連接器在無(wú)人機中的應用探究

摘要：無(wú)人機對于國防越來(lái)越重要，無(wú)人機所承受的環(huán)境要惡劣得多，因此對使用的元器件要求更加苛刻，需要大量專(zhuān)用連接器滿(mǎn)足需求。本文介紹了無(wú)人機對連接器的性能要求，詳述了連接器在無(wú)人機的應用分布和主要使用類(lèi)型：小圓形連接器、微/納小型矩形連接器、小型高密度光纖連接器、復合材料輕型連接器。

關(guān)鍵詞：連接器;無(wú)人機;性能要求;應用

　　連接器是一種在航空、航天等軍事應用系統中幾乎無(wú)處不在的重要基礎元件，而飛機(飛行器)以及航空電子設備系統則是軍用連接器最大和最集中的應用領(lǐng)域，連接器在飛機和航空電子設備系統中起著(zhù)傳輸信號或傳輸功率的互連作用。無(wú)人機(Unmanned Vehicles， UV)由于在情報偵察、目標捕獲、目標攻擊等方面的優(yōu)勢日趨突出，對于國防越來(lái)越重要，故成為軍事強國大力發(fā)展的武器裝備。與有人駕駛飛機相比，智能化程度高、技術(shù)更復雜、工作環(huán)境更惡劣，因此對包括連接器在內的元器件提出更加苛刻要求。

無(wú)人機簡(jiǎn)述

　　無(wú)人機，從廣義上說(shuō)包括所有的運輸模式、武裝飛機乃至水下工具、未爆彈處理機器人等。通常所說(shuō)的無(wú)人機，是指狹義上的無(wú)人駕駛飛機(Unmanned Aerial Vehicles，UAV)，本文主要討論后者。無(wú)人機在軍事武庫中發(fā)展活躍，目前約占國防相關(guān)軍事航空活動(dòng)的80%。與傳統的有人駕駛飛機相比，無(wú)人機具有無(wú)可替代的優(yōu)勢：能夠在受到極度威脅的地區執行任務(wù)、行程更遠、持續能力更強并且由于無(wú)飛行員支持系統、機身減小，無(wú)人機制造和部署的成本大大降低。軍用無(wú)人機主要功能是偵察、監視與目標捕捉，其次是干擾和攻擊。著(zhù)名無(wú)人機有“全球鷹”、“捕食者”、“火力偵察兵”、X-45和X-47; “陰影”、“搜索鷹”等(見(jiàn)圖1)。

　　無(wú)人機必須滿(mǎn)足更嚴酷的電、機械和環(huán)境性能要求，因此布線(xiàn)和布纜的EMI、振動(dòng)和沖擊、溫度循環(huán)、防液體性能、接觸件的微振腐蝕以及其他壽命和可靠性要求，也必須滿(mǎn)足住軍級性能基準。

　　盡管無(wú)人機與有人機具有許多相同的性能要求，但是無(wú)人機對于構成該平臺互連布線(xiàn)的連接器、后殼、電纜和導線(xiàn)保護具有額外的要求。減輕質(zhì)量、尺寸、耐沖擊和振動(dòng)、電磁兼容、防腐以及高速/帶寬數據處理是無(wú)人機內互連布纜的關(guān)鍵設計要求，這些要求從無(wú)人機本身延伸到包括地面控制/支持系統內使用的電子設備以及無(wú)人機電子裝置的有效載荷。

圖1部分著(zhù)名的軍用無(wú)人機

無(wú)人機對連接器的性能要求

　　無(wú)人機設計師在評估用戶(hù)長(cháng)期總成本，以及應用環(huán)境需求時(shí)，必須規定高性能的互連技術(shù)，如MIL-DTL-38999(耐環(huán)境快速分離高密度小型圓形連接器)、MIL-C-26482(耐環(huán)境快速分離高可靠圓形連接器)或其他軍級連接器。這些高性能連接器可為無(wú)人機設計師實(shí)現以下目標：提高工作壽命、減少安裝和維護成本、降低測試和鑒定成本、改善可靠性和安全性。

