軍用(yòng)電連接器創新發展研讨

來源(yuán)：高(gāo)級工程師 楊奮為 作(zuò)者：楊奮為 (授權轉載） 2022-11-07

1 軍(jun1)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不可(kě)缺少的基礎電子元器件，廣泛用于電氣、電子設備的(de)電線、電纜與設備之間(jiān)的電路連接，相當于人(rén)的神經系統(tǒng)與血液循環系統(tǒng)，負責整個武器系統信(xìn)号和(hé)能量的傳輸。軍(jun1)用電連接(jiē)器是組成飛機、導彈、艦(jiàn)艇等武(wǔ)器系統用量最多的(de)通用電子(zǐ)元器件。在(zài)軍用(yòng)武器裝備和各類電子(zǐ)系統中，連接器是連接器件與組件、組件與單機、單機(jī)與單機、系(xì)統與系統(tǒng)必不可少的基礎元(yuán)件。在航空、航天、兵器(qì)、艦艇(tǐng)等軍用武器裝備中，起着電氣(qì)連接傳輸能量和信号的重要(yào)作用。其品質直接關系軍用裝備的性能(néng)與質量，任(rèn)何一個接點失效都将(jiāng)導緻整機系統失效的嚴重後果(guǒ)。例如，一架現代殲擊機使用電纜(lǎn)長達 5～10 公裡，一次(cì)配套的電連接器約800～1000多件。一架大型運輸機電纜總長度(dù)達250公裡，一次配套(tào)的電連接器約4500多件[1]。稱為水下導彈的魚(yú)雷内部空間小,控制系統的(de)弱電信号和動力系(xì)統(tǒng)的強電信号集于一體,電(diàn)連接器抗幹擾是其布(bù)線的關(guān)鍵。電路連(lián)接好不好直接關系到武(wǔ)器裝備的性(xìng)能與質量，任何一個接點、任何一(yī)項(xiàng)功能的失效都會帶來整個(gè)武(wǔ)器系統失效的(de)嚴重(zhòng)後(hòu)果，電連接(jiē)器是所有電子元器件中失效率最高的(de),據美國航天失效故障率統計：電子元器件的故障(zhàng)率占 40%，其中(zhōng)大約 20%～30%的故(gù)障來自電連接器的失效。

我國航天史上也發生過因電連接器失效而(ér)延誤發射的重大事件(jiàn)，因此軍用電連接器應把質量和可靠性置于第(dì)一重要的(de)位置。往往是“成是電(diàn)連接器，敗也是電連接(jiē)器”。2011 年我國自(zì)行研(yán)制的(de)四個 3.5cm 特種電連接器确保了神八和(hé)天宮一号對接成功(圖1)，但在(zài)其成功前不久,連(lián)接(jiē)不可靠,也導緻了實踐 11 号衛(wèi)星火箭發射失利。

2 現代戰争對軍用電連接器提出新要(yào)求

上(shàng)世紀九十年代至本世紀初，美國先(xiān)後發動四(sì)次髙科技條(tiáo)件下的局部戰争，從海灣戰争(zhēng)誕生的(de)電子戰到科索沃戰争出現的信息戰，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(jiè)軍事變革的巨大威力。大(dà)批信息化、智能化的新式髙性能武器裝備對配套的包括電連接(jiē)器在(zài)内的電子元器件性能提出了新的更高(gāo)要求(qiú)。

2.1 新的(de)軍事變(biàn)革催生新的連接器技術和性能

表 1 列出了美國發動四次戰争中精确制導(dǎo)武器的使用(yòng)比例,由此說明精确制導武器在現代戰(zhàn)争中(zhōng)地位逐漸提高。無人偵察(chá)機、導彈、智能炸彈是導緻電連接器(qì)持續需求增長的(de)主要因素(sù);在(zài)伊拉克戰(zhàn)争中激(jī)光制導炸彈、衛星制導炸彈(dàn)增加兩倍,取代(dài)了阿(ā)富汗(hàn)戰争中的武器。一般戰機均機(jī)載集束炸彈、自由投放炸彈及激光(guāng)制導炸(zhà)彈，由此飛行中分離連接器、脫落連接器、拉火繩連接器及級間(jiān)連接器需求增長(zhǎng)。2006 年珠海(hǎi)航展航天科技集團(tuán)首次展出兩款精确制導(dǎo)炸彈,表明我國(guó)武器系統正逐步邁入精确打(dǎ)擊時代。

電(diàn)磁脈沖武器已出現并在現代戰争(zhēng)中投入使(shǐ)用,未來戰争中電磁脈沖危害巨大, 号稱殺傷性極大的第 2 原子彈。電磁脈沖(chòng)防護已成為世界各軍事(shì)強國研究熱點,對包括電連(lián)接(jiē)器在内的互(hù)連整機(jī)系統(tǒng)進行電磁防護加固，以提升武器裝(zhuāng)備在強脈沖環境下生存能力正成為(wéi)一種必(bì)然趨勢和(hé)要求。

2.2 對外層空間争奪加劇,宇航應(yīng)用對連接器提出新要求(qiú)

