（海軍駐齊齊哈爾地區(qū)某部 齊齊哈爾 161041）

1 引言

靶標(biāo)彈主要用于模擬典型反艦導(dǎo)彈的速度特性、雷達(dá)反射特性、紅外輻射特性等目標(biāo)特征，滿足水面艦艇反導(dǎo)武器系統(tǒng)搜索、捕獲、跟蹤和目標(biāo)指示等訓(xùn)練使用要求［1］。

靶標(biāo)彈彈丸主要由雷達(dá)信號增強(qiáng)裝置和紅外炬組成。紅外炬主要由紅外劑裝藥、炬殼、中性藥、和絕熱層等組成［2］。

紅外炬的紅外輻射性能由紅外劑決定，紅外劑主要由可燃金屬粉、遠(yuǎn)紅外特征輻射物質(zhì)、氧化劑、催化劑、粘合劑和阻旋劑等組成［3］。可燃金屬粉與氧化劑燃燒時在3μm～5μm內(nèi)有輻射峰值；遠(yuǎn)紅外特征輻射物質(zhì)燃燒時在8μm～14μm波段內(nèi)有輻射峰值，紅外輻射強(qiáng)度高，燃燒時間長，具有較高的輻射率；催化劑起到加速反應(yīng)調(diào)節(jié)燃燒速度并提高紅外輻射輸出率的作用；高分子粘合劑使紅外劑具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，以滿足紅外炬動態(tài)抗旋及抗高過載要求；阻旋劑可減少紅外炬的動態(tài)燃燒時間損失。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 國外研究現(xiàn)狀

隨著防空反導(dǎo)武器系統(tǒng)性能的日益提高，世界各主要國家都十分重視部隊訓(xùn)練靶標(biāo)的研制與裝備。20世紀(jì)90年代前，防空訓(xùn)練用靶標(biāo)的主要發(fā)展方向是靶機(jī)和靶彈。典型的靶標(biāo)彈有美國的“草原狼”靶彈系統(tǒng)和俄羅斯的“寵臣”靶彈系列。“草原狼”靶彈系統(tǒng)是美國海軍航空系統(tǒng)司令部計劃研發(fā)的可模擬反艦巡航導(dǎo)彈的超音速掠海飛行靶標(biāo)，能滿足美國海軍艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)試驗、艦隊訓(xùn)練和新武器系統(tǒng)的測試需求［4～5］。該靶彈采用4進(jìn)氣道固體燃料涵道火箭沖壓發(fā)動機(jī)，全長5.5m，直徑0.35m，以MK70固體火箭助推器為第1級，獲得超音速起飛速度，在該助推器分離之后保持馬赫數(shù)2.8的巡航速度，可模擬眾多反艦巡航導(dǎo)彈?！皩櫝肌卑袕椣盗兄饕蒀-300Ⅱ型多通道防空導(dǎo)彈系統(tǒng)5B55導(dǎo)彈改裝而成，該系統(tǒng)在飛行速度、高度、機(jī)動性能、有效反射面積方面能模擬現(xiàn)代化空襲兵器的廣泛性、多樣性［6］。

2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

1）萊斯頓拖靶

從英國引進(jìn)的萊斯頓拖靶系統(tǒng)可以根據(jù)高度、飛行速度和牽引長度（最長可達(dá)12km）提供各種拖靶系統(tǒng)以滿足各類導(dǎo)彈的射擊訓(xùn)練。目前國內(nèi)主要用于857和萬發(fā)炮定型。其主要缺點(diǎn)是只能模擬亞音速導(dǎo)彈飛行特性，價格昂貴，約30萬/枚，且不可重復(fù)使用［7］。

2）退役導(dǎo)彈改裝型靶彈

目前用于海上防空反導(dǎo)訓(xùn)練的主要是SY2號和YJ的改裝型，該彈屬于亞音速導(dǎo)彈。缺點(diǎn)是輻射面積太大，速度太低，不能真實(shí)模擬防空反導(dǎo)武器系統(tǒng)所抗擊的目標(biāo)特性［8］。

3）航?；蝻w機(jī)拖靶

航模或飛機(jī)拖靶由于受飛行動力學(xué)的影響，其飛行高度較高，速度低，難以模擬高速低空飛行的海上目標(biāo)，與我水面艦艇編隊所要應(yīng)對的目標(biāo)特性差異較大［9］。

3 紅外輻射的基本定律

1）普朗克定律

普朗克定律給出了黑體輻射的光譜分布，其數(shù)據(jù)表達(dá)式為

式中：Eλ為光譜輻射通量密度，單位為W·m-2·μm-1；T為絕對溫度，單位K；λ為波長，單位μm；C為光速，值為2.997925×108m·s-1；K為波爾茲曼常數(shù)，值為1.38×10-23W·s·K-1；e為自然對數(shù)的底，值為2.718；h為普朗克常數(shù)，h=6.63×10-34J/S；C1為為第一輻射常數(shù)，值為3.74×104W·μm4·m-2；C2為為第二輻射常數(shù)，值為1.438×104μm·K。

