軍用電連接器創新發展研讨

來源：◆高◆[Gāo]級工程◈師◈ 楊奮為 作者：楊奮為 (授權▲轉▲[Zhuǎn]載） 2022-11-07

1 軍▾用▾電連接器[Qì]的作用和地▾位▾

軍(Jun1)用電◊連◊接器是是各∆類∆武器系統不可缺少[Shǎo]的基(Jī)礎電子元器件，廣泛用于電氣、電子設備的電(Diàn)線[Xiàn]、電纜與設備之▲間▲(Jiān)的●電●路連接，相當[Dāng]于人(Rén)的神經系統與血液循環系統，▽負▽責整個武器[Qì]系[Xì]統信号和能量的傳輸。○軍○用電連接(Jiē)器是組成飛機、導彈、艦艇等武(Wǔ)器系統用量最多∆的∆通用電子元器件。在軍用武(Wǔ)器裝備和各[Gè]類電子(Zǐ)系(Xì)統中(Zhōng)，連接器是連接(Jiē)器件與組件、組件與單機、單●機●[Jī]與單機(Jī)、系統與[Yǔ]系統(Tǒng)必不可少的基礎[Chǔ]元件(Jiàn)。在航空、航天、兵器(Qì)、艦艇等軍用武器裝備中，起着電氣連接(Jiē)傳輸能量▾和▾信号的[De]重要作用[Yòng]。其品質直[Zhí]接關系▿軍▿[Jun1]用裝備的性能(Néng)與質量，任[Rèn]◈何◈一[Yī]個接點失效都将導[Dǎo]緻[Zhì]整機系統失效的嚴重後果。例如，一架現代殲擊機使用電(Diàn)纜(Lǎn)長達 5～10 公裡，▾一▾次配套的電○連○接器約[Yuē]800～1000多件(Jiàn)。一架大型運輸○機○(Jī)電纜總▾長▾度達250公裡，一次配套的電連接器約4500多件[1]。稱為水下導彈(Dàn)的魚雷内部空間小,控制系統的弱(Ruò)電信号和動力系統[Tǒng]的強電信号集于一體,◆電◆連接器抗幹擾是其布線的關[Guān]鍵。電路連(Lián)接好不好直接關系到武器裝備的(De)性能與質量，任何(Hé)一個接點、任何一項功能的失效都會帶來整個武器[Qì]系統失效的嚴重後果，電連接器是[Shì]所有電⋄子⋄元器件中失效率最高的(De),據○美○(Měi)國航天失效故障◆率◆統計：電子元器件的故▲障▲率占 40%，其中(Zhōng)大約 20%～30%的故障來[Lái]自▲電▲連接[Jiē]器的(De)失效(Xiào)。

∇我∇[Wǒ]國航天史上也[Yě]發(Fā)生過因電連接器失效而延誤發◈射◈(Shè)的重大事件，因[Yīn]此軍用電∆連∆接器應把質量▾和▾(Hé)可⋄靠⋄性置于第[Dì]一重要的位置。往往是“成是∇電∇連接器，∆敗∆也是電連接器”。2011 年我國自[Zì]行研(Yán)制的四個 3.5cm 特種電連(Lián)接[Jiē]器确保了神八和天宮一号對接成功(圖1)，但在▿其▿成功前不久,連(Lián)接不可靠(Kào),也導(Dǎo)緻了[Le]實踐 11 号衛[Wèi]星火箭發射∆失∆(Shī)利。

2 現代戰争對(Duì)軍用電連接器提出新要(Yào)求

上世紀九十年代(Dài)至本世紀初，美國先[Xiān]後發[Fā]動四次髙科技條件下的局部戰争，從海灣戰争誕生的電子戰到科索沃戰争出現的信(Xìn)息戰，直至阿[ā]富汗和最近結束○的○伊拉克▾戰▾争所▾展▾示的網絡中心[Xīn]戰，都生動展示了世界◇軍◇事變革的巨大◊威◊力[Lì]。大批信(Xìn)息化、智能化的新式髙性能武(Wǔ)器裝備對配套的(De)包括電連接器在内的[De]電子(Zǐ)元器◇件◇性能提[Tí]出了(Le)新的更高要求。

