煙幕遮蔽載荷的性能測(cè)試

張 弦

(中國(guó)船舶集團(tuán)有限公司第七一○研究所，湖北 宜昌 443000)

0 引 言

煙幕遮蔽干擾是艦船電子對(duì)抗的重要技術(shù)手段，與其它電子對(duì)抗手段相比，它具有使用方便、費(fèi)效比高和生產(chǎn)周期短等特點(diǎn)。實(shí)施煙幕遮蔽干擾就是在預(yù)知的光路中爆炸布放煙幕墻，以改變介質(zhì)的傳輸特性并將目標(biāo)籠罩起來(lái)，可使可見(jiàn)光及紅外波段的電視、成像或激光制導(dǎo)導(dǎo)彈難以探測(cè)和鎖定目標(biāo)，以達(dá)到有效干擾敵方、保護(hù)己方艦船的戰(zhàn)術(shù)目的。

布放煙幕后，由于煙幕對(duì)光波的折射、散射和吸收作用大大衰減了艦船目標(biāo)的紅外輻射能量和艦船目標(biāo)對(duì)光波的反射回波能量，導(dǎo)致反艦導(dǎo)彈無(wú)法探測(cè)或丟失艦船目標(biāo)，艦船在煙幕墻的遮蔽掩護(hù)下駛離反艦導(dǎo)彈的打擊區(qū)。煙幕遮蔽干擾技術(shù)是國(guó)內(nèi)外軍事領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

基于提高煙幕消光率，減少用彈量，以更好地為大中型艦船的反艦導(dǎo)彈防御提供快捷有效的光電遮蔽手段為目的;本文開(kāi)展了煙幕遮蔽載荷的性能測(cè)試研究，在煙幕箱中測(cè)試了多種煙幕遮蔽材料的消光性能，并優(yōu)選了透過(guò)率較低、遮蔽能力較高的煙幕遮蔽載荷。

1 煙幕遮蔽材料研究類別

煙幕遮蔽材料研究主要利用煙幕箱測(cè)試手段，研究不同材料對(duì)可見(jiàn)光、紅外線的遮蔽性能，并且進(jìn)行不同類別材料的復(fù)合應(yīng)用研究。根據(jù)材料的物理形態(tài)特征，煙幕遮蔽材料的研制包含2個(gè)方向：一是粉體煙幕遮蔽材料的布撒應(yīng)用；二是燃燒復(fù)合煙幕遮蔽材料的應(yīng)用。

粉體煙幕遮蔽材料的選擇需要滿足2個(gè)條件：(1)材料是含有特征基團(tuán)的物質(zhì)、表層含自由電子的良導(dǎo)體或者吸收特征接近黑體的材料；(2)當(dāng)遮蔽材料形成氣溶膠時(shí)，粒子尺寸應(yīng)控制在可見(jiàn)光、紅外波長(zhǎng)相應(yīng)量級(jí)。如銅粉、石墨、炭黑、碳酸鈣、碳化硅、氧化鋁、陶瓷粉等。

燃燒復(fù)合煙幕遮蔽材料主要有兩大類，磷煙型發(fā)煙劑和炭煙型發(fā)煙劑。

磷煙型發(fā)煙劑主要通過(guò)赤磷燃燒產(chǎn)生磷酸和磷酸酐煙幕，對(duì)可見(jiàn)光、紅外線進(jìn)行衰減。該類材料以磷基煙幕顆粒為基礎(chǔ)，根據(jù)布放面積需要進(jìn)行粒徑優(yōu)化設(shè)計(jì)。

炭煙型發(fā)煙劑，主要由富碳有機(jī)物、氧化劑、還原劑、粘結(jié)劑等組成，其通過(guò)氧化劑和還原劑的燃燒放出熱量，使富碳有機(jī)物析出μm級(jí)的炭粒，起到對(duì)可見(jiàn)光、紅外線衰減的作用。富碳有機(jī)物優(yōu)選苯酐，氧化劑、還原劑、粘結(jié)劑需要進(jìn)行試驗(yàn)選擇。

2 煙幕遮蔽載荷性能測(cè)試

2.1 測(cè)試原理

煙幕遮蔽材料的測(cè)試原理如圖1所示。

圖1 煙幕遮蔽材料測(cè)試原理示意圖

煙幕是由許多固體顆粒和液體微粒懸浮于大氣中形成的氣溶膠體系。當(dāng)目標(biāo)發(fā)出的紅外輻射射入到煙幕中去，煙幕微粒對(duì)其產(chǎn)生吸收和散射，紅外能量就遭到衰減。圖1中：1是目標(biāo)，亦可以成為靶源；2表示的是吸收；3表示的是反射；4表示透過(guò)；5表示接收器；6表示煙幕云團(tuán)。

根據(jù)上述原理，測(cè)試過(guò)程如圖2所示。

圖2 煙幕測(cè)試實(shí)物示意圖

圖2中：1表示測(cè)試窗口;2為測(cè)試設(shè)備;3為鼓風(fēng)機(jī);4是目標(biāo)源測(cè)試口;5為煙箱進(jìn)出入口。煙箱測(cè)試主要從以下幾個(gè)方面考慮：(1)煙幕粒子的布放方式：選擇合適的方法使煙幕粒子能夠較為均勻地分布在整個(gè)煙幕箱內(nèi)，既保證測(cè)試的準(zhǔn)確度，又便于計(jì)算煙幕粒子的濃度。(2)光電儀器的校準(zhǔn)。(3)試驗(yàn)完成后對(duì)煙幕箱內(nèi)表面進(jìn)行清理，以保證待測(cè)煙幕粒子盡可能少地被吸附和干擾。

