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附件1：外文资料翻译译文

镁/聚四氟乙烯诱饵剂红外辐射强度的经验计算方法

摘要：介绍了一种用于计算镁／聚四氟乙烯( ITFE)药柱燃烧时红外辐射强度的计算方法。首先建立了镁／聚四氟乙烯药柱在恒面和减面燃烧条件下红外辐射强度的计算模型。通过一系列实验测定了药柱的比辐射能、线燃烧速度以及冷却时间，最后计算了药柱燃烧时的红外辐射强度，并与实验结果进行了比较。 关键词：镁／聚四氟乙烯；红外辐射强度；计算方法；燃烧速度 1 引 言

红外诱饵剂燃烧时可产生强烈的红外辐射，能有效地对红外制导、探测及观瞄系统进行干扰、欺骗或诱惑。以Mg/ PTFE作为药剂的红外诱饵弹首先应用于战机上，其后又在舰船、装甲车及坦克上使用，是对抗红外制导导弹的主要手段。第一代和第二代红外制导导弹工作波段基本上都在近红外，如AJM- 9B导弹工作波段在2-2.5um，因此以前对红外诱饵剂的研究也主要集中在近红外波段。

由于远红外成像技术已经应用在第三代红外制导导弹上，对红外诱饵剂燃烧时在8- 14um的辐射也进行了一定的实验研究，但是红外辐射强度的理论计算明显落后于实验研究。在本文中，首先建立了不同燃烧条件下的模型，然后根据模型和实验结果，对指定配比的Mg/ PTFE药柱燃烧时的中、远红外辐射强度讲行了计算。 2 基本参数 2.1 比辐射能

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红外诱饵剂燃烧时的辐射强度取决于药剂的组成以及质量燃烧速度。比辐射能是单位质量的药剂燃烧后产生的辐射能量。由药剂的组成确定。红外辐射强度与比辐射能和质量燃烧速度之间的关系如下式所示：

I=Em?m (1)

式中I是红外辐射强度(W/sr );Em是比辐射能(J/g?sr)；m是质量燃烧速度( g/s）。 2.2 质量燃烧速度

图1和图2分别给出了Mg／PTFE药柱在恒面和减面条件下的燃烧模型。

图1恒面燃烧模型 图2减面燃烧模型

图中D为药柱直径；L是药柱长度,ds是dt时间内药柱的燃烧深度。 2.2.1恒面燃烧

药柱燃烧过程中，燃烧面积保持恒定称之为恒面燃烧。在恒面燃烧的条件下，质量燃烧速度可表示为：

??

m=ρ?dV?dt-1=ρ?π?R2ds?dt-1=ρ?π?R2v (2)

式中dv是dt时间内药柱燃烧的体积；p为密度；R是半径；v为线燃烧速度，v= ds/dt。 2.2.2减面燃烧

当药柱燃烧时，燃烧面积随着时间的增加逐渐减小称之为减面燃烧，在本文的讨论中，线燃烧速度保持恒定。假设燃烧到t时刻时药柱的长度和半径分别为l和r，ds表示在dt时间内燃烧的药柱厚度。质量燃烧速度可以表示为: m=ρ?dV?dt-1 (3) 单元体积:

dV= ldds+ 2r2ds (4) l、d和r可表示为:

l= L- 2vt; d= D- 2vt; r=R- v (5)

方程(5)中L、D和R分别是药柱的原始长度、直径和半径。方程(4)和(5)代入到方程(3)中，得到:

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m= [(L-2vt)(D- 2vt)+2(R- vt)]v (6) 2.3 辐射强度

2.3.1燃烧时间，总辐射时间和冷却时间

燃烧时间tc定义为从药柱燃烧开始到结束的时间，由于燃娆伴随着可见光的产生，因此可用可见光的发光开始与结束时间来代表药柱的燃烧时间。线燃烧速度可以表示为:

v= L/tc (7)

总辐射时间te定义为药柱燃烧产生红外辐射的时间。冷却时间T的物理意义是药柱燃烧产物温度从最大值下降到与环境相同的时间，在这个时间段内，燃烧产物的红外辐射强度从最大值下降到不能被红外辐射计测量(与背景相同）。

根据燃烧时间，总辐射时间和冷却时间的定义，在燃烧结束后的T时间内，燃烧产物还能产生比环在燃烧结束后的T时间内，燃烧产物还能产生比环境强的红外辐射。因此，它们之间的关系可用下式 表示:

te= tc +T （8） 2.3.2辐射强度的表达

根据冷却时间的定义，药柱燃烧过程中红外辐射强度是在T时间内燃烧的药剂质量与其比辐射能之乘积，表示为：

I=Em?∫tt+Tmdt (9) t的取值从0到tc。 3辐射强度的计算

本文在计算Mg/ PTFE药剂燃烧时的红外辐射强度时，基于以下两个假设： (1)在开放环境条件下，药柱的燃烧是层流燃烧：

(2)当药剂的粒度、组成和压药密度固定后，药柱的线燃烧速度、比辐射能以及冷却时间是唯一的。

因此当线燃烧速度、比辐射能以及冷却时间确定后，根据方程(2)、(6)和(9)即可计算出药柱燃烧时的红外辐射强度。 3.1 Mg/PTFE荮柱基本参数的确定

在进行理论计算之前，首先根据实验结果确定药剂与药柱的基本参数。20um的PTFE和120Pm的镁粉(质量比50:50)充分混合后压制成直径为20mm的8个药柱，

?