2.1 新的[De]軍(Jun1)事變▿革▿催生新的連接器技術和性◈能◈

表 1 列出了美國▿發▿動四次[Cì]戰[Zhàn]争中(Zhōng)精确制導武器的使用比例[Lì],由此說明◈精◈确制導(Dǎo)武器在現代戰争中地位逐漸提高。◈無◈人偵察機、導彈、智能炸[Zhà]◈彈◈是導緻電連接器[Qì]持續需求[Qiú]增長的[De]⋄主⋄(Zhǔ)◆要◆因素;在伊拉克戰争中激光制導炸彈、衛●星●(Xīng)制導炸彈◇增◇加兩倍,取代[Dài]了阿富汗戰争中的武器。一般戰機均機[Jī]載集束炸彈、自由[Yóu]投[Tóu]放炸(Zhà)彈及激光制導炸(Zhà)彈，由此飛行中分[Fèn]離連接器、脫落連▽接▽[Jiē]器、拉火(Huǒ)繩連接器及[Jí]級間[Jiān]連▾接▾器需求增長。2006 年珠▿海▿航展航天科技集團[Tuán]首次展出兩款精确(Què)制[Zhì]導炸彈,表明我國[Guó]武器系統正逐步(Bù)邁入精确◇打◇[Dǎ]擊時代。

電(Diàn)磁脈沖武器已[Yǐ]出現并在現代戰▾争▾(Zhēng)中投入使(Shǐ)用,○未○來戰争中電磁脈沖危害巨大, 号稱▽殺▽傷性極[Jí]大的[De]第(Dì) 2 原子彈。電磁脈○沖○防護已成∆為∆世界各⋄軍⋄事(Shì)強國(Guó)研究熱點[Diǎn],對包[Bāo]括電連接(Jiē)器在内的互連[Lián]整機系統進行電磁防護加固，以(Yǐ)提升武器裝備在強脈沖環境下生●存●能力正成為一種必然趨[Qū]勢和[Hé]要求。

2.2 對⋄外⋄層空間争奪加劇,宇航◊應◊用對連接器提出新要求

未來戰争将∆越∆(Yuè)來越多決勝于天外,運行于[Yú]太空軍事偵察●衛●星等宇航電子系統對于戰●争●結局至∆關∆重要。随空間計[Jì]劃深入發展,信息化戰⋄争⋄較[Jiào]量由地[Dì]面轉向外層(Céng)空間。外▿層▿空間争奪促使宇航電子系統需求迅速[Sù]◆增◆長,這也使[Shǐ]包括(Kuò)電連接器[Qì]在内的電子元(Yuán)器件需求迅速(Sù)增長。另外空(Kōng)間特殊(Shū)工◇作◇環境對電連接[Jiē]器提出了小型⋄化⋄、輕[Qīng]量化、抗輻射加固和釋氣等更[Gèng]苛嚴的性能要求[2]。

2.3 新型戰[Zhàn]機迅猛發展,航[Háng]空電子設備對連接器需求增長

在現代信息(Xī)化戰争中,空軍作用日顯重要,各類軍用機是取得對敵制空(Kōng)權主[Zhǔ]要手段,▾軍▾(Jun1)用電連接器是其最集中的應(Yīng)用領域。特别是近年來無人機(Jī)在現代戰争○中○的應用(Yòng)獲得了各國◈軍◈方[Fāng]的高[Gāo]度重視。圖 2 中所标[Biāo]出的這些部位是(Shì)無人機上使用包括小而輕的電連[Lián]接器或互連電纜線束組件的全部[Bù]區域(Yù)。采用了小而輕且滿[Mǎn]足高性能标準的電[Diàn]連接器[Qì],可确●保●無人機的可靠性、安全性和工作壽命。由于無人機◆載◆荷量有限，且長時間在目⋄标⋄區域上空徘徊，因此需要減少[Shǎo]電連●接●器(Qì)的尺寸[Cùn]和質量。互連系統的設計也要求長期耐久(Jiǔ)性、耐凝結腐蝕（特别是插(Chā)合的接觸件上），并[Bìng]耐引●擎●(Qíng)引起的振動以(Yǐ)及可能的武器振動。在機械性能方面，所有連接器均要求能承受(Shòu)住因燃料和溶劑暴露[Lù]而導緻[Zhì]的損害，抗EMI并且要含有定[Dìng]位鍵來防止誤(Wù)插[3]。

