來(lái)源：高級(jí)工程師 楊?yuàn)^為 作者：楊?yuàn)^為 (授權(quán)轉(zhuǎn)載） 2022-11-07
1 軍用電連接器的作用和地位
軍用電連接器是是各類武器系統(tǒng)不可缺少的基礎(chǔ)電子元器件，廣泛用于電氣、電子設(shè)備的電線、電纜與設(shè)備之間的電路連接，相當(dāng)于人的神經(jīng)系統(tǒng)與血液循環(huán)系統(tǒng)，負(fù)責(zé)整個(gè)武器系統(tǒng)信號(hào)和能量的傳輸。軍用電連接器是組成飛機(jī)、導(dǎo)彈、艦艇等武器系統(tǒng)用量最多的通用電子元器件。在軍用武器裝備和各類電子系統(tǒng)中，連接器是連接器件與組件、組件與單機(jī)、單機(jī)與單機(jī)、系統(tǒng)與系統(tǒng)必不可少的基礎(chǔ)元件。在航空、航天、兵器、艦艇等軍用武器裝備中，起著電氣連接傳輸能量和信號(hào)的重要作用。其品質(zhì)直接關(guān)系軍用裝備的性能與質(zhì)量，任何一個(gè)接點(diǎn)失效都將導(dǎo)致整機(jī)系統(tǒng)失效的嚴(yán)重后果。例如，一架現(xiàn)代殲擊機(jī)使用電纜長(zhǎng)達(dá) 5～10 公里，一次配套的電連接器約800～1000多件。一架大型運(yùn)輸機(jī)電纜總長(zhǎng)度達(dá)250公里，一次配套的電連接器約4500多件[1]。稱為水下導(dǎo)彈的魚(yú)雷內(nèi)部空間小,控制系統(tǒng)的弱電信號(hào)和動(dòng)力系統(tǒng)的強(qiáng)電信號(hào)集于一體,電連接器抗干擾是其布線的關(guān)鍵。電路連接好不好直接關(guān)系到武器裝備的性能與質(zhì)量，任何一個(gè)接點(diǎn)、任何一項(xiàng)功能的失效都會(huì)帶來(lái)整個(gè)武器系統(tǒng)失效的嚴(yán)重后果，電連接器是所有電子元器件中失效率最高的,據(jù)美國(guó)航天失效故障率統(tǒng)計(jì)：電子元器件的故障率占 40%，其中大約 20%～30%的故障來(lái)自電連接器的失效。
我國(guó)航天史上也發(fā)生過(guò)因電連接器失效而延誤發(fā)射的重大事件，因此軍用電連接器應(yīng)把質(zhì)量和可靠性置于第一重要的位置。往往是“成是電連接器，敗也是電連接器”。2011 年我國(guó)自行研制的四個(gè) 3.5cm 特種電連接器確保了神八和天宮一號(hào)對(duì)接成功(圖1)，但在其成功前不久,連接不可靠,也導(dǎo)致了實(shí)踐 11 號(hào)衛(wèi)星火箭發(fā)射失利。
2 現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)軍用電連接器提出新要求
上世紀(jì)九十年代至本世紀(jì)初，美國(guó)先后發(fā)動(dòng)四次髙科技條件下的局部戰(zhàn)爭(zhēng)，從海灣戰(zhàn)爭(zhēng)誕生的電子戰(zhàn)到科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)出現(xiàn)的信息戰(zhàn)，直至阿富汗和最近結(jié)束的伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)所展示的網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)，都生動(dòng)展示了世界軍事變革的巨大威力。大批信息化、智能化的新式髙性能武器裝備對(duì)配套的包括電連接器在內(nèi)的電子元器件性能提出了新的更高要求。
2.1 新的軍事變革催生新的連接器技術(shù)和性能