未來戰争将越(yuè)來越(yuè)多決勝于天外,運行(háng)于太空軍事偵察衛星等宇航電(diàn)子系統對于戰争結局至關重要。随空間計劃深入發展,信息化(huà)戰争較量由地面轉向外層空間。外層空間争奪促使宇航電子系統需求迅速增(zēng)長,這也使(shǐ)包括(kuò)電連接器在内的電子元器件需求迅速增長。另外空間特殊(shū)工作環境(jìng)對電連接器提出了小型化、輕(qīng)量化、抗輻射加固和釋氣(qì)等更苛嚴(yán)的性能要求[2]。

2.3 新型戰(zhàn)機迅猛發展,航空電子設備對連接器(qì)需求增長

在(zài)現代信息化戰争(zhēng)中,空軍作用日顯重要,各類軍用(yòng)機是取得(dé)對敵制空權主要手段,軍用電(diàn)連接器是其最(zuì)集中的應用領域。特(tè)别是近年來無人機(jī)在現代戰争中的應(yīng)用獲得了(le)各(gè)國軍方的高度重(zhòng)視。圖 2 中所(suǒ)标出的這(zhè)些部位是(shì)無人(rén)機上使用(yòng)包括小而輕的電連接器或互連電(diàn)纜(lǎn)線束組件的全部區域(yù)。采用了小而輕且滿足高性能标準的電連接器(qì),可确保無人機的可靠性、安全(quán)性和(hé)工(gōng)作壽命。由于無人機(jī)載荷量有限，且(qiě)長時間在目标區域上空徘(pái)徊，因此需要減少電連接器(qì)的尺寸和質量。互連系統的設計也(yě)要求長期耐久(jiǔ)性、耐(nài)凝結腐蝕(shí)（特别是插合的接觸件上(shàng)），并(bìng)耐引擎引起的振(zhèn)動以(yǐ)及(jí)可能的武器振動。在機械性(xìng)能方面，所有連接器均要求能承受住因燃料和溶劑暴(bào)露而導緻(zhì)的損害，抗(kàng)EMI并且要含有定位鍵來防止誤插[3]。

2.4 信息化裝備數據(jù)傳輸量上升,促使高速傳(chuán)輸電連接器和光纖連(lián)接器發展

電子戰、信息戰、網絡中心戰的實現均基于快速計算機。随信息化程度加深,軍事（宇航）設備處理(lǐ)和傳輸數據量越來越大。促使高速傳輸電連接(jiē)器由先前 7.5G發展(zhǎn)到10G，乃至現(xiàn)在要求(qiú)50G至60G。我國電子元器件十(shí)二五發(fā)展規劃中要求毫米波(bō)連(lián)接(jiē)器實(shí)現 50G 至60G批産(chǎn)，研制 110G 的發展目标。 由于數據傳輸(shū)超過 10G，銅基系(xì)統的固有缺陷,使高速傳輸電連接器發展受到限制。這使光纖傳輸優(yōu)勢日趨明顯，以光代銅、光纖連接器應用(yòng)發展迅速。 現代軍用(yòng)飛機的機載電子設(shè)備不斷增加，互(hù)連用的電線電纜群集。據(jù)估計，一架現代軍用機的互連線纜質量幾乎與其它機載器材相等，因此，減小機載電子設備的質量和體積，成為提(tí)高軍用飛機作戰性能的重要問題之一。而光纖質量(liàng)輕、體積小，可解決這一難題。光纖技術對機載電子設備的更新換代起着重要的作用。減輕艦艇質量是當今艦船設計者與(yǔ)制造者所(suǒ)關心的一個主要問題。一艘軍艦質量有所(suǒ)減輕，意(yì)味着其作戰能力有了直(zhí)接提高。光纖(xiān)用在艦船上不僅可減(jiǎn)輕質量，還可以提高(gāo)帶寬容量(liàng)，通過光纖其它(tā)優勢，還可提高生(shēng)存能(néng)力，防止電子設備損壞(huài)、有效(xiào)信息損失和減少(shǎo)虛警，改善艦艇的穩定性。減(jiǎn)少(shǎo)電纜質量和體積(jī)，從而可增加艦艇(tǐng)的燃料和武器質量。

3 軍用電連接器發展趨勢

為适應新一代軍用電子設備和型号、産品的小型化、集成化等要求(qiú)，目前軍用(yòng)電連接器正在向小型化、高密度、模塊化、輕質(zhì)化、多功能(néng)、高可靠、長壽命、抗幹擾等(děng)方向發展，并努(nǔ)力發(fā)展光纖連接器和表面貼裝電(diàn)連接器等，以适應新一代軍用(yòng)型号産品高速發展需求(qiú)。其發展趨勢可歸納為以下幾方面：

