Огонь! Об оружии и боеприпасах - [44]
…Предложенный в 50-х годах спиральный ВМГ (СВМГ) выглядит примитивным устройством (рис. 4.15): вокруг металлической грубы 1, заполненной взрывчатым веществом 2, намотана спираль 3. При подрыве газы растягивают трубу в конус, основание которого движется по виткам обмотки, замыкая их и приближая точку контакта к нагрузке 4, куда и вытесняется магнитный поток. Усиление тока равно отношению начальной и конечной (нагрузочной) индуктивностей помноженному на долю сохраненного в ВМГ магнитного потока. Казалось бы, для получения значительного усиления энергии естественно всемерно увеличивать начальную индуктивность, наматывая обмотку с постоянным и наименьшим возможным шагом. Это — простое, но ложное представление: время работы и размеры области сжатия в СВМГ на порядки больше, чем в ИВМГ и, чтобы сохранить магнитный поток (без чего невозможно и усиление), приходится пожертвовать индуктивностью обмотки.
Рассмотрим два СВМГ, различающихся лишь обмотками (рис. 4.16). Та, что справа намотана с постоянным шагом по всей длине, поэтому и площадь сжимаемого контура уменьшается расширяемой взрывом трубой линейно. Слева сжимаемый контур образован профилированной обмоткой (начальный шаг намотки один и тот же, но у «профилированного» он увеличивается, по мере приближения к нагрузке).
Пусть в начальный момент времени ток одинаков. Для СВМГ справа это означает, что энергия запитки у него больше, поскольку индуктивность обмотки выше. Но вот преимущество в усилении тока — за «левым» вариантом: за равный промежуток времени труба «отсечет» (показано пунктиром) то же число витков (начальные шаги намотки равны), но нагрузки для примерно равных наведенных ЭДС будут существенно различаться: в «левом» случае остаточная индуктивность меньше. К тому же, в «левой» обмотке меньше потери потока на диффузию, так как меньше длина провода «остатка» сжатого контура.
По мере дальнейшего движения конуса, преимущество «профилированного» варианта будет возрастать, потому что в каждом из последующих его участков будет течь больший начальный ток. Если нагрузка подобрана правильно («согласована») и усиление продолжается вплоть до закорачивания расширяющейся трубой последнего витка (рис. 4.17), «левый вариант» имеет все предпосылки не только компенсировать начальное энергетическое преимущество «правого», но и далеко превзойти его. Настырный может задать вопрос: «А где же предел возрастания шага намотки от витка к витку?». Стоит вспомнить, что большой ток еще не гарантирует получения большой магнитной энергии, которая зависит не только от квадрата тока, но и от индуктивности. Так что, все более «круто» профилируя обмотку (и уменьшая при этом индуктивность), можно прозевать момент, когда ВМГ вообще перестанет усиливать энергию и даже начнет терять ее, несмотря на значительный генерируемый ток!
Обычно изоляция провода постоянна по толщине, а значит и рабочее напряжение рационально делать постоянным. Для этого случая теоретическое рассмотрение приводит к экспоненциальному закону возрастания шага намотки с длиной. По мере движения точки контакта к нагрузке, уменьшается экспоненциально и индуктивность спирали, поэтому удобно рассматривать зависимость логарифма индуктивности от длины — это будет прямая линия (рис. 4.18).
Подобрать обмоточные данные спирали, соответствующие теории, непросто. Расчет соленоидов с переменным по длине шагом намотки (а иногда — и переменного диаметра) ненадежен из-за трудности учета взаимной индуктивности витков и граничных эффектов. Прибор (рис. 4.19) позволяет решить эту проблему «в лоб», осциллографированием периода ударно-возбужденных колебаний в контуре. В металлической трубке 1 размешаются два элемента: коммутатор 2 и конденсатор 3. Когда коммутатор срабатывает, возникают колебания в контуре, включающем эти два элемента и исследуемую индуктивность. Вычислить индуктивность по их периоду не составляет труда (при этом учитывается собственная индуктивность прибора, определенная в режиме, когда он был «закорочен»). На трубку можно надеть конус со скользящим контактом, имитирующий расширяемую взрывом трубу СВМГ. Начав процесс измерений с нагрузки, можно изменять шаг витков секций, подбирая требуемый закон изменения индуктивности соленоида по его длине.