表 1 列出了美國(guó)發(fā)動(dòng)四次戰(zhàn)爭(zhēng)中精確制導(dǎo)武器的使用比例,由此說(shuō)明精確制導(dǎo)武器在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中地位逐漸提高。無(wú)人偵察機(jī)、導(dǎo)彈、智能炸彈是導(dǎo)致電連接器持續(xù)需求增長(zhǎng)的主要因素;在伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中激光制導(dǎo)炸彈、衛(wèi)星制導(dǎo)炸彈增加兩倍,取代了阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)中的武器。一般戰(zhàn)機(jī)均機(jī)載集束炸彈、自由投放炸彈及激光制導(dǎo)炸彈，由此飛行中分離連接器、脫落連接器、拉火繩連接器及級(jí)間連接器需求增長(zhǎng)。2006 年珠海航展航天科技集團(tuán)首次展出兩款精確制導(dǎo)炸彈,表明我國(guó)武器系統(tǒng)正逐步邁入精確打擊時(shí)代。
電磁脈沖武器已出現(xiàn)并在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中投入使用,未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中電磁脈沖危害巨大, 號(hào)稱殺傷性極大的第 2 原子彈。電磁脈沖防護(hù)已成為世界各軍事強(qiáng)國(guó)研究熱點(diǎn),對(duì)包括電連接器在內(nèi)的互連整機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行電磁防護(hù)加固，以提升武器裝備在強(qiáng)脈沖環(huán)境下生存能力正成為一種必然趨勢(shì)和要求。
2.2 對(duì)外層空間爭(zhēng)奪加劇,宇航應(yīng)用對(duì)連接器提出新要求
未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)將越來(lái)越多決勝于天外,運(yùn)行于太空軍事偵察衛(wèi)星等宇航電子系統(tǒng)對(duì)于戰(zhàn)爭(zhēng)結(jié)局至關(guān)重要。隨空間計(jì)劃深入發(fā)展,信息化戰(zhàn)爭(zhēng)較量由地面轉(zhuǎn)向外層空間。外層空間爭(zhēng)奪促使宇航電子系統(tǒng)需求迅速增長(zhǎng),這也使包括電連接器在內(nèi)的電子元器件需求迅速增長(zhǎng)。另外空間特殊工作環(huán)境對(duì)電連接器提出了小型化、輕量化、抗輻射加固和釋氣等更苛嚴(yán)的性能要求[2]。
2.3 新型戰(zhàn)機(jī)迅猛發(fā)展,航空電子設(shè)備對(duì)連接器需求增長(zhǎng)
在現(xiàn)代信息化戰(zhàn)爭(zhēng)中,空軍作用日顯重要,各類軍用機(jī)是取得對(duì)敵制空權(quán)主要手段,軍用電連接器是其最集中的應(yīng)用領(lǐng)域。特別是近年來(lái)無(wú)人機(jī)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中的應(yīng)用獲得了各國(guó)軍方的高度重視。圖 2 中所標(biāo)出的這些部位是無(wú)人機(jī)上使用包括小而輕的電連接器或互連電纜線束組件的全部區(qū)域。采用了小而輕且滿足高性能標(biāo)準(zhǔn)的電連接器,可確保無(wú)人機(jī)的可靠性、安全性和工作壽命。由于無(wú)人機(jī)載荷量有限，且長(zhǎng)時(shí)間在目標(biāo)區(qū)域上空徘徊，因此需要減少電連接器的尺寸和質(zhì)量。互連系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也要求長(zhǎng)期耐久性、耐凝結(jié)腐蝕（特別是插合的接觸件上），并耐引擎引起的振動(dòng)以及可能的武器振動(dòng)。在機(jī)械性能方面，所有連接器均要求能承受住因燃料和溶劑暴露而導(dǎo)致的損害，抗EMI并且要含有定位鍵來(lái)防止誤插[3]。
2.4 信息化裝備數(shù)據(jù)傳輸量上升,促使高速傳輸電連接器和光纖連接器發(fā)展
