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烟火药在烟火光电对抗技术中的应用红外照明剂的发展应用

  烟火药在烟火光电对抗技术中的应用,红外照明剂的发展应用_能源/化工_工程科技_专业资料。烟火药在烟火光电对抗技术中的应用,红外照明剂的发展应用

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  课题名称:烟火药在烟火光电对抗技术中的应用 系 专 别: 业: 学生姓名: 指导教师: 2013 年 05 月 21 日 沈阳理工大学应用技术学院课程设计说明书 摘 要 烟火药主要利用其燃烧反应产生可见光、红外辐射、高热、高压气体、气溶 胶烟幕和声响等效应的弱爆炸性物质,属于低速炸药。 传统的烟火技术主要利用 在军事上的照明、信号、曳光、燃烧等特种弹药以及民用上的烟花爆竹等。 到二十世纪六十年代烟火药及其高新技术得到了迅猛发展, 高新技术的出现 使得人们改变时空观, 世界各国为征占高新技术最高点纷纷制定各自的技术对策 和发展战略规划, 致使传统作战模式发生了根本性变化。同是现代烟火学的发展 也被应用在电子对抗技术和红外光、激光、光电等“软杀伤”技术方面,使敌方 指挥面临瘫痪、武器的失控、通信的中断、雷达迷茫等危险。高新技术的发展为 烟火技术的发展提供了契机,如对“高技术”的光电制导武器实现光电对抗与隐 身干扰。 “高新技术”的显著优点是多学科知识与技术相互融合的关键,这样的 特点促使烟火技术在军事技术、烟火工业等方面有了新的突破。 红外照明剂便是在高新技术中不可或缺的一项,多数烟火药的辐射效应处 于可见光光谱中, 而现在由于科学技术的发展和高新技术战争的需要,辐射药剂 辐射的频谱范围不再只限于可见光,而是扩展到了紫外。远红外,中红外和近红 外、微波以及更广泛的频谱范围,甚至提出了全波段的应用目标。本文研究的就 是红外照明剂的相关内容, 其中包括红外照明剂的组分选择及配方设计以及在光 电对抗中的作用。 关键词:烟火药;高新技术;光电对抗;红外照明剂 I 沈阳理工大学应用技术学院课程设计说明书 Abstract Fireworks fireworks medicines is the nature of a fire explosives, can is a special kind of Chinese material. Traditional medicine mainly is the study of conventional fireworks fireworks technology and equipment, with the emergence of modern high technology, modern fireworks learning arises at the historic moment, it makes electronic countermeasures and infrared light, laser, optical, acoustic electric technology to soft killing, cripple the enemy command, weapon control, communication interrupt, radar confusion, with precision and kinetic energy weapon implementation should be destroyed, destroy the enemy effectives. High technology development provides an opportunity for the development of pyrotechnics, such as the high technology realize the photoelectric photoelectric guided weapons against interference and stealth. High technology is a multidisciplinary knowledge and technology are the distinctive features of mutual confluence, so promote the characteristics of pyrotechnics on the military, the