烟火型红外药剂的改进

赵 亮,巨秀芝

(九江国科远大机电有限公司，江西 九江 332000)

0 引言

随着光电对抗技术的不断发展，红外制导导弹也在不断的发展和更新，红外成像和非成像系统逐渐取代了早期的红外点源系统。日趋完善的红外制导导弹日益显示出对飞机、舰船、坦克、战斗车辆等军事目标的极大威胁,为了抵御这些威胁，早在19世纪后期，在红外导弹获得应用的同时也开展了烟火型红外诱饵的研制。红外成像技术的应用，使红外成像系统能够从外形上识别一般红外诱饵和被保护目标，从而使红外诱饵失效。如何对抗具有红外成像或亚成像功能以及具有光谱识别能力的导弹，为红外诱饵剂的研究和发展提出了新的课题。

MTV红外诱饵剂是一种在燃烧时能够在红外波段产生强烈辐射的烟火药，用于装填各类红外诱饵弹及红外干扰器材，已经成为对抗红外制导导弹的重要手段。

1 国内外现状

1.1 国外研究现状

红外制导导弹的研制始于二战期间的德国。最初发明了一种被称为“Madrid”的硫化铅红外寻的头，将其应用于空对空红外制导导弹上，但因反应时间过长而无法服役于部队。

二战后，“响尾蛇”计划推动了制导导弹在美国的研制和发展。与此同时，前苏联(USSR)开始根据西方导弹设计的情报信息自行研制防空导弹。红外制导导弹已成为军用飞机的主要威胁。据阿富汗战场的最新报道，前南斯拉夫已经展示了单兵便携式空防系统，诸如：红外制导Stringer(FIM-92B/C), Strela(SA-7/9/13/14)和Igla(SA-16/18/26)导弹，这些导弹对于低空飞行的飞机以及直升机是最为有效的毁伤武器。自19世纪60年代以来，各国战斗机、直升机、轰炸机甚至加油机都陆续装备了红外诱饵弹系统。19世纪80年代初，德国推出76 mm“热狗”红外诱饵弹，诱饵弹的战术地位迅速被人们所认识。法国研制的170 mm近程红外诱饵弹较为先进，能够同时产生3～5 μm、8～14 μm的红外辐射。

国外典型的红外干扰弹有美国的AN/ALE-29A干扰物投放系统及其改进型AN/ALE-39A，配备MJU-7/B红外诱饵弹，自投产以来，先后装备了2000余架战斗机和战术侦察机，可同时释放红外诱饵弹和箔条弹。

1.2 国内研究现状

我国机载红外干扰弹研制取得了一定进展，但国内无源干扰弹技术研究起步较晚，红外干扰弹干扰技术相对落后，只是在点源的质心式红外干扰弹方面比较成熟。目前侧重于研究红外成像和毫米波的干扰。面源红外诱饵技术研究也取得了一定的进度和发展。国内有对分布式面源诱饵建模研究和研制红外和毫米波复合诱饵的报道。

在仿真诱饵技术方面，开展了利用便携式简易一次性发射筒抛射，形成具有保护目标多频谱特性和形体特征的仿真诱饵体的预研工作。

2 红外诱饵剂

2.1 基型红外诱饵剂

早期的红外诱饵剂由镁和聚四氟乙烯组成。作为红外诱饵剂，镁/聚四氟乙烯在燃烧过程中，其燃烧产物有氟化镁、氧化镁和碳等高温炽热固体微粒，在近、中和远红外三个波段内产生强烈的红外辐射，作为点辐射的红外诱饵，它可以用来对抗红外点源制导的导弹。在飞机、舰艇等目标受到红外制导武器的跟踪威胁时就施放点红外辐射型红外诱饵，当被保护目标和诱饵同处于导引头的视场时，点源制导的导引头将跟踪目标和诱饵辐射能量的中心。随着红外诱饵和被保护目标的分离，由于诱饵辐射出的能量大于被保护目标的辐射能量，按照质心导引规律跟踪目标的导引头就会逐渐偏离目标，转而跟踪诱饵，从而起到保护目标的作用。

典型的红外诱饵剂是由镁/聚四氟乙烯/氟橡胶组成的混合物(MTV)。其基本燃烧反应为：

2Mg+(C2F4)→2MgF4+2C+hυ

(1)

MTV红外辐射诱饵剂能够产生很强的红外辐射是基于反应产物氟化镁产生较高的生成热将碳黑加热(2000 K左右)，碳黑(ελ<2.8 μm≈0.85)受热激发产生高强度红外辐射。

在实际反应中，由于空气中的氧参与反应，反应产物中还将产生氧化镁以及反应所产生的碳进一步氧化生成二氧化碳，从而产生更大的红外辐射能量。有氧燃烧反应为：

4Mg+(C2F4)+3O2→2MgF2+2MgO+2CO2+hυ

(2)