由普朗克定律可知，當(dāng)溫度T不變時，Eλ是λ的函數(shù)。

2）斯蒂芬—波爾茲曼定律

斯蒂芬—波爾茲曼定律表示普朗克公式從零到無窮大的波長范圍內(nèi)積分，得到的輻射通量密度。即從1cm2面積的黑體，輻射到半球空間里的總輻射通量密度，其表達(dá)式：

式中：E為輻射通量密度，單位為W·m-2；σ為斯蒂芬常數(shù)，值為5.67×10-8·m-2·K-4；T為溫度。

3）維恩位移定律

普朗克定律指出，當(dāng)提高黑體溫度時，輻射譜向短波方向移動。維恩位移定律則以簡單形式給出了這種變化的定量關(guān)系。維恩位移定律表示對普朗克公式微分，就求得黑體溫度與光譜輻射通量密度的峰值波長的關(guān)系：

式中：λm為光譜通量密度的峰值波長，單位為μm；b為維恩位移常數(shù)，值為b=2.898×103μm·K。

黑體輻射定律是對黑體而言的，若增加一個因子，就可以用于煙火火焰發(fā)光中的固體、液體微粒的熱輻射，此因子即發(fā)射率，它是在同一溫度下任一物體輻射出射度E與黑體的輻射出射度Eb之比

有了發(fā)射率ε，就可以計算出發(fā)光劑的輻射強(qiáng)度I：

式中：I為發(fā)光劑的輻射強(qiáng)度，W/sr；A為發(fā)光劑的火焰輻射面積，cm2。

由式（5）可知，欲使紅外劑的輻射強(qiáng)度提高，在技術(shù)上可以采取三種途徑：一是提高燃溫T的辦法（它能以4次方的指數(shù)規(guī)律影響著發(fā)光劑的輻射強(qiáng)度變化），二是通過增大火焰輻射面積A，三是提高發(fā)射率ε［10］。但是，由式（3）又發(fā)現(xiàn)，燃溫T的提高，會帶來輻射峰值波長移向短波，由于峰值波長移向短波后，相應(yīng)的光譜能量分布會降低。因此，對于8μm～14μm波段的紅外輻射，不能一味地靠燃溫的提高來提高其紅外輻射強(qiáng)度。另外，由于紅外炬外形尺寸的限制，很難通過增大火焰面積A來提高紅外劑的輻射強(qiáng)度。

由式（5）可知，若加入能發(fā)射特定波長的特征輻射物質(zhì)（即提高發(fā)射率ε），將此作為輻射劑，使其參與燃燒反應(yīng)過程，并生成相應(yīng)的8μm～14μm的輻射體，以此構(gòu)成能量疊加；或是特征輻射物質(zhì)自身部分在燃燒反應(yīng)過程中被活化，其分子旋轉(zhuǎn)振動或其原子外層電子發(fā)生能級躍遷產(chǎn)生了在8μm～14μm波段內(nèi)的紅外輻射，構(gòu)成能量疊加，這樣就可以提高總體輻射效能。

因此，在該靶標(biāo)彈紅外劑研究時應(yīng)選擇燃燒溫度較高的基礎(chǔ)配方，并在其中加入遠(yuǎn)紅外特征輻射物質(zhì)，提高8μm～14μm波段的輻射輸出。

4 紅外劑研究

4.1 遠(yuǎn)紅外特征輻射物質(zhì)對紅外劑性能影響研究

通過查找資料可知，SiO2、TiO2、MoO3、WO3等在遠(yuǎn)紅外波段有一定的紅外活性，預(yù)提高紅外劑在遠(yuǎn)紅外波段的輻射強(qiáng)度應(yīng)保證這些物質(zhì)激發(fā)所需要的能量供給，或者采用相應(yīng)的物質(zhì)燃燒生成上述特征輻射物質(zhì)。在保證藥劑氧平衡基本不變的前提下，對遠(yuǎn)紅外特征輻射物質(zhì)進(jìn)行了一系列試驗研究［11］。遠(yuǎn)紅外特征輻射物質(zhì)對紅外劑性能影響試驗結(jié)果見表1。

安：當(dāng)然是范·克萊本的演繹！關(guān)于你說的解構(gòu)，我認(rèn)為他是第一個拋開此曲極其復(fù)雜的技術(shù)，而以更高的視角審視此曲完整藝術(shù)價值的演奏家！這樣的視角也是極有前瞻性的。他的演奏不追求極致速度，卻是滿滿的音樂性、歌唱性。他無須用這首曲子證明什么，也并未因為其中的技術(shù)而歇斯底里。他把“拉三”當(dāng)成純粹的音樂。