煙幕消光系數(shù)的實(shí)驗(yàn)室測(cè)定所依據(jù)的基本定理是比爾-朗伯定律，即：

(1)

式中:()為煙幕的質(zhì)量消光系數(shù)；為煙幕的質(zhì)量濃度；為光源與探測(cè)器間的距離；()為透過(guò)后光強(qiáng)；()為透過(guò)前光強(qiáng)。

在相同條件下，煙幕的質(zhì)量消光系數(shù)能夠較好地反映出物質(zhì)在特定波段上的消光性能，得到的測(cè)試結(jié)果也便于對(duì)樣品進(jìn)行一個(gè)較為直觀的橫向比較。通過(guò)對(duì)各種樣品的煙幕性能的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，最后能夠篩選出在各個(gè)波段具有較好消光能力的材料。

2.2 測(cè)試樣品

選取多種煙幕遮蔽材料樣品，在煙箱中測(cè)試其消光系數(shù)。選取的煙幕遮蔽材料樣品如表1所示。共計(jì)17個(gè)樣品，每個(gè)樣品測(cè)試2～3次。針對(duì)樣品測(cè)試結(jié)果，可將多種樣品組合搭配在煙箱中進(jìn)行消光性能測(cè)試。最終優(yōu)選透過(guò)率較低、遮蔽能力較高的煙幕遮蔽載荷。

表1 煙幕遮蔽載荷測(cè)試樣品

2.3 測(cè)試設(shè)備

煙幕箱：體積為9.1 m，光程為6 m，布放濃度為2 g/m。

紅外光譜儀：OPAG33，波數(shù)400～4 000 cm(0.2～3.5 μm)，掃描頻率為3 s/次。

紅外熱像儀：8～14 μm，掃描頻率為1 s/次。

測(cè)試設(shè)備的實(shí)物圖如圖3所示。

圖3 煙幕箱和OPAG33紅外光譜儀

2.4 測(cè)試方法及步驟

(1) 準(zhǔn)備測(cè)試樣品，稱取煙幕劑；

(2) 按照測(cè)試原理圖，連接好系統(tǒng)各儀器設(shè)備，檢查儀器設(shè)備的可靠性；

(3) 關(guān)閉煙幕箱排煙閥門，將煙幕箱兩端窗口用薄膜封好；

(4) 調(diào)整好儀器光路，即紅外輻射計(jì)的探測(cè)器必須由測(cè)試窗口對(duì)準(zhǔn)紅外光源，使其接收能量最大；

(5) 打開(kāi)紅外輻射計(jì)、紅外光源電源，設(shè)置紅外源溫度；

(6) 施放煙幕，用煙幕箱內(nèi)風(fēng)扇攪均煙幕；

(7) 測(cè)試完畢后，打開(kāi)煙幕箱排煙閥門，打開(kāi)煙幕箱門，開(kāi)動(dòng)排煙抽風(fēng)機(jī)進(jìn)行排煙；

(8) 繼續(xù)測(cè)量下一個(gè)樣品，重復(fù)上述步驟。

2.5 測(cè)試結(jié)果

黑體溫度設(shè)定為170 ℃，每次測(cè)試樣品質(zhì)量為9.1 g，計(jì)算煙幕施放后30 s時(shí)的透過(guò)率，單組分樣品的透過(guò)率見(jiàn)表2。

表2 單組分樣品透過(guò)率

復(fù)合組分樣品的透過(guò)率見(jiàn)表3。

表3 復(fù)合組分樣品透過(guò)率

分析表中數(shù)據(jù)，可以得到如下結(jié)論：

(1) 銅金粉、碳粉、合金粉等材料消光性能均優(yōu)于紅磷；

(2) 銅金粉中2～3 μm紅光銅金粉消光性能最優(yōu)；

(3) 與合金粉、銅金粉相比，碳粉的消光性能較差；

(4) 復(fù)合型煙幕的基礎(chǔ)是幾種材料分別在不同波段具有較好的消光效果，復(fù)合后在多波段均可得到較低的透過(guò)率。

根據(jù)煙幕箱中多種煙幕遮蔽材料消光性能測(cè)試結(jié)果，優(yōu)選了透過(guò)率較低、遮蔽能力較高的煙幕遮蔽材料，最終煙幕遮蔽載荷可以將多種煙幕遮蔽材料復(fù)合，復(fù)合后在多波段均可得到較低的透過(guò)率，以進(jìn)一步開(kāi)展煙幕單元的靜爆測(cè)試試驗(yàn)。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)煙幕遮蔽載荷進(jìn)行了性能測(cè)試研究，在煙幕箱中測(cè)試了17種煙幕遮蔽材料的消光性能，篩選出了在各個(gè)波段具有較好消光能力的材料。根據(jù)樣品的測(cè)試結(jié)果，將多種煙幕遮蔽材料進(jìn)行復(fù)合，優(yōu)選出在多波段透過(guò)率較低、遮蔽能力較高的復(fù)合型煙幕材料。