電子戰(zhàn)、信息戰(zhàn)、網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的實(shí)現(xiàn)均基于快速計(jì)算機(jī)。隨信息化程度加深,軍事（宇航）設(shè)備處理和傳輸數(shù)據(jù)量越來(lái)越大。促使高速傳輸電連接器由先前 7.5G發(fā)展到10G，乃至現(xiàn)在要求50G至60G。我國(guó)電子元器件十二五發(fā)展規(guī)劃中要求毫米波連接器實(shí)現(xiàn) 50G 至60G批產(chǎn)，研制 110G 的發(fā)展目標(biāo)。 由于數(shù)據(jù)傳輸超過(guò) 10G，銅基系統(tǒng)的固有缺陷,使高速傳輸電連接器發(fā)展受到限制。這使光纖傳輸優(yōu)勢(shì)日趨明顯，以光代銅、光纖連接器應(yīng)用發(fā)展迅速。 現(xiàn)代軍用飛機(jī)的機(jī)載電子設(shè)備不斷增加，互連用的電線電纜群集。據(jù)估計(jì)，一架現(xiàn)代軍用機(jī)的互連線纜質(zhì)量幾乎與其它機(jī)載器材相等，因此，減小機(jī)載電子設(shè)備的質(zhì)量和體積，成為提高軍用飛機(jī)作戰(zhàn)性能的重要問(wèn)題之一。而光纖質(zhì)量輕、體積小，可解決這一難題。光纖技術(shù)對(duì)機(jī)載電子設(shè)備的更新?lián)Q代起著重要的作用。減輕艦艇質(zhì)量是當(dāng)今艦船設(shè)計(jì)者與制造者所關(guān)心的一個(gè)主要問(wèn)題。一艘軍艦質(zhì)量有所減輕，意味著其作戰(zhàn)能力有了直接提高。光纖用在艦船上不僅可減輕質(zhì)量，還可以提高帶寬容量，通過(guò)光纖其它優(yōu)勢(shì)，還可提高生存能力，防止電子設(shè)備損壞、有效信息損失和減少虛警，改善艦艇的穩(wěn)定性。減少電纜質(zhì)量和體積，從而可增加艦艇的燃料和武器質(zhì)量。
3 軍用電連接器發(fā)展趨勢(shì)
為適應(yīng)新一代軍用電子設(shè)備和型號(hào)、產(chǎn)品的小型化、集成化等要求，目前軍用電連接器正在向小型化、高密度、模塊化、輕質(zhì)化、多功能、高可靠、長(zhǎng)壽命、抗干擾等方向發(fā)展，并努力發(fā)展光纖連接器和表面貼裝電連接器等，以適應(yīng)新一代軍用型號(hào)產(chǎn)品高速發(fā)展需求。其發(fā)展趨勢(shì)可歸納為以下幾方面：
3.1 高密度
上世紀(jì) 60 年代以前，飛機(jī)機(jī)載電子系統(tǒng)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的通用數(shù)據(jù)通道，各個(gè)電子設(shè)備單元之間連接往往需要大量的電纜。隨著機(jī)載電子系統(tǒng)的不斷復(fù)雜化，這種通信方式所用的電纜將會(huì)占用很大的空間和質(zhì)量，而且對(duì)傳輸線的定義和測(cè)試也較為復(fù)雜，費(fèi)用較高。現(xiàn)釆用多路傳輸數(shù)據(jù)總線取代了在傳感器、計(jì)算機(jī)、指示器和其他飛機(jī)設(shè)備間傳遞數(shù)據(jù)的龐大設(shè)備，大大減少了飛機(jī)質(zhì)量，并且使用簡(jiǎn)單、靈活，具有很高的可靠性和很好的實(shí)時(shí)性，可在強(qiáng)振動(dòng)、高噪音、粉塵多，溫度變化大的惡劣環(huán)境中工作。現(xiàn)被廣泛的用于飛機(jī)綜合航電系統(tǒng)、外掛物管理與集成系統(tǒng)，并逐步擴(kuò)展到飛行控制等系統(tǒng)及坦克、艦船、航天等領(lǐng)域。
例如工信部796廠在HM2系列數(shù)據(jù)總線電連接器的基礎(chǔ)上改成雙曲面線簧插孔接觸件，研制出 HM2S 系列線簧插孔式高可靠數(shù)據(jù)總線印制板電連接器（圖 3）。滿足了新型武器系統(tǒng)對(duì)連接器的電氣連接和信號(hào)傳輸?shù)膫鬏斔俾省鬏敺€(wěn)定性、可靠性以及耐環(huán)境性能等更高要求。現(xiàn)已廣泛用于軍用電子、通訊、儀器儀表等設(shè)備的信號(hào)連接。
3.2 小型化、微型化