表1 遠(yuǎn)紅外特征輻射物質(zhì)對紅外劑性能的影響

由試驗結(jié)果可以看出，含有遠(yuǎn)紅外特征輻射物質(zhì)的2號配方與不含遠(yuǎn)紅外特征輻射物質(zhì)的1號配方相比，其燃燒時間基本保持不變（增加了0.7%），而3μm～5μm波段紅外輻射強(qiáng)度增加了53.2%，8μm～14μm波段紅外輻射強(qiáng)度增加幅度更大，達(dá)266.2%。這說明遠(yuǎn)紅外特征輻射物質(zhì)的加入對3μm～5μm波段紅外輻射強(qiáng)度的提高有一定作用，特別是對8μm～14μm波段紅外輻射強(qiáng)度的提高有較大作用。加入遠(yuǎn)紅外特征輻射物質(zhì)后，該紅外劑在8μm～14μm波段紅外輻射強(qiáng)度大于指標(biāo)要求的200W/sr；而未加入遠(yuǎn)紅外特征輻射物質(zhì)時，8μm～14μm波段紅外輻射強(qiáng)度只有71 W/sr。

4.2 粘合劑種類對紅外劑性能影響研究

在保證其它成分配比不變的前提下，選擇兩種不同種類的粘合劑，進(jìn)行紅外劑性能試驗研究，試驗統(tǒng)計結(jié)果見表2。

表2 粘合劑種類對紅外劑性能影響試驗研究

由上表數(shù)據(jù)可以看出，粘合劑為環(huán)氧樹脂的紅外劑與粘合劑為清油的紅外劑相比，3μm～5μm波段紅外輻射強(qiáng)度增加了40.4%，8μm～14μm波段紅外輻射強(qiáng)度增加了20%，抗壓強(qiáng)度增加了35.9%，燃燒時間減少了8.4%。這說明選用環(huán)氧樹脂粘合劑3μm～5μm和8μm～14μm波段紅外輻射強(qiáng)度均有大幅提高，抗壓強(qiáng)度也有明顯提高，但燃燒時間稍短。說明以環(huán)氧樹脂為粘合劑的紅外劑能同時滿足8μm～14μm波段紅外輻射強(qiáng)度要求和抗高過載要求。

4.3 粘合劑含量對紅外劑性能影響試驗研究

粘合劑的加入使紅外劑具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，以滿足發(fā)射時的過載。其含量的變化對紅外劑性能的影響試驗結(jié)果見表3。

表3 粘合劑含量對紅外劑性能的影響

4.4 阻旋劑對紅外炬動態(tài)燃燒時間影響研究

靶標(biāo)彈彈丸高速旋轉(zhuǎn)時，紅外劑的燃速比靜態(tài)時急劇加快。燃速和轉(zhuǎn)速成正比關(guān)系：

式中：υ為燃速，cm/s；ω 為轉(zhuǎn)速，r/min；a為靜態(tài)燃燒速率，cm/s；b為燃速隨轉(zhuǎn)速改變時的變化梯度。

動態(tài)燃速的增加將導(dǎo)致動態(tài)燃燒時間較靜態(tài)時變短。我們對含阻旋劑的紅外劑和不含阻旋劑的紅外劑進(jìn)行了紅外炬動態(tài)性能試驗［12］，并測試了紅外炬的靜態(tài)輻射強(qiáng)度和燃燒時間，試驗統(tǒng)計結(jié)果見表4。

由試驗結(jié)果可以看出，含阻旋劑的紅外炬動態(tài)燃燒時間損失率為29.3%；不含阻旋劑的紅外炬動態(tài)燃燒時間損失率為46.1%。這說明阻旋劑的加入能有效地減少動態(tài)燃燒時間的損失。

4.5 紅外炬高、低、常溫靜態(tài)性能測試

按確定配方、混藥工藝混制紅外劑；壓制紅外炬，分別做高、低、常溫靜態(tài)性能測試，測試統(tǒng)計結(jié)果見表5。

表5 紅外炬靜態(tài)性能測試統(tǒng)計結(jié)果

由試驗結(jié)果可以看出，紅外炬高、低、常溫，紅外輻射性能波動不大，燃燒時間按高、常、低溫順序逐漸增加，增加幅度較小，符合規(guī)律。說明該紅外劑性能比較穩(wěn)定，波動不大。

5 結(jié)語

1）遠(yuǎn)紅外特征輻射物質(zhì)的加入能有效地增加8μm～14μm波段的紅外輻射強(qiáng)度。

2）在其它成分配比不變的情況下，粘合劑的種類不同對紅外炬的燃燒時間和抗壓強(qiáng)度均有較大影響。

3）在紅外劑中加入阻旋劑，能有效地減少動態(tài)燃燒時間的損失，紅外炬的動態(tài)燃燒時間損失率只有30.0%。而不加阻旋劑時紅外炬的動態(tài)燃燒時間損失達(dá)46.1%。

4）紅外炬高、低、常溫紅外輻射性能穩(wěn)定，燃燒時間波動小。