烟幕遮蔽载荷的性能测试

张 弦

(中国船舶集团有限公司第七一○研究所，湖北 宜昌 443000)

0 引 言

烟幕遮蔽干扰是舰船电子对抗的重要技术手段，与其它电子对抗手段相比，它具有使用方便、费效比高和生产周期短等特点。实施烟幕遮蔽干扰就是在预知的光路中爆炸布放烟幕墙，以改变介质的传输特性并将目标笼罩起来，可使可见光及红外波段的电视、成像或激光制导导弹难以探测和锁定目标，以达到有效干扰敌方、保护己方舰船的战术目的。

布放烟幕后，由于烟幕对光波的折射、散射和吸收作用大大衰减了舰船目标的红外辐射能量和舰船目标对光波的反射回波能量，导致反舰导弹无法探测或丢失舰船目标，舰船在烟幕墙的遮蔽掩护下驶离反舰导弹的打击区。烟幕遮蔽干扰技术是国内外军事领域的一个研究热点。

基于提高烟幕消光率，减少用弹量，以更好地为大中型舰船的反舰导弹防御提供快捷有效的光电遮蔽手段为目的;本文开展了烟幕遮蔽载荷的性能测试研究，在烟幕箱中测试了多种烟幕遮蔽材料的消光性能，并优选了透过率较低、遮蔽能力较高的烟幕遮蔽载荷。

1 烟幕遮蔽材料研究类别

烟幕遮蔽材料研究主要利用烟幕箱测试手段，研究不同材料对可见光、红外线的遮蔽性能，并且进行不同类别材料的复合应用研究。根据材料的物理形态特征，烟幕遮蔽材料的研制包含2个方向：一是粉体烟幕遮蔽材料的布撒应用；二是燃烧复合烟幕遮蔽材料的应用。

粉体烟幕遮蔽材料的选择需要满足2个条件：(1)材料是含有特征基团的物质、表层含自由电子的良导体或者吸收特征接近黑体的材料；(2)当遮蔽材料形成气溶胶时，粒子尺寸应控制在可见光、红外波长相应量级。如铜粉、石墨、炭黑、碳酸钙、碳化硅、氧化铝、陶瓷粉等。

燃烧复合烟幕遮蔽材料主要有两大类，磷烟型发烟剂和炭烟型发烟剂。

磷烟型发烟剂主要通过赤磷燃烧产生磷酸和磷酸酐烟幕，对可见光、红外线进行衰减。该类材料以磷基烟幕颗粒为基础，根据布放面积需要进行粒径优化设计。

炭烟型发烟剂，主要由富碳有机物、氧化剂、还原剂、粘结剂等组成，其通过氧化剂和还原剂的燃烧放出热量，使富碳有机物析出μm级的炭粒，起到对可见光、红外线衰减的作用。富碳有机物优选苯酐，氧化剂、还原剂、粘结剂需要进行试验选择。

2 烟幕遮蔽载荷性能测试

2.1 测试原理

烟幕遮蔽材料的测试原理如图1所示。

图1 烟幕遮蔽材料测试原理示意图

烟幕是由许多固体颗粒和液体微粒悬浮于大气中形成的气溶胶体系。当目标发出的红外辐射射入到烟幕中去，烟幕微粒对其产生吸收和散射，红外能量就遭到衰减。图1中：1是目标，亦可以成为靶源；2表示的是吸收；3表示的是反射；4表示透过；5表示接收器；6表示烟幕云团。

根据上述原理，测试过程如图2所示。

图2 烟幕测试实物示意图

图2中：1表示测试窗口;2为测试设备;3为鼓风机;4是目标源测试口;5为烟箱进出入口。烟箱测试主要从以下几个方面考虑：(1)烟幕粒子的布放方式：选择合适的方法使烟幕粒子能够较为均匀地分布在整个烟幕箱内，既保证测试的准确度，又便于计算烟幕粒子的浓度。(2)光电仪器的校准。(3)试验完成后对烟幕箱内表面进行清理，以保证待测烟幕粒子尽可能少地被吸附和干扰。

烟幕消光系数的实验室测定所依据的基本定理是比尔-朗伯定律，即：

(1)

式中:()为烟幕的质量消光系数；为烟幕的质量浓度；为光源与探测器间的距离；()为透过后光强；()为透过前光强。

在相同条件下，烟幕的质量消光系数能够较好地反映出物质在特定波段上的消光性能，得到的测试结果也便于对样品进行一个较为直观的横向比较。通过对各种样品的烟幕性能的实验室测试，最后能够筛选出在各个波段具有较好消光能力的材料。

2.2 测试样品

选取多种烟幕遮蔽材料样品，在烟箱中测试其消光系数。选取的烟幕遮蔽材料样品如表1所示。共计17个样品，每个样品测试2～3次。针对样品测试结果，可将多种样品组合搭配在烟箱中进行消光性能测试。最终优选透过率较低、遮蔽能力较高的烟幕遮蔽载荷。

表1 烟幕遮蔽载荷测试样品

2.3 测试设备

烟幕箱：体积为9.1 m，光程为6 m，布放浓度为2 g/m。

红外光谱仪：OPAG33，波数400～4 000 cm(0.2～3.5 μm)，扫描频率为3 s/次。

红外热像仪：8～14 μm，扫描频率为1 s/次。

测试设备的实物图如图3所示。

图3 烟幕箱和OPAG33红外光谱仪

2.4 测试方法及步骤

(1) 准备测试样品，称取烟幕剂；

(2) 按照测试原理图，连接好系统各仪器设备，检查仪器设备的可靠性；

(3) 关闭烟幕箱排烟阀门，将烟幕箱两端窗口用薄膜封好；

(4) 调整好仪器光路，即红外辐射计的探测器必须由测试窗口对准红外光源，使其接收能量最大；

(5) 打开红外辐射计、红外光源电源，设置红外源温度；

(6) 施放烟幕，用烟幕箱内风扇搅均烟幕；

(7) 测试完毕后，打开烟幕箱排烟阀门，打开烟幕箱门，开动排烟抽风机进行排烟；

(8) 继续测量下一个样品，重复上述步骤。

2.5 测试结果

黑体温度设定为170 ℃，每次测试样品质量为9.1 g，计算烟幕施放后30 s时的透过率，单组分样品的透过率见表2。

表2 单组分样品透过率

复合组分样品的透过率见表3。

表3 复合组分样品透过率

分析表中数据，可以得到如下结论：

(1) 铜金粉、碳粉、合金粉等材料消光性能均优于红磷；

(2) 铜金粉中2～3 μm红光铜金粉消光性能最优；

(3) 与合金粉、铜金粉相比，碳粉的消光性能较差；

(4) 复合型烟幕的基础是几种材料分别在不同波段具有较好的消光效果，复合后在多波段均可得到较低的透过率。

根据烟幕箱中多种烟幕遮蔽材料消光性能测试结果，优选了透过率较低、遮蔽能力较高的烟幕遮蔽材料，最终烟幕遮蔽载荷可以将多种烟幕遮蔽材料复合，复合后在多波段均可得到较低的透过率，以进一步开展烟幕单元的静爆测试试验。

3 结束语

本文对烟幕遮蔽载荷进行了性能测试研究，在烟幕箱中测试了17种烟幕遮蔽材料的消光性能，筛选出了在各个波段具有较好消光能力的材料。根据样品的测试结果，将多种烟幕遮蔽材料进行复合，优选出在多波段透过率较低、遮蔽能力较高的复合型烟幕材料。