3.1 高密度

上世紀 60 年代以前，飛機機載電子系統(tǒng)沒有标準的通用數據通道，各個電子設(shè)備單元之間連接往往需要大量的(de)電纜。随着機載電子(zǐ)系統的不斷複雜化，這種通信方式(shì)所用的電纜将會占用很大的空間和質量，而且對傳(chuán)輸線的定義和測(cè)試也較為複雜，費用(yòng)較高。現釆用多路傳輸數據總(zǒng)線(xiàn)取代了在傳感器、計算機、指示器和其他飛機設(shè)備間(jiān)傳遞數據的龐大(dà)設(shè)備，大大減少了(le)飛機質量，并且使(shǐ)用簡單、靈活(huó)，具有(yǒu)很高的可靠性和很好的實時性，可(kě)在強(qiáng)振動、高噪音、粉塵多，溫度(dù)變化(huà)大的惡劣環境中工作(zuò)。現被廣(guǎng)泛的用于飛機綜合航電系統、外挂物管理與集成(chéng)系統，并逐步擴展(zhǎn)到飛行控制等系統及坦克、艦船、航天(tiān)等領域。

例如工信部796廠在HM2系列(liè)數據總線(xiàn)電連接器的基礎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)據總線印制闆電連接器（圖 3）。滿足了新型武器系統對連接器的電(diàn)氣連接和信号傳輸的傳輸速率、傳輸穩(wěn)定性、可靠性以及耐環境性能等更(gèng)高(gāo)要求。現(xiàn)已廣泛(fàn)用于軍用電子、通訊、儀器儀表等(děng)設備(bèi)的信号連接。

3.2 小型化、微型化

微矩形，甚至毫微矩形連接器應用不斷增加，微(wēi)矩形 MIL-C-83513 連接器主要技(jì)術指标與 MIL-C-24308 相同，但接觸件間距由 2.54mm 縮小至 1.27mm，接觸件最小規格可達 24 号(hào)，接觸件最多數量可達 4 至 100 芯。這種高密度小型化連(lián)接器(qì)巳在航空電子設備、導彈、導航設備(bèi)和發射跟(gēn)蹤控制(zhì)系列獲得成功應用。

無人機選用納小型矩形連接器（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(yòng)鋁(lǚ)、钛或不鏽(xiù)鋼。采用金合金(jīn)（金＞70%，鉑 8%，銀 5%，其餘為銅和鋅）高可靠(kào)絞線插針接觸件，不需鍍金。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)為微矩形連接器的 1/8 和1/4，耐沖擊振動性能優于微矩(jǔ)形(xíng)連接器，特别适(shì)用于無人機工作環境(jìng)[5]。我國貴州航天電器等單位研制出與其等效的 J63 超微矩(jǔ)形連接器（圖(tú) 4）。

2010 年 10 月，Souriau 公司在(zài)行業内正式推出了微型 38999 系列連接器（圖 5）。微(wēi)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(bǎo)持與标準型 38999 連接器相同的電氣(qì)、機械和環境性能。現在在MIL-STD-38999 基礎上發展更(gèng)小的(de) 2(3) 、4(5) 和 6(7) 殼體産品, 接(jiē)觸件采用更小的 24 号、26 号和(hé) 28 号[4]。

3.3 耐環境

坦克、飛機的持續振動和振(zhèn)蕩，宇航發(fā)射和開(kāi)火的瞬間沖擊和振動，衛星、飛船(chuán)或引擎隔艙(cāng)極端溫度循環，艦艇的髙濕鹽霧氣(qì)氛，都對用于(yú)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(huán)境、體積小、質量輕等要求(qiú)，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。火箭發動機部位(wèi)可選用(yòng)耐高溫、耐(nài)腐蝕的不鏽鋼殼體的電連接器(qì)。潛艇艙内外連接(jiē)部位可選用玻璃(lí)燒結密封電連接器。衛星、飛船上可選用耐太空環境(jìng)熱真空釋氣的電連(lián)接(jiē)器。

Deutsch公司(sī)生産PRC複合材(cái)料模塊化矩形連(lián)接器（圖6）采用複(fú)合材(cái)料及表面金屬鍍層具有很強(qiáng)的耐蝕性；高溫下能經受(shòu)1000h、5%NACI鹽霧試驗。而相同試驗條(tiáo)件下，鋁合金連接器已失效(xiào)。Deutsch公司生(shēng)産SAC複合材料圓形連接(jiē)器具有很高(gāo)的耐蝕性，耐鹽霧(wù)試驗超(chāo)過2000小時，遠遠超過MIL-C-38999規定的500小時(shí)。

工(gōng)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等網絡數據接口集成于MIL-C-38999标準圓形連接器中，以提高網絡信息傳輸的可靠性、耐環境(jìng)性和抗振動沖擊性，同時也具有連(lián)接快速，安裝及接線方便等優點(diǎn)，是(shì)一種高可靠的新(xīn)型(xíng)網絡(luò)連接器，特(tè)别适用(yòng)于惡劣環(huán)境下的網絡與網(wǎng)絡間、網絡與PC間及PC與數碼設備間的數據(jù)傳輸。

3.4 模(mó)塊化

軍用電子設備模塊化，能在(zài)戰時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。模塊化還能最大限度地節省空間，實現武器(qì)裝備多功(gōng)能。模塊化連接器和(hé)盲插連接器在武器裝備中得(dé)到廣泛應用。它采用(yòng)積木式方法，最大限度減少供系統互連的同軸電纜用