外照明剂；红外照明弹；微光夜视仪；视距

红外照明弹技术是20世纪80年代末期发展起来的一种新概念特种弹技术，主要用于为目标提供近红外光源，增大目标近红外辐射照度，提高微光夜视仪等夜视器材的视距。红外照明弹首先是在美国研制成功并装备使用的。美国西奥科尔（Thiokol）公司于20世纪80年代开展了红外照明弹的研制工作，研制出一种由70mm航空火箭发射的M278红外照明弹，该弹装备在美国AH-1“眼镜蛇”和AH-64“阿帕奇”武装直升机上。之后又相继研制了M83A2式60mm和M853A1式81mm迫击炮红外照明弹、M314A3式105mm和M485A2式155mm榴弹炮红外照明弹、LUU-2B/B由飞机空投的红外照明弹、M127A手携式红外照明弹、M49A1绊索红外照明雷等[1]。

我国于20世纪90年代开展红外照明弹相关技术研究，并设计定型了某型红外照明弹。研究设计性能优良的红外照明剂是红外照明弹技术研究的主要内容。本研究通过对红外照明剂进行设计和试验验证，确定了红外照明剂的配方，并装配弹药进行野外视距增益试验。

1 红外照明剂设计

实际战术应用通常要求红外照明弹能够使微光夜视仪视距增加3倍以上，同时要具有较低的可见光输出。为满足这一要求，红外照明剂必须在近红外区（0.7～1.3μm）产生较强的红外辐射。红外照明剂的近红外辐射强度越高，对微光夜视仪视距增加效果越好。但红外照明剂燃烧在产生强红外辐射的同时，会有一定的可见光输出，为了达到红外照明弹作用时不照亮我方阵地、不暴露己方人员和目标的效果，可见光输出越低越好。因此，红外照明剂研究需突破的技术瓶颈主要是在提高近红外辐射强度的同时，降低可见光输出。与大多数烟火药一样，红外照明剂也是由氧化剂、可燃剂和粘合剂等混合而成。本文主要从氧化剂的选择、可燃剂的选择、适宜燃烧温度、降低药剂机械感度等方面对红外照明剂配方进行探索研究。

1.1 氧化剂的选择

红外照明剂燃烧时产生的原子和分子的特征辐射，是由于燃烧时的高温作用，激发气体或蒸气中的原子和分子里的电子能级改变。红外照明剂近红外特征辐射物质包括K+、Cs+等。K+、Cs+在近红外区辐射较强，而在可见光区辐射较弱，能展宽近红外输出光谱，在显著提高近红外辐射强度的同时，有较低的可见光输出。考虑到红外照明性能的要求，红外照明剂可同时采用KNO3和CsNO3作为氧化剂[1]。

1.2 可燃剂的选择

红外照明剂近红外特征辐射物质包括K+、Cs+等，提高红外照明剂的近红外辐射强度应保证这些特征辐射离子激发所需的能量供给。通过选用燃烧热值高、燃烧稳定、产物热容低的Mg粉作为可燃剂来配制红外照明剂，可提高近红外特征辐射离子的辐射效率和辐射能力，从而有效提高红外照明剂的近红外辐射强度。红外照明剂可见光的输出与药剂中Mg粉的含量密切相关，Mg粉的含量越高，红外照明剂可见光发光强度就越大，但降低药剂中Mg粉的含量会导致近红外特征辐射离子激发能量的不足。为了抑制红外照明剂的可见光输出，可在红外照明剂中适量添加非金属含能可燃剂，如Si粉、六次甲基四胺等，同时适当降低药剂中Mg粉的含量，由此损失的燃烧热能通过非金属含能可燃剂来弥补。这样既降低了红外照明剂可见光发光强度，又保证了药剂中近红外特征辐射离子激发所需的能量供给。

1.3 适宜燃烧温度

红外照明剂燃烧产生的辐射是灰体辐射和选择性辐射共同作用而形成的。对于选择性辐射粒子而言，其产生选择性特征辐射的激发过程与药剂的燃烧反应温度密切相关，适宜的燃烧反应温度能够产生最大效率的特征辐射。通过调整药剂配方中KNO3和Mg粉的含量来控制燃烧温度，可使红外照明剂产生最大效率的特征辐射。