MTV红外诱饵剂在空中运动状态下燃烧时，其温度具有较大的波动性，红外辐射能量随时间变化较快。对于机载红外诱饵弹，在其起燃时间(约0.5 s)之内，诱饵的温度急剧上升，红外辐射能量快速增加，经过有效燃烧时间(3～5 s)后，诱饵的温度迅速降低，红外辐射能量快速下降并消失。

表1为早期红外药剂与典型MTV药剂的对比，可以看出早期红外诱饵剂与MTV红外诱饵剂在成分、燃烧产物、辐射波段、辐射性能、作用对象、温度波动等方面均有差异。

表1 红外诱饵剂对比

2.2 红外诱饵剂的改进

利用聚氟化碳取代MTV红外诱饵剂中的聚四氟乙烯制成的新红外辐射诱饵剂(MPV)与MTV红外诱饵剂相比，红外辐射性能明显提高。MPV红外诱饵剂燃烧同样生成氟化镁和碳黑：

Mg+2(-CF-)→MgF2+2C+hυ

(3)

当镁的比率一定时，MPV红外诱饵剂的红外辐射强度要高出MTV近10倍[3]。

在MTV红外诱饵剂中添加超细铝粉之类高能燃料添加剂可以增加燃速使红外辐射强度提高。

在MTV红外辐射诱饵剂中添加高导热石墨纤维可以提高燃速。将2%的石墨纤维加入到石墨纤维(Mg=63%)中，燃速提高了1.12倍。

在MTV红外诱饵剂中添加10%的锆粉，可以使MTV的燃速提高1.5倍。

在MTV红外诱饵剂中添加纳米级特性材料，可使燃速增加以及表面积增大，导致红外辐射强度提高，同时可以利用其特征辐射的特性改善辐射光谱。

红外诱饵剂在实际使用中动态特性参数与地面静态特性参数有很大区别，随着红外诱饵剂的投放环境不同，其特性参数有所不同。动态辐射特性主要受投放高度和载机速度影响。

由于大气密度和压力是高度的函数，而红外诱饵剂的燃烧速度与压力有关，所以在不同高度下，红外诱饵剂的燃烧速度是不一样的，辐射强度也不一样。

MTV以及类似烟火诱饵剂燃速与压力的关系为：

r=aPn

(4)

式中，r是线性燃速(mm·s-1)；a=常数(mm·s-1·MPa-n)，描述温度对燃速的影响；P=压力(MPa)，n=压力指数，描述压力对燃速的影响。对于MTV药剂，压力指数随镁的质量百分率ξ(Mg)上升而下降，随镁的粒径增大而减小。对于ξ(Mg)=0.5，ξ(PTFE)=0.45，ξ(Viton®)=0.05的诱饵，在海平面的α波段(2～3 μm)辐射强度约为0.125 kW·sr-1，在海拔10000 m高度时，燃速是海平面燃速的0.43倍，因此海拔10000 m高度产生的辐射强度等于0.053 kW·sr-1。

载机速度对红外辐射强度的影响是气动冷却。红外诱饵剂的辐射强度随风速的增加按指数律地下降，当飞行速度Ma数为1时辐射强度仅为静态时的10%。

3 红外诱饵剂对红外制导导弹的干扰

传统的MTV红外诱饵剂，可以有效地干扰单波段红外非成像制导导弹，但对于双波段红外非成像制导或红外成像制导导弹，其干扰效果明显下降，原因是双波段红外非成像制导导弹可以区分红外诱饵弹和目标，如何有效地对抗先进的红外制导导弹要求红外诱饵弹能更逼真地模拟目标，弥补红外诱饵弹与目标在上述三个方面的差异。就MTV类红外诱饵剂而言，主要是通过添加一些特性辐射材料，使药剂燃烧反应产物的辐射特性更接近目标的辐射特性。如MTV红外诱饵剂与另一种药剂的混合物，这种药剂含硼、铝、乌洛托品、硝酸钾和过氯酸铵。铝和硼燃烧产生选择性辐射体，包括BO、HBO2和AL2O3。HBO2、AL2O3和BO分别在5 μm、1.5 μm和2.5 μm波段产生辐射，辐射强度比θ2～3 μm/3～5 μm的平均值≈0.56；乌洛托品及其衍生物所施放的氨气作为冷却剂，火焰的冷却有助于辐射光谱与目标的辐射光谱匹配，但与目标的辐射特性完全一致是很难做到的，所以，装填MTV类红外诱饵剂的诱饵弹，要完全模拟目标的特性是有一定的困难的，也只能在一定程度上提高对先进红外制导导弹的干扰效果。

4 结束语

MTV红外诱饵剂自从问世以来，以其很高的效费比在对抗红外制导导弹、保护目标安全中被广泛应用，并且发挥了重要作用，虽然在对抗先进的红外成像制导导弹中显出许多不足，但经过改进，特别是其具备的红外辐射强度高、价格低廉、使用方便的特点，具有广泛的应用空间。随着技术的发展，红外诱饵剂性能不断完善，将会给红外诱饵剂带来更大的应用空间。