respect such as fireworks industry had the new breakthrough, the traditional to modern fireworks fireworks technology development science. Infrared Illuminant is one of the development of the high technology, through the light to produce high-temperature fire, and to produce strong infrared radiation in the specified spectral range, so as to deceive or lure the enemy Infrared Illuminant system, or infrared guidance system. This paper studies the infrared bait agent related content, including type aerosol infrared decoy agent composition, development trend and application in optoelectronic countermeasure technology. Key words: fireworks medicine; High technology; Optoelectronic countermeasure; Infrared Illuminant ; Aerosol infrared decoy agent II 沈阳理工大学应用技术学院课程设计说明书 目 录 1 引言.......................................................................................................................... 1 2 红外照明剂的综述.................................................................................................. 2 3 红外照明剂的组分及配方设计.............................................................................. 3 3.1 3.2 3.3 红外照明剂的组分........................................................................................ 3 配方设计........................................................................................................ 4 作用机理........................................................................................................ 5 4 红外照明剂在光电对抗系统中的应用.................................................................. 6 5 发展趋势.................................................................................................................. 7 6 结论.......................................................................................................................... 8 7 致谢.......................................................................................................................... 9 8 参考文献................................................................................................................ 10 III 沈阳理工大学应用技术学院课程设计说明书 1 引言 烟火光电对抗技术是一项利用烟火药的光、声、烟、热及其电磁效应来应对 敌人的高科技新概念烟火对抗技术。