2.4 信[Xìn]息化裝備數[Shù]據傳輸量上升,促使高速▽傳▽輸電連接器和光纖連◈接◈[Jiē]器發展

電(Diàn)子戰[Zhàn]、信○息○[Xī]戰、網絡中心戰的實現均[Jun1]基于快速計算機。随信息化程度加深,軍事（宇航）設[Shè]備處理[Lǐ]和傳◊輸◊數據量越來▽越▽(Yuè)大。促使[Shǐ]高速傳輸電(Diàn)連接器由先▾前▾ 7.5G發▲展▲到10G，乃至現[Xiàn]在要[Yào]求50G至60G。我國電子元器件十[Shí]二五發展規劃中要▿求▿毫米波[Bō]連接器實[Shí]現 50G ◈至◈60G批◇産◇，研制 110G 的發展目标。 由于∇數∇據傳輸超(Chāo)過 10G，銅基系統(Tǒng)的固有缺陷,使高速傳(Chuán)輸電連接器發展受到限制。這使光纖傳輸優勢日趨∇明∇顯，以光代銅、光纖連接器應用[Yòng]發展(Zhǎn)∆迅∆速。 現代軍用飛機的機(Jī)載電子∆設∆備不斷增加，互連用的電線電纜群集。據估計，◈一◈架現代軍用機的互(Hù)連線纜質量幾乎與其它機載器材▿相▿等，因此，減小⋄機⋄(Jī)載電子設備的[De]質[Zhì]量(Liàng)和體積，成為提[Tí]高[Gāo]軍(Jun1)用飛機作戰性能的[De]重要問題(Tí)之一。而光纖質量輕、體積小，可解決這一難題[Tí]。光纖技術對[Duì]機載電子設備的更新[Xīn]換代起着重要的作(Zuò)用[Yòng]。減輕艦艇質量是當◇今◇艦船[Chuán]設計者與制造者所(Suǒ)關心的一個主要問(Wèn)題。一艘軍艦質量有所減輕，意味着其作戰能力有了直接(Jiē)▾提▾(Tí)高。光纖用在艦船上不僅可減輕質量，還可以提高帶寬容量，通過光纖其它優勢，還可提高生存[Cún]能力，防(Fáng)止電子設備損▽壞▽(Huài)、有效信息損失和減少虛警，改善艦艇的穩定性。減少[Shǎo]電纜○質○[Zhì]量▲和▲體積，從▾而▾可增加艦艇的燃料和武器質量。

3 軍▲用▲電連接[Jiē]器發展趨勢

為适應[Yīng]新一代軍用(Yòng)電子設備和型号(Hào)、産品的小型化、集成化等要求[Qiú]，目前軍用電連接器正在向∇小∇型化(Huà)、高密度、模塊化、輕質化、多(Duō)功能[Néng]、高可靠、長壽命、抗幹擾◊等◊(Děng)方向發展，并努力發展光纖連接器和表(Biǎo)面貼裝電(Diàn)連接器等(Děng)，以适應新一代[Dài]軍用型号産品高速發展需求。其發展∇趨∇勢可歸納(Nà)為以下幾方面：

3.1 高◇密◇(Mì)度

上世紀 60 ▾年▾(Nián)代以前，飛機機載電子系統(Tǒng)沒有标準▿的▿通用數(Shù)據◇通◇道，各個電子設備單元之間連接往[Wǎng]往需要大量的電⋄纜⋄。随着○機○載電子系◆統◆(Tǒng)的不斷複雜(Zá)化，這種通信方式[Shì]所用的電[Diàn]纜将會(Huì)占用很大(Dà)◇的◇空間和◊質◊量，而且對傳輸線的[De]定義和測試也較為複雜，費用[Yòng]較高。現釆用多路傳輸數據總線取代了在傳感器、計算[Suàn]機、◇指◇示器和其他飛(Fēi)機設[Shè]備間傳遞數據的龐大(Dà)設備，大大減少◈了◈(Le)飛機質量，并且(Qiě)使[Shǐ]用簡單、靈活[Huó]，具有(Yǒu)很[Hěn]高[Gāo]◇的◇可靠性和很好◈的◈實時性，可在強振動、高噪音(Yīn)、粉塵多，●溫●度變∆化∆[Huà]大的惡劣環境中工作。現被廣泛▽的▽(De)用于飛機綜合航電系統、外挂物管[Guǎn]理與集成系統，并逐步擴展到飛○行○[Háng]控制等[Děng]系統及坦○克○[Kè]、艦船、航天等領域。

例如工信部796廠在HM2∆系∆[Xì]列數據總線(Xiàn)電連接器的基礎上改成雙曲[Qǔ]面線簧插孔(Kǒng)接觸◇件◇，研制出[Chū] HM2S 系(Xì)列線簧插[Chā]孔式高可靠數據總線印制闆電連(Lián)接器（圖[Tú] 3）。▿滿▿足了新型[Xíng]武器[Qì]系統對連接器的電氣連接和信号傳輸的傳輸速率、傳輸穩(Wěn)定性、可[Kě]靠性◇以◇及耐環境性⋄能⋄等更(Gèng)高要求。現已廣泛用于軍用電子、通訊、◆儀◆器儀表等設備的信号連接。

3.2 小型化、微型化

微矩形[Xíng]，甚至毫微(Wēi)矩形連接(Jiē)器應用▾不▾[Bú]斷增▾加▾，微(Wēi)矩形 MIL-C-83513 連接器主(Zhǔ)要技術指标◊與◊[Yǔ] MIL-C-24308 相同，但接觸(Chù)件間◆距◆由 2.54mm 縮小至 1.27mm，接觸件(Jiàn)最小規格可達 24 号，接觸件最[Zuì]多(Duō)數量可達 4 至(Zhì) 100 芯。這種高密度[Dù]小型化連接器巳在航空電子(Zǐ)設備、導彈[Dàn]、導航設備和發[Fā]射跟蹤控制系列獲得成功應用。