微矩形，甚至毫微矩形連接器應(yīng)用不斷增加，微矩形 MIL-C-83513 連接器主要技術(shù)指標(biāo)與 MIL-C-24308 相同，但接觸件間距由 2.54mm 縮小至 1.27mm，接觸件最小規(guī)格可達(dá) 24 號(hào)，接觸件最多數(shù)量可達(dá) 4 至 100 芯。這種高密度小型化連接器巳在航空電子設(shè)備、導(dǎo)彈、導(dǎo)航設(shè)備和發(fā)射跟蹤控制系列獲得成功應(yīng)用。
無(wú)人機(jī)選用納小型矩形連接器（MIL-DTL-32139）接觸間距0.635mm，是 1.27mm 間距微矩形連接器（MIL-C-83513）升級(jí)產(chǎn)品。外殼采用鋁、鈦或不銹鋼。采用金合金（金＞70%，鉑 8%，銀 5%，其余為銅和鋅）高可靠絞線插針接觸件，不需鍍金。配接 30或 32號(hào)細(xì)導(dǎo)線，額定電流 1A,工作電壓 70VAC，尺寸和質(zhì)量分別僅為微矩形連接器的 1/8 和1/4，耐沖擊振動(dòng)性能優(yōu)于微矩形連接器，特別適用于無(wú)人機(jī)工作環(huán)境[5]。我國(guó)貴州航天電器等單位研制出與其等效的 J63 超微矩形連接器（圖 4）。
2010 年 10 月，Souriau 公司在行業(yè)內(nèi)正式推出了微型 38999 系列連接器（圖 5）。微型 38999 系列連接器與 MIL-DTL-38999 系列Ⅲ連接器相比，尺寸縮小50%，重量減輕了 50%,并能保持與標(biāo)準(zhǔn)型 38999 連接器相同的電氣、機(jī)械和環(huán)境性能。現(xiàn)在在MIL-STD-38999 基礎(chǔ)上發(fā)展更小的 2(3) 、4(5) 和 6(7) 殼體產(chǎn)品, 接觸件采用更小的 24 號(hào)、26 號(hào)和 28 號(hào)[4]。
3.3 耐環(huán)境
坦克、飛機(jī)的持續(xù)振動(dòng)和振蕩，宇航發(fā)射和開(kāi)火的瞬間沖擊和振動(dòng)，衛(wèi)星、飛船或引擎隔艙極端溫度循環(huán)，艦艇的髙濕鹽霧氣氛，都對(duì)用于武器裝備的電連接器提出了一系列耐環(huán)境要求。為滿足耐環(huán)境、體積小、質(zhì)量輕等要求，戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈控制艙部位可選用微型的復(fù)合材料殼體的電連接器。火箭發(fā)動(dòng)機(jī)部位可選用耐高溫、耐腐蝕的不銹鋼殼體的電連接器。潛艇艙內(nèi)外連接部位可選用玻璃燒結(jié)密封電連接器。衛(wèi)星、飛船上可選用耐太空環(huán)境熱真空釋氣的電連接器。
Deutsch公司生產(chǎn)PRC復(fù)合材料模塊化矩形連接器（圖6）采用復(fù)合材料及表面金屬鍍層具有很強(qiáng)的耐蝕性；高溫下能經(jīng)受1000h、5%NACI鹽霧試驗(yàn)。而相同試驗(yàn)條件下，鋁合金連接器已失效。Deutsch公司生產(chǎn)SAC復(fù)合材料圓形連接器具有很高的耐蝕性，耐鹽霧試驗(yàn)超過(guò)2000小時(shí)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)MIL-C-38999規(guī)定的500小時(shí)。
工信部796廠研制的YW系列耐環(huán)境高速網(wǎng)絡(luò)圓形電連接器（圖7）是將RJ45、USB、MiniUSB及1394等網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接口集成于MIL-C-38999標(biāo)準(zhǔn)圓形連接器中，以提高網(wǎng)絡(luò)信息傳輸?shù)目煽啃浴⒛铜h(huán)境性和抗振動(dòng)沖擊性，同時(shí)也具有連接快速，安裝及接線方便等優(yōu)點(diǎn)，是一種高可靠的新型網(wǎng)絡(luò)連接器，特別適用于惡劣環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)與網(wǎng)絡(luò)間、網(wǎng)絡(luò)與PC間及PC與數(shù)碼設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳輸。
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