2

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平均重量、高度和密度分别为13．8g、24. 4mm和1.80×10g．m。从药柱的一端点燃，控制其为恒面燃烧。用可见光光度计测定燃烧时间。用两台红外辐射计测定燃烧时的中、远红外辐射强度。

燃烧时间tc和总辐射时间te测定结果的平均值分别为23. 8s和25. 0s。3- 5um和8- 14um波段红外辐射强度的平均值分别为70. 44W．sr-1和7．36W．sr-1。图3是药柱燃烧过程中红外辐射强度随

温度的变化趋势。根据实验结果以及方程(1)、(2)和(7)分别计算冷却时间、燃烧速度和比辐射能，计算结果见表1所示。

- 3-3

图3 药柱燃烧时红外辐射强度随时间的变化

表 1 根据实验得到基本参数的平均值

参数 T/s v/mm. s

-1

Em /J. g sr

-1-1

3-5um 8-14um

平均值 l.20 1.025 121.33 12.70

3.2 Mg/PTFE药柱在恒面燃烧条件下红外辐射强度的计算

确定了药剂和药柱的基本参数后。分别对与前面实验用药柱组成与密度相同的直径23mm和32nm药柱进行了计算。同时又分别实验测定了这两种药柱燃烧时的红外辐射强度，对计算结果进行验证。

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根据方程(2)和(9)，可得到在恒面燃烧条件下红外辐射强度的表达式：

????

I=Em?∫tt+Tρ?π?r2v?dt= Em?ρ?π?r2v?∫tt+Tt (10)

把表1的数据代入到方程( 10)中，计算Mg/PTFE药柱燃烧时的红外辐射强度并与实验结果比较。表2给出了计算和实验结果。

表2 红外辐射强度的实验结果和计算结果

D L No /mm /mm te/s I/W. sr实验 计算 （平均值） 3-5um 8-14um 实验 计算 实验 计算 1 23 23.6 2 32 24.3 24.9 24.2 24.7 24.9 116.4 110.3 12. 13 11.57 203.5 208.9 20. 87 21. 83 -1 从表2中可以看出，计算和实验结果的红外辐射强度差值在±5%内，总辐射时间的差值在±2%内。图4是23mm药柱燃烧时红外辐射强度、总辐射时间的实验与计算结果比较。

3.3 Mg/PIFE药柱在减面燃烧条件下红外辐射强度的计算

前面对恒面燃烧条件下药柱燃烧时酌红外辐射强度进行了计算。并与实验结果进行了比较，下面对药柱在减面燃烧条件下的红外辐射强度进行计算。药柱的直径和高度分别为60mm和90mm，其它参数 和前面相同。

t/s t/s

（a）中红外线辐射 （b）远红外线辐射

图4 直径23mm药柱燃烧时红外辐射强度计算结果与实验结果比较

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假设从外表面同时点燃药柱，这时的燃烧是典型的减面燃烧。考虑药柱的长度和直径。可得燃烧时间是：tc= 30/1.025= 29. 27s。

根据方程(9)和方程(6)可得：

?

I=Em?ρ?π?v?∫tt+T[(L-2vt)(D- 2vt)+2(R- vt)2]vdt (11)

根据方程(11)对Mg/ PTFE药柱在减面燃烧条件下进行了计算，图5给出了中、远红外辐射强度随时间变化的计算结果。

图5 红外辐射强度随时间的变化

计算结果表明在减面燃烧条件下，开始时辐射强度一时间曲线呈现快速上升，然后缓慢下降的趋势，中、远红外辐射强度的峰值分别为6436. 8W．sr-1和 672. 6 W．sr-1。 4结论

(1) 建立了药柱的燃烧椟型。当线燃烧速度、比辐射能以及冷却时间确定后。根据建立的模型可计算出药柱燃烧时的红外辐射强度。

(2) 粒度为10um的PTFE和120um的Mg以50:50（质量）的比例混合并压制成密度为1. 80×10- 3g．nm-3药柱后。其比辐射能、线燃烧速度和冷却时间分别为121. 33．g-1．Sr-1、12. 70J．g-1．sr-1、1．025mm．s-1和1.20s。

(3）根据模型分别计算了直径为23nun和32mm药柱在恒面燃烧条件下的参数。并与实验结果进行了比较。结果表明，红外辐射强度的误差在±5%范围内：总辐射时间的误差在±2%范围内。

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