敌对双方在紫外光、可见光及红外光的波段 范围内, 利用这种光电对抗技术的设备,对敌人光电观瞄器材和光电制导武器等 进行观察、干扰或摧毁、诱骗迷惑、消弱或软杀伤破坏其作战效能,同时做到保 护己方光电武器的有效使用,红外照明剂便在保护己方过程中展现其强大作用。 组成红外照明剂的烟火药在光电对抗技术中发挥了及其重要的作用。 烟火药 的本质是火炸药的一种,是一种特殊的汉能材料。20 世纪 70 年代,烟火药有了 突破性的发展, 被用于高技术战争光电对抗无源干扰。红外照明技术也得到了全 面的发展, 随着在精确制导中的应用,红外照明武器日益显示出了强大的作战威 力。 本文主要介绍了烟火药红外照明剂的发展史、研究了红照明剂的配方组成以 及在对抗技术中的应用。 1 沈阳理工大学应用技术学院课程设计说明书 2 红外照明剂的综述 传统的可见光照明剂已由钡盐(白光)照明剂发展至钠盐(黄光)照明剂。 钡盐 (白光)照明剂主要由 Ba(NO 3 ) 2 和 Mg 粉混合而成,其单位质量光量不高,显色 性不佳,为此钠盐(黄光)照明剂获得发展。钠盐(黄光)照明剂主要由 NaN0 3 和 Mg 构成, 它的单位质量光量可达(50-62 .5)x104 lm· 由 NaN0 3 36%, 55%, s/g。 Mg 聚酷树脂 9%组成的钠盐(黄光)照明剂的单位质量光量超过 60 x104 lm· s/g。通过 配方改进和新的粘合剂应用,目前钠盐(黄光)照明剂的单位质量光量可达 (81 .25-87.50)x1041m· s/g。 可见光照明剂研究与制造工艺息息相关。目前已研制出了可浇铸的照明剂, 它克服了压装照明剂工艺成型较困难和生产不够安全的弱点。 一种由顺丁烯二酸 配作催化剂,二硝基三乙基二醇作增塑剂的浇铸照明剂便应运而生。 鉴于夜战战场红外、微光、热像仪的大量使用,为提高夜视器材的视距和扩 大视野,可见光照明剂被发展为红外照明剂。与可见光照明剂一样,红外照明剂 也是由氧化剂、可燃剂和粘合剂等混合而成的。为了增加烟火制品的各种性能, 还可以添加其它成分, 这就是红外照明剂的附加物。试验研究表明,KN0 3 作氧 化剂时仅产生极低的可见光输出,具有较好的隐身指数。 目前红外夜视器材已成为现代军队不可缺少的重要装备,在现代战场上,特 别是在夜战场上发挥着愈来愈重要的作用。红外照明剂是一种特殊的燃烧照明 剂,它燃烧时发出的可见光很小,在可见光范围内具有隐身、不易暴露的特点, 而发出的红外辐射较强, 可为红外夜视器材进行照明, 从而使夜视器材的清晰度、 观测距离大大提高。 所以研究红外照明剂具有重要意义。 本文叙述的主要的是红外照明剂的组分 及配方设计。 2 沈阳理工大学应用技术学院课程设计说明书 3 3.1 红外照明剂的组分及配方设计 红外照明剂的组分 氧化剂的选择 (1) 对于红外照明剂, 要求它的氧化剂有低的可见光输出、 较强的氧化能力和 较强的红外输出。 从常用氧化剂的物理化学性质可以看出, 硝酸盐、氯酸盐和高 氯酸盐的熔点较低且分解放氧效率较高。但试验研究表明,KNO 3 作氧化剂时仅 生产很低的可见光输出,具有较好的隐身指数,但燃速过慢,需用助燃剂加速。 KCLO 4 能明显加快红外照明剂的燃速, 但易产生不希望有的可见光输出。 CsNO 3 能展宽红外输出光谱,显著提高红外辐射强度,同是亦能加快燃速。因此,可以 同时采用 CsNO 3 和 KNO 3 作氧化剂。 (2) 常用的氧化剂分别为 Na、 Rb、 Ca、 BaK、 Cs、 Sr、的盐,都是碱金 属和碱土金属的盐,这些盐反应后的产物为金属原子、分子或其氧化物。可从常 用的烟火药组分的火焰光谱元素的原子光谱和分子光谱查得,为辐射药剂配方的 选择提供参考。在 NaNO 3 中,由于钠离子的存在,可见光输出较强。Ba( NO 3 ) 2 在燃烧中产生 BaO,其光谱特性是较强的连续光谱,另外它还能产生 Ba( OH) 2 , 它的辐射在可见光区。KNO 3 在燃烧中产生 K 和 K 2 ,光谱在可见光区很弱。对 于可见光输出, NaNO 3 Ba( NO 3 ) 2 KNO 3 。另外,Rb 原子和 Cs 原子产生的 线状光谱也在红外区,用它们的硝酸盐作为氧化剂也是合理的。 