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水基泡沫的多波段消光特性研究及消光机理探索

赵军  
【摘要】: 水基泡沫是一种有别于传统气溶胶烟幕的新型无源光电对抗介质,其持久高效的多波段消光效果、使用安全、配方调节方便的特点,使其具有良好的军事应用前景。 研究了水基泡沫的制备原理,确定了起泡剂、稳泡剂和添加剂的筛选方法,制备了用于试验研究的水基泡沫,研究了其理化性质。采用傅立叶变换红外光谱仪和非制冷红外焦平面热成像仪测试了水基泡沫的中远红外透过率,计算获得了质量消光系数~波长关系图,并利用发射率对热成像仪测定透过率的方法进行了修正,两种方法获得了一致的结果。采用瞬变光源分光测试系统测试水基泡沫的0.4~1μm波段可见光及近红外的透过率;并采用RCS测试系统和毫米波可变衰减器分别对水基泡沫的3mm和8mm波透过率进行了测试,并计算获得了其衰减分贝数;依次分析了各波段消光的影响因素。以上试验结果显示,水基泡沫具有良好的多波段消光特性。 基于试验结果,利用几何光学原理和电磁波传播理论,建立了水基泡沫三种状态下的消光模型,通过理论分析和数值模拟,研究了单层界面无吸收、双层界面无吸收、有吸收和含导电性固体不溶物情况下的光线传播规律,从光线传播方向和能量的变化方面,揭示了水基泡沫消光的机理及其对目标探测和甄别的影响。结果表明,水基泡沫的特殊球面体结构或多面体结构是造成光线强烈衰减的重要原因,其中空结构不仅增强了这种效应,而且起到了较好的隔热、吸热作用;水基泡沫体系中的表面活性剂、O_2、CO_2和H_2O是主要的光线吸收物质;而添加剂是调节或增强水基泡沫吸光特性的重要环节。该研究为认识和理解水基泡沫的消光特性提供了有力的理论支持。 研究过程中,建立了水基泡沫液体体积分率与初始液体体积分率、排液时间和泡沫层高度之间的计算式,解决了液体体积分率值难于确定的问题。试验并计算研究了泡沫导电性随时间变化的规律、不同高度泡沫电导率值和相应的毫米波透过率变化规律。分析研究了泡沫结构、复折射率、入射角度、泡沫直径、泡沫层厚度、导电性等因素对水基泡沫消光效果的因素程度,为水基泡沫的设计和优化提供了理论依据。


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