無人機(Jī)選用納小型矩形連(Lián)接器（MIL-DTL-32139）接觸間距0.635mm，是 1.27mm 間距(Jù)微矩形連接器（MIL-C-83513）升級産品。外殼采用鋁(Lǚ)、钛或不鏽鋼。采用金合金（金＞70%，鉑 8%，◆銀◆ 5%，其餘為銅和鋅）▽高▽可靠絞線插◇針◇接觸件[Jiàn]，不(Bú)需鍍金。配[Pèi]接 30或 32号細導線，額定電∆流∆ 1A,工作電壓 70VAC，尺寸和質量分别僅[Jǐn]為微矩形(Xíng)連接器的 1/8 和1/4，耐沖擊振動性能優于微矩(Jǔ)形連接器，特别[Bié]适用◊于◊◊無◊▾人▾機工作環境[5]。我國貴州航(Háng)天(Tiān)電器[Qì]等單位研制出與其等效的 J63 超(Chāo)微矩形連接器（圖 4）。

2010 ◊年◊ 10 月，Souriau 公司在[Zài]行業内正式推出了微型 38999 系列連接[Jiē]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(Xiǎo)50%，重(Zhòng)量減輕了 50%,并能保持與标準型 38999 連接器相[Xiàng]同的電◊氣◊(Qì)、機械和環境性能。現在在MIL-STD-38999 基礎上發展更小◈的◈ 2(3) 、4(5) 和 6(7) 殼[Ké]體産品, 接觸件(Jiàn)采用更小的 24 号(Hào)、26 号和 28 号[4]。

3.3 耐環境

坦克、飛○機○的持續振動和[Hé]振蕩，宇航發射和開[Kāi]火的瞬間沖擊和振動，衛星、飛船或引擎隔艙極端(Duān)溫度循環，艦艇(Tǐng)▾的▾髙濕鹽霧▿氣▿氛，都對用于武器裝備的電連接器提出[Chū]了一系列耐環∇境∇要▿求▿。●為●滿足耐環境、體(Tǐ)積小、質量▲輕▲等要▾求▾，戰術導彈控制艙部位可選用微型的複合材料殼體的電◈連◈[Lián]接器。火箭發▿動▿機部[Bù]位(Wèi)可選用耐高溫、耐腐▾蝕▾的不鏽鋼殼體[Tǐ]的電連(Lián)接器。潛艇艙[Cāng]内外連接部位可選用玻璃燒結密封電連接器。衛星、飛船上可選用耐太空環(Huán)境[Jìng]熱真空釋氣的電連(Lián)接器。

Deutsch公司生産PRC複合材料模塊化矩形連接器（●圖●6）采用複合材料及表面金屬鍍▾層▾具有很◈強◈的耐蝕性；高溫下(Xià)能經受1000h、5%NACI鹽霧試驗。而相同試驗條件下，鋁合金連[Lián]接器已(Yǐ)失效(Xiào)。Deutsch公司生産SAC複合◊材◊料∇圓∇(Yuán)形連接◆器◆具有很高[Gāo]的耐蝕性[Xìng]，耐鹽霧[Wù]試驗超過2000小時，遠遠超過MIL-C-38999規定的500小○時○(Shí)。

工信部796廠研制的YW系列耐環境高速網絡圓形電連接器（圖7）是将RJ45、USB、MiniUSB及1394等[Děng]網絡∇數∇(Shù)據接口集成于MIL-C-38999标準(Zhǔn)圓[Yuán]形連接器(Qì)中，以提高網絡信息傳輸的(De)可靠性、耐環境[Jìng]性和抗振動(Dòng)沖擊性，同時也具(Jù)有連接◆快◆速，安裝及接(Jiē)線方便[Biàn]等優點，是[Shì]一種高可靠的新(Xīn)型網絡連接器，▿特▿别适用(Yòng)于惡劣環(Huán)境下的網○絡○與網[Wǎng]絡間、網絡與PC間[Jiān]及PC與(Yǔ)數碼設備間的數據傳○輸○。

3.4 模塊化

軍用電子設備模塊化，能在(Zài)戰時(Shí)條件下迅速維修更換，∇改∇[Gǎi]變外形提[Tí]高組裝效率，恢複武器裝備的功能(Néng)。模▾塊▾化還能最大(Dà)限度(Dù)地節∆省∆[Shěng]空間，實現▲武▲器裝備多[Duō]功(Gōng)能。模塊化連接器和盲插連接器(Qì)在武器裝備○中○▿得▿(Dé)到廣泛應用。它采用[Yòng]積木式方[Fāng]法，最◆大◆限[Xiàn]度◆減◆少供系[Xì]統互連的同軸電纜∆用∆