可燃物的选择 对于红外照明剂的可燃剂, 人们希望可燃物在燃烧时能放出足够的能量, 以激发辐射光, 但要避免产生过多的凝聚相物质的灰体辐射而造成可见光输出 过高对常用的可燃物, 能同时满足这两项要求的几乎没有。 因此, 只能在其中寻 找有较高燃烧热的物质, 以提高燃烧温度激发辐射光,同时希望它的可见光输出 低。对于有机可燃剂, 经验证明, 含氧量超过 50%的有机物, 在空气中燃烧时, 其火焰几乎是无色的, 在有机物中含氧量越高的物质其燃烧热越低。 在常用的有 机可燃物中, 我们选择了乌洛托品它的燃烧热较高,1g 乌洛托品完全燃烧可产 生 25kJ 的热量。从光谱性能来看乌洛托品的燃烧产物是 CO 2 和 N 2 等, CO 2 分 3 沈阳理工大学应用技术学院课程设计说明书 子的辐射在近红外区。 同时红外照明剂的可燃剂应避免选用能产生强烈可见光输 出的金属粉,如 Mg、Al、Mg 4 A 13 等。 对于非金属可燃剂来说, 同样希望获得较高的燃烧热,硅的燃烧热相对较高 且熔点低。当选用Si和六次甲基四胺作主要可燃剂时,可见光输出较低,从光谱 性能来看,含有硅的物质 Si 2 和SiO 都只在紫色光区有较强的谱线, 隐身指数较 好,因此选用硅是较好的。由于硼化钛、硼化锆等在1700~2000摄氏度时在近红 外区具有辐射峰值,因此亦可选用B、Ti、Zr作红外照明剂的可燃剂。硼的燃烧 热也很高同样也适合。 对于金属可燃剂, 烟火药中较多使用的是镁粉和铝粉, 镁的燃烧热要稍低 一些, 但在同一温度下, 镁的蒸气压要比铝的高得多。 烟火药燃烧时常借空气中 的氧燃烧, 可燃物能否在燃烧温度下迅速汽化并与空气中的氧结合、 反应, 将对 烟火 效应有很大的 影响。 所以, 尽管镁的燃烧热低, 但能通过提高温度, 使红 外辐射的能量明显增加, 另外, 为了避免由于镁粉的加入, 使可见光的输出过 高, 应使镁粉的含量适当降低。 为了加快红外照明剂的燃速,加入助燃剂。以少量的 B、Mg 等加入到药剂 中时其燃速即可加快。 由于 Mg 的加入会带来可见光输出的增大, 故一般不采用。 试验研究发现,在药剂中加入 2%~3%的硼时,燃速提高 50%左右,而可见光仅 略微增大;当在药剂中加入 1%的氧化铁时,对药剂的燃速没有影响;当选用硼 和氧化铁共同作助燃剂组分时,燃速明显加快;当药剂中加入 2%的硼和 1%的 氧化铁时,药剂燃速增加了 110%,红外辐射强度增加了 150%,而可见光输出 增加的很少。 3.2 配方设计 试样的配方由可燃剂、 氧化剂和粘合剂组成。各试样的配比原则为: 按零氧 差设计配方,有机可燃剂的二元混合物占三分之二, 镁可燃剂的二元混合物占三 分之一,有机可燃剂中的 C 6 H 12 N 4 与氧化剂的比值同酚醛树脂( C 48 H 42 O 7 ) 与氧化剂的比值很接近, 酚醛树脂按 4% 计。 按此原则, 我们进行了配方的设计。其中,镁作为金属可燃剂,C 6 H 12 N 4 作 为非金属可燃剂, 氧化剂分别为 NaNO 3 、KNO3、CsNO 3 、NO3, 而酚醛树脂 作为辐射药剂的粘合剂。 4 沈阳理工大学应用技术学院课程设计说明书 3.3 作用机理 本文研究的由 Mg 粉、乌洛托品、KN03 组成的红外照明剂,燃烧温度一般 在 2000K 左右。在火焰的高温下盐或金属被气化,部分或全部气态分了逐渐分 解成中性原子、自由金属原子和火焰中的其他基团或原子结合,之后,中性金属 原子或含金属原子、 分子的蒸气被火焰的热能激发。这一系列过程发生在快速燃 烧反应中。 不同的情况(例如温度不同)会辐射出不同的波长。 当金属或金属化合物是固 体或液体时,产生的是连续光谱,只有形成分子、原子,才可能产生所期望波段 的辐射。 5 沈阳理工大学应用技术学院课程设计说明书 4 红外照明剂在光电对抗系统中的应用 光电对抗是指敌对双方在紫外、可见光、红外波段范围内,利用光电设备 和器材对敌方光电制导武器和光电侦测设备等光电武器装备进行侦察干扰, 使敌 方光电制导武器和光电侦测设备等光电武器装备失去或降低其作战技能, 并保护 己方光电设备和人员免遭敌方的侦察干扰, 正常发挥作用所采取的各种战术技术 措施的总称。它是电子对抗领域中的一个重要组成部分。用光波作为“炮弹”的 光电对抗武器装备及其技术, 以惊人的速度得到发展,成为实现各国军事竞争的 重要焦点之一。 光电对抗的作战对象主要是来袭光电制导武器和敌方光电侦测设备。 光电制 导武器和光电侦测设备都有两个敏感单元:信息获取单元(光电传感器)和信息 处理单元(计算机) ,这就像是人的眼睛和大脑。