1.4 降低药剂机械感度

以KNO3、CsNO3、Mg粉、Si粉、六次甲基四胺等为主要组分的红外照明剂机械感度较高，不利于安全生产。为降低药剂的机械感度，需要在红外照明剂中加入少量的附加物。石墨是烟火药中常用的附加物，具有良好的润滑性能，可起到降低红外照明剂机械感度的作用。石墨有多种类型，其中，鳞片石墨较其它类型石墨润滑性能优越。因此，红外照明剂可通过添加鳞片石墨来降低药剂的机械感度。

2 验证试验

2.1 试验所用仪器与试验执行标准

红外辐射强度试验所用仪器为JHF-1型红外辐射计，试验执行标准GJB 5214.19-2003；可见光发光强度试验所用仪器为PY型光电照度计，试验执行标准GJB 5214.2-2003；摩擦感度试验所用仪器为MGY-1型摩擦感度仪，试验执行标准GJB 5383.4-2005；冲击感度试验所用仪器为WL-1型撞击感度仪，试验执行标准GJB 5383.2-2005。

2.2 试剂

药剂配方中Mg粉牌号为FM5，符合GB 5149.1- 2004的规定；Si粉符合GB/T 2881-2008的规定；六次甲基四胺符合GB/T 9015-1988的规定；KNO3符合GB 1918-2011的规定；CsNO3符合企标YS/T 1081- 2015的规定，由江西东鹏新材料有限公司生产；鳞片石墨牌号为LG（-）75-99，符合GB/T 3518-2008的规定。

2.3 同时采用KNO3和CsNO3作为氧化剂的红外照明剂性能试验

根据1.1中对氧化剂选择的分析，进行验证试验。表1是同时采用KNO3和CsNO3作为氧化剂的红外照明剂性能试验结果。

表1 采用KNO3和CsNO3作为氧化剂的红外照明剂性能试验结果

Tab.1 Performance test result of IR illuminating compositions using KNO3 and CsNO3 as oxidizers

由表1试验结果可以看出，同时采用KNO3和CsNO3作为氧化剂的红外照明剂具有较高的近红外辐射强度以及较低的可见光发光强度。

2.4 采用不同可燃剂的红外照明剂性能对比试验

根据1.2中对可燃剂选择的分析，选择Mg粉、Si粉和六次甲基四胺作为可燃剂，进行验证试验。表2是单独采用Mg粉作为可燃剂和同时采用Mg粉、Si粉、六次甲基四胺作为可燃剂的红外照明剂性能对比试验结果。

表2 采用不同可燃剂的红外照明剂性能对比试验结果

Tab.2 Comparative test result of IR illuminating compositions using different combustible agents

由表2试验结果可以看出，通过在红外照明剂中适量添加Si粉和六次甲基四胺，并适当降低药剂中Mg粉的含量，可以有效降低红外照明剂的可见光输出。序号3与序号1的药剂相比，可见光发光强度下降了64%，而近红外辐射强度只下降了15.7%。

由表2试验结果还可以看出，药剂中Mg粉的含量降至一定程度后，可见光发光强度降低已不明显，但近红外辐射强度出现明显下降。序号4与序号3的药剂相比，可见光发光强度只下降了1.2%，而近红外辐射强度下降了27.6%。

2.5 适宜燃烧温度试验

根据1.3中燃烧温度对红外照明剂特征辐射的影响分析，通过调整药剂配方来控制燃烧温度，对红外照明剂适宜燃烧温度进行试验研究。表3是红外照明剂适宜燃烧温度试验结果。

表3 红外照明剂适宜燃烧温度试验结果

Tab.3 Combustion temperature test result of IR illuminating compositions

由表3试验结果可见，燃烧温度控制在1 200～1 300℃时，红外照明剂有较强的近红外辐射强度和较低的可见光输出。当燃烧温度低于1 200℃时，近红外辐射强度明显下降；当燃烧温度高于1 300℃时，近红外辐射强度虽有所提高，但可见光输出也大幅度增加。因此，红外照明剂适宜燃烧温度为1 200～1 300℃。

