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。
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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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