光电对抗技术就是针对敌方光 电制导武器和光电侦测设备的“眼睛”和“大脑” ,采用强光致盲、致眩干扰使 其“眼睛”变瞎,采用烟雾遮蔽干扰使其“眼睛”看不见目标,采用光电迷惑干 扰使其“大脑”无法识别目标,采用光电欺骗干扰使其“大脑”产生错误判断而 攻击假目标,从而有效对抗敌方光电制导武器和光电侦测设备。 光电对抗包括光电侦察与光电干扰、 反光电侦察与反光电干扰两个方面的内 容.每个方面均涉及激光、红外和可见光三个技术领域,因此,通常又把光电对 抗分成激光对抗、红外对抗和可见光对抗三个组成部分。 光电侦察是指利用光电技术手段对敌方光电设备辐射或散射的光波信号进 行搜索、截获、定位及识别,并迅速判别威胁程度,及时提供情报和发出告警。 光电告警是光电侦察的特殊应用形式,光电侦察告警是实施有效干扰的前提。 光电侦察有主动侦察和被动侦察两种方式。 主动侦察是利用对方光电装备的 光学特性而进行的侦察,即向对方发射光束,再对反射回来的光信号进行探测、 分析和识别, 从而获得敌方情报的一种手段:被动侦察是指利用各种光电探测装 置截获和跟踪对方光电装备的光辐射, 并进行分析识别以获取敌方目标信息情报 的一种手段,而红外照明剂便是利用了上述的光电侦查手段。 6 沈阳理工大学应用技术学院课程设计说明书 5 发展趋势 近几十年来烟火技术在发生着日新月异的变化, 现代光学与电子学综合技术 也不断的发展起来, 光电武器装备日趋增多, 电子战光电对抗也相对的日趋激烈。 光电对抗技术就是针对敌方光电制经过多年的发展, 光电对抗装备的作战平台己 经从陆基、海基向空基和天基发展。为了争夺制空权,美俄等国均在积极发展卫 星技术的同时, 利用激光技术研制反导和反卫星武器,即利用激光武器摧毁敌方 弹道导弹、巡航导弹和卫星。美国近年来注入大量资金,加快战术激光武器 (THEL)、机载激光武器(ABL)、天基激光武器(SBL)、地基激光武器(G BL)和舰载激光武器(HEL -WS)的研制。目前己经具备全面发展与部署各类 激光武器的能力, 并有望于未来几年内陆续部署各类天基、 机载和地基激光武器。 此外,各类星载光电侦察、告警系统将大量使用,星载无源干扰、有源干扰、反 干扰技术与系统也正在加速发展。 红外照明剂在军事上用作辅助光源提高主动红外夜视仪和微光夜视仪的视 距时,要求红外照明剂燃烧中输出较强的近红外辐射和尽可能低的可见光辐射, 照亮目标区而又不暴露己方。 解决红外照明剂可见光强度较大、红外输出效率低 的问题,是当前红外照明剂研究的重点课题。 7 沈阳理工大学应用技术学院课程设计说明书 6 结论 烟火药的研究是建立在固态化学理论、界面化学理论、材料学、光谱学、气 溶胶物理等基础学科之上,除需要研究化学特性外,要需要研究的是它的导电、 导磁、光电子技术、红外、激光、光电对抗技术等。烟火药在烟火光电对抗技术 中的应用广泛,烟火光电对抗干扰弹药已成为世界各国海、陆、空三军“必不可 少”的装备。 迄今的光电对抗作战模式将贯穿实际的战术、战役始终,渗透到战场的方方 面面。涉及到诸军、兵种,形成战术对抗系统化,战役对抗体系化。因此,应依 次研制各种光电对抗系统,构成光电对抗体系,并纳入战场自动化指挥、控制、 通讯、信息等系统,使其与大范围光电对抗融为一体,并完成战役任务。 其中红外照明剂应用更为广泛,它在双方作战中发挥着重要作用,它是一种 在近红外区辐射强度极高而可见光辐射极低的烟火药剂, 它主要用于制造各类红 外照明弹和红外照明器材,使红外夜视仪和微光夜视仪提高视距,扩大视野。 8 沈阳理工大学应用技术学院课程设计说明书 7 致谢 本次论文结束了,在此期间我学习了许多以前不知道的知识,对烟火学有了 更深刻的学习, 同时对红外照明剂的组分以及配方设计有了更深的认识,通透的 了解了红外照明剂历史以及发展, 在光电对抗技术中红外照明剂的作用同样十分 重要,是为己方在深夜作战提供了获取敌方目标信息情报的一种重要手段。 9 沈阳理工大学应用技术学院课程设计说明书 8 参考文献 [1] 凌永顺,徐英.光电对抗技术装备及其发展,现代军事,2005,10(2):27-29 [2] 程年寿.氧差对红外照明剂火焰辐射的影响,2006 [3] 王泽和,激光技术在光电对抗中的应用,舰船电子工程,2000 [4] 潘功配等.烟火药的创新与发展,2011 [5] 潘功配,杨烁.烟火学.北京理工大学出版社,1999:102~103 10

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