　　由于無(wú)人機的活動(dòng)范圍和持續航行能力是關(guān)鍵因素，并且實(shí)際上“人工-便攜式”無(wú)人機在戰術(shù)設置中很重要，所以無(wú)人機系統的設計師還必須最大限度減小互連元件的質(zhì)量和尺寸，以便為無(wú)人機有效載荷技術(shù)、通訊、飛行控制和推進(jìn)系統釋放出空間。無(wú)人機不論大還是小，天生對尺寸和質(zhì)量敏感，這使互連技術(shù)條件成為整個(gè)設計過(guò)程中的一個(gè)關(guān)鍵要素。

　　陸基或?；鶡o(wú)人機系統面臨的要求大多是相同的：提高工作壽命和可靠性，而且還遭遇獨特的環(huán)境挑戰和連接器封裝問(wèn)題，如快速-鎖緊以及現場(chǎng)清潔能力和耐化學(xué)性能。此外，如空基無(wú)人機一樣，陸基或?；鶡o(wú)人機系統可以從尺寸和質(zhì)量的減小中獲得極大益處。

　　軍級無(wú)人機中必須滿(mǎn)足的較重要的互連性能基準如下所述。

　　機械/材料封裝性能

　　·武器沖擊：300g;

　　·振動(dòng)：20-30g;

　　·溫度沖擊：符合EIA-364-32;

　　·工作溫度范圍：-55~+150°C;

　　·耐濕(凝結);

　　·鍵鎖;

　　·高性能接觸件;

　　·支持22～28號信號線(xiàn);

　　·支持電源/電池系統至12號導線(xiàn)。

　　電氣性能

　　·500VDC;

　　·最小3A電流(連續額定值)，對功率接觸件達23A;

　　·外殼-外殼電阻低;

　　·屏蔽/接地;

　　·兼容平衡阻抗/高速信號;

　　·在1MHz，EMI屏蔽效率達65dB。

　　耐環(huán)境性能(現場(chǎng)和人力便攜系統)

　　·滿(mǎn)足MIL-STD-810F;

　　·壽命≥1000次插合循環(huán);

　　·現場(chǎng)可清潔;

　　·耐化學(xué)品;

　　·浸沒(méi)：1m，1hour。

連接器在無(wú)人機中的應用

應用分布

　　軍用無(wú)人機應用連接器的典型電子系統包括：引擎控制和傳感器、著(zhù)陸/對接系統、飛行控制、燃料電池傳感器、數據處理與導航，以及有效載荷技術(shù)，如高清晰紅外相機系統、高速圖像處理、專(zhuān)用安全數據通訊電子、目標與火控(武器)系統、水雷探測、聲納、雷達或無(wú)線(xiàn)電裝置，圖2示出了無(wú)人機內使用互連元件的子系統和電子載荷裝置。

　　這些電子系統一般配置軍用標準插座連接器，便于裝入無(wú)人機內。無(wú)人機規定采用各種結構的高性能矩形和圓形連接器，如MIL-DTL-38999系列III、MIL-DTL-83513 (微型D形)及其他軍級連接器。無(wú)人機互連系統工程師改善布線(xiàn)系統關(guān)鍵特性和/或減少尺寸和質(zhì)量的最好機會(huì )之一是改變無(wú)人機上“黑盒子”有效載荷和其他電子設備上的連接器的技術(shù)條件。正確的選擇黑盒子上的連接器使工程師能夠規定用尺寸和質(zhì)量減小的電纜線(xiàn)束來(lái)連接無(wú)人機的子系統，這就使無(wú)人機產(chǎn)生了性能和尺寸/質(zhì)量要求。

圖2 無(wú)人機子系統及電子載荷設備

　　圖2中所標出的這些部位是無(wú)人機上使用包括小而輕的連接器、和/或互連電纜線(xiàn)束組件的全部區域。采用了小而輕且滿(mǎn)足了高性能標準的連接器可確保無(wú)人機的可靠性、安全性和工作壽命。圖3示出了具有代表性電子有效載荷設備的無(wú)人機功率、信號和數據傳輸互連線(xiàn)束示意簡(jiǎn)圖。如在傳統飛機上一樣，電纜線(xiàn)束基本上與組合式設備設計在一起，便于安全的在無(wú)人機內安裝和替換。由于無(wú)人機載荷量有限，且長(cháng)時(shí)間在目標區域上空徘徊，因此需要減少連接器的尺寸和質(zhì)量?；ミB系統的設計也要求長(cháng)期耐久性、耐凝結腐蝕(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致的損害，抗EMI并且要含有定位鍵來(lái)防止誤插。