外文翻译镁聚四氟乙烯诱饵剂红外辐射强度的经验计算方法.docx
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外文翻译镁聚四氟乙烯诱饵剂红外辐射强度的经验计算方法
毕业设计（论文）外文资料翻译
学院（系）：
化工学院
专业：
特种能源工程与烟火技术
姓名：
学号：
（用外文写）
外文出处:
Proceedingsofthe2003InternationalAutumnSeminaronPropellants,ExplosivesandPyrotecnics（2003IASPEP）PartB
附件：
1.外文资料翻译译文；2.外文原文。
指导教师评语：
签名：
年月日
注：
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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
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
R2
ds
dt-1=ρ
π
R2
v
（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:
m=[（L-2vt）（D-2vt）+2（R-vt）2]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+T
mdt（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。
3.1Mg/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，平均重量、高度和密度分别为13．8g、24.4mm和1.80×10-3g．m-3。
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。
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/sv/mm.s-1
Em/J.g-1sr-1
3-5um8-14um
平均值l.201.025121.3312.70
3.2Mg/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。
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+T
ρ
π
r2
v
dt=Em
ρ
π
r2
v
∫tt+T
t（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
DL
No/mm/mm
te/sI/W.sr-1
实验计算
（平均值）
3-5um8-14um
实验计算实验计算
12323.6
24.924.2
116.4110.312.1311.57
23224.3
24.724.9
203.5208.920.8721.83
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。
3.3Mg/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/st/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
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672.6W．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。
参考文献:
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附件2：
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