Обоснование эквивалентной схемы для ВМГЧ.

Конструкция ВМГЧ достаточно проста (рис. 3 ). Прибор состоит из так называемого лайнера v алюминиевой трубы (диаметром 40 v 50 мм), расширяющейся по диаметру под действием взрыва, катушки медного провода (диаметром 1 мм), намотанной на лайнер и изолированной от лайнера слоем лака, и конденсатора (ёмкости 0.1 - 1 мкФ) гальванически соединённого одним контактом с лайнером и другим v с катушкой.

Рис.3.

Процесс функционирования ВМГЧ осуществляется следующим образом: при детонации взрывчатого вещества внутри лайнера электрическим импульсом одновременно на катушку разряжается внешний конденсатор большой ёмкости (?запитывающий¦ катушку). Таким образом, между катушкой и лайнером появляется магнитное поле, порождаемое током в катушке. При расширении лайнера взрывом это магнитное поле сжимается, усиливая ток в катушке, как это происходит в обычных магнетокумулятивных генераторах. Однако, в момент контакта края лайнера и крайнего витка катушки (слой изолятора при этом механически разрушается краем лайнера) происходит замыкание цепи: ?катушка - конденсатор - лайнер - катушка¦. Теперь, в отличие от обычных магнетокумулятивных генераторов, электрическая цепь ВМГЧ содержит конденсатор, благодаря которому в цепи происходят колебания тока. Более точно, в цепи имеются два тока, первый, то есть Ii, циркулирующий вокруг лайнера и параллельный току в катушке, и второй, то есть I, текущий вдоль лайнера, затем через конденсатор, в катушке. Но так как площадь проводящего слоя лайнера в срезе по диаметру много меньше площади боковой поверхности лайнера, то плотность тока I будет много больше плотности тока Ii и поэтому ток Ii и все связанные с ним эффекты можно исключить из рассмотрения.

Теперь мы способны сформировать эквивалентную схему для ВМГЧ. В этой статье мы не рассматриваем координатную зависимость электрических параметров прибора, поэтому мы будем описывать катушку одним параметром, то есть её индустивностью L, зависящей, однако, от времени. Полное сопротивление цепи мы обозначим как R(t) и ёмкость конденсатора как С, которая не зависит от времени. Кроме того, в схемы необходимо ввести элемент, отвечающий за усиление тока в приборе. Как правило, при рассмотрении магнитокумулятивных генераторов процесс усиления тока достаточно описать заданием нужной временной зависимости полной индуктивности прибора [5]. Однако, такое слишком упрощённое описание процесса усиления тока неприменимо для ВМГЧ, хотя бы потому, что ток и, следовательно, магнитное поле внутри катушки осциллируют с довольно высокой частотой 10 МГц. Задание временной зависимости индуктивности, обеспечивающей столь быстрые осцилляции тока, возможно, однако, такое задание индуктивности будет носить слишком искусственный характер и в результате некоторые эффекты, вызванные сжатием магнитного поля, будет невозможно описать. Поэтому мы введём в схему некоторый генератор напряжения G (поскольку изменение магнитного потока порождает э.д.с., а ток есть вторичный эффект). Тогда эквивалентная схема опишется следующей диаграммой:

|----L----C----R---|

| |

|------G------------|

Уравнение Кирхгофа для ЭС может быть записано как:

; (1)

где Ф есть полный магнитный поток, заключённый между лайнером и катушкой (в электродинамике магнитный поток определяется как число силовых линий магнитного поля, пересекающих некоторый замкнутый контур, поэтому величина Ф соответствует сумме всех магнитных потоков для каждого витка катушки, участвующих в процессе сжатия), LC(t) есть самоиндукция катушки и IC есть ток в катушке.

Теперь мы должны ввести связь между магнитным потоком и током в катушке. Следует учесть, что в приборе магнитный поток создаётся двумя токами, током в катушке IC и током в лайнере IL. Это вызвано определённым эффектом потери ?диффузионного сопротивления¦ катушки. Рассмотрим этот эффект более подробно.

Известно, что при пересечении магнитным потоком витков катушки, в последних, в соответствии с уравнением Максвелла, создаётся электрическое поле:

Это электрическое поле создаёт дополнительный ток d I , препятствующий проникновению магнитного поля сквозь материал провода катушки. Для обычных магнетокумулятивных генераторов пересечение магнитного потока сквозь внешнюю катушку всегда приводит к возрастанию тока в последней. Однако, в цепи ВМГЧ имеется конденсатор, который при зарядке его током катушки, создаёт собственное электрическое поле в проводе катушки. Тогда при определённом значении напряжения в проводе пересечение материала провода магнитным потоком уже не будет порождать дополнительный ток d I, поскольку создаваемое, согласно закону Фарадея, электрическое поле будет скомпенсировано электрическим полем конденсатора. А так как нет приращения тока в проводе, то не будет и экранировки проникающего в провод магнитного потока. Другими словами, глубина диффузии магнитного поля становится бесконечной и магнитный поток ?вытекает¦ из области между катушкой и лайнером, при этом тем скорее, чем больше напряжение на конденсаторе.

Другое по теме

Научное объяснение, его структура и основные разновидности. Предсказание
Объяснение – важнейшая функция чел познания, в частности научного исследования, состоящая в раскрытии сущности изучаемого объекта. В реальной практике исследования О. осуществяется путем показа того, что объясняемый объект подчиняется определенному закону. Теор познания различает структурные объяснения, отвеч на вопрос ...

Эволюция и сотворение мира
Разница между учением Библии и естественнонаучным взглядом на возникновение мира и жизни на Земле состоит вовсе не в противопоставлении мгновенного возникновения и длительного развития. Согласно Книге Бытия Бог последовательно сотворил свет, твердь небесную, сушу и растительность, светила, рыб и птиц, животных и челове ...