2.6 机械感度试验

根据1.4中对降低红外照明剂机械感度方法的分析，对药剂配方进行调整，添加鳞片石墨，进行机械感度试验。表4是未添加石墨的药剂与添加鳞片石墨的药剂机械感度试验的对比结果。从表4试验结果可以看出，在红外照明剂组分中加入鳞片石墨后，有效降低了药剂的机械感度。当加入4%的鳞片石墨后，药剂的机械感度降低到满足安全生产要求的程度。

表4 红外照明剂机械感度试验对比结果

Tab.4 Mechanical sensitivity comparative test result of IR illuminating compositions

3 实际应用效果

3.1 红外照明炬实用配方

根据上述对红外照明剂组分的探索研究，调配实用配方并压制红外照明炬，分别进行了红外照明炬静态性能测试和野外视距增益效果试验。表5是调配出的红外照明剂实用配方及压制出的红外照明炬尺寸和数量。

表5 红外照明剂实用配方及红外照明炬尺寸

Tab.5 The practical formulation of IR illuminating compositions and the size of pressed IR illuminating ammunition

3.2 红外照明炬静态性能测试

表6是红外照明炬静态性能测试结果，表6中序号1的红外辐射强度测试曲线见图1。

表6 红外照明炬静态性能测试结果

Tab.6 Static test of IR illuminating ammunition

图1 红外辐射强度测试曲线

3.3 野外视距增益效果试验

进行野外视距增益效果试验，以客货车为观察目标，试验条件为夜间无月，参试微光夜视仪包括87式步兵战车车长观察仪、WY-2型微光观察仪、GM89- 200型微光观察仪。试验布站情况如图2所示。

试验步骤为：（1）进行试验布站；（2）分别测量无红外照明条件下各微光夜视仪发现目标车的距离，观测以A目标车为主；（3）以无红外照明条件下发现目标车距离的2倍设置各微光夜视仪地面观测点；（4）各微光夜视仪地面观测点设置好后，现场指挥发出指令，点燃红外照明炬；（5）各微光夜视仪地面观测点自行调整观测距离，分别测量在红外照明炬红外照明条件下各微光夜视仪发现目标车的距离，观测以A目标车为主。野外视距增益试验结果见表7。

表7 野外视距增益试验结果

Tab.7 Gain test result of the field sight distance

表7试验结果可以看出，在红外照明炬红外照明条件下，参试微光夜视仪的视距得到显著提高，视距增益倍数为3.9～4.2。

4 结论

（1）红外照明弹技术研究的主要内容是设计高性能红外照明剂。本研究从氧化剂的选择、可燃剂的选择、适宜燃烧温度、降低药剂机械感度等方面对红外照明剂配方进行了探索，确定了以KNO3、CsNO3、Mg粉、Si粉、六次甲基四胺和鳞片石墨为主要成分的红外照明剂配方。（2）以本研究确定的红外照明剂配方压制出红外照明炬，进行实际应用效果试验。试验表明，在红外照明炬红外照明条件下，微光夜视仪的视距得到了显著提高，视距增益倍数在3.9倍以上。

[1] 潘功配,杨硕.烟火学[M].北京:北京理工大学出版社,1997.

[2] 陈波若.红外系统[M].北京:国防工业出版社,1995.

[3] 孙艳鲜.隐身红外照明弹[J].火工品,1997(1):43-47.

Technology Research on IR Illuminating Ammunition

ZHANG Peng, JIANG Li, YAO Qiang, YAO Wen-jia

(No.2 Scientific Research Institute, North Hua’an Industry Group Co., Ltd., Qiqihar, 161006)

For improving the sight distance of LLL (low-level-light) night vision device and enhancing the night combat capability of the troops, an IR illuminating ammunition technique was studied, the formulation of illuminating composition was experimental investigated, from the selection of oxidizers, combustible agents, appropriate combustion temperature and reducing mechanical sensitivity of agents, the ideal formulation was obtained. The field sight distance test indicated the designed IR illuminating ammunition can increase the sight distance of the night vision device by 3.9 times.

IR illuminating composition；IR illuminating Ammunition；LLL night vision device；Sight distance

1003-1480（2018）02-0013-04

TQ567.3

A

10.3969/j.issn.1003-1480.2018.02.004

2017-11-28

张鹏（1980-），男，高级工程师，主要从事特种弹药设计工作。