連接器在無(wú)人機中的應用探究

　　Glenair的89系列納小型矩形連接器(圖7)是板級I/O用矩形連接器的最新發(fā)展，它與上述該公司的微小型連接器一樣，仍采用擅長(cháng)的高可靠絞線(xiàn)插針接觸件(TwistPin Contact)技術(shù)，外殼為輕質(zhì)耐腐蝕的鋁、鈦或不銹鋼。令人咋舌的是接觸件材料，史無(wú)前例的采用了一種金合金材料(其中含金高達70%，鉑8%，銀5%，其余為銅和鋅)制成，故不需鍍金，凸現了其高貴不凡的品質(zhì)。配接30號和32號細導線(xiàn)，額定電流1A，工作電壓70VAC(有效值)。

　　這種連接器與同類(lèi)微小型連接器相比，尺寸僅為后者的1/8，質(zhì)量?jì)H為后者的1/4多一點(diǎn)，耐沖擊和振動(dòng)性能明顯優(yōu)于后者。安裝形式靈活：可以直角PCB安裝、垂直安裝、表面貼裝等。這種納小型連接器適用于各種無(wú)人機，特別是適用于工作環(huán)境極其嚴酷的無(wú)人機環(huán)境，未來(lái)將取代微小型連接器。

圖8 Omnetics公司的柔性插針和Bi-Lobe系列納小型連接器

　　Omnetics公司也是業(yè)界著(zhù)名的高可靠連接器制造商，該公司的Bi-Lobe系列納矩形連接器(圖8)，也堪稱(chēng)納小型連接器中的著(zhù)名品牌，它的特點(diǎn)是采用柔性插針(Flex Pin)技術(shù)，接觸件采用鈹銅合金-17200制成，互配能力強，與所有標準的微/納型插孔互配，采用一件式結構，這種彈性接觸件厚而長(cháng)，鍍以50微英寸厚的鎳和50微英寸厚的金，成本較低，但表面壽命耐久。耐沖擊振動(dòng)性能出色，25位微小型連接器耐沖擊30G，間斷<1ms，耐振動(dòng)20G，間斷<1ms;而25位納小型連接器，則耐沖擊100G，間斷<10ms，耐振動(dòng)20G，間斷<10ms。其他關(guān)鍵指標包括：插合循環(huán)2000次;工作溫度-55~+200°C;額定電流每個(gè)接觸件1A。另外該品牌產(chǎn)品的品種多樣，可提供EMI屏蔽型、快速鎖閉型、快速手擰螺釘互鎖型以及氣密封型等。

　　該連接器在無(wú)人機應用中的使用優(yōu)勢在于：體積小、質(zhì)量輕，增加了有效載荷;采用固定螺釘，極耐振動(dòng);堅固的結構便于無(wú)人機牢靠著(zhù)陸;支持致密的電子封裝。

小型光纖連接器

　　無(wú)人機采用光纖連接器的原因在于：首先是由于無(wú)人機的功能不斷擴大，基于銅傳輸的EMI問(wèn)題越來(lái)越突出，例如，艦載無(wú)人機經(jīng)過(guò)戰艦上龐大的相控陣天線(xiàn)時(shí)，無(wú)人機方向舵操縱裝置因EMI而反復出現故障。其次是要傳輸的數據越來(lái)越龐大，帶寬也越來(lái)越高，這促使電子系統架構由1553B向軍用以太網(wǎng)((Ethernet)過(guò)渡。光纖連接器因質(zhì)量輕、抗EMI且高帶寬，而極適用于無(wú)人機。

　　目前在未爆彈處理用戰術(shù)移動(dòng)地面系統仍至目標捕捉和偵察用海軍無(wú)人機中，光纖媒介的應用已經(jīng)在不斷上升，目前為滿(mǎn)足帶寬或高速數據的要求，通常在無(wú)人機設計初始階段就確定采用光纖。在某些場(chǎng)合，設計師已經(jīng)采用光纖媒介取代銅媒介來(lái)解決EMI問(wèn)題。無(wú)人機用光纖互連產(chǎn)品的制造商包括Glenair、Souriau以及Amphenol、ITTCannon及Molex等。

圖9 Glenair公司的無(wú)人機用光纖連接器(由左至右)：MIL-DTL-38999連接器、高密度光纖連接系統、前松式光纖連接系統

　　Glenair為無(wú)人機提供了三類(lèi)優(yōu)質(zhì)光纖互連產(chǎn)品(圖9)。MIL-DTL-38999連接器采用了獨特的對準技術(shù)和精密的陶瓷套管，同心度和直徑公差控制在1微米之內，滿(mǎn)足了無(wú)人機高帶寬和低損耗應用的要求;高密度光纖連接系統，配接M85045/16線(xiàn)纜。接觸系統插損值低于0.5dB，適用于需要減少尺寸和質(zhì)量以及突出光和耐環(huán)境性能的無(wú)人機應用領(lǐng)域;前松式光纖連接系統，采用獨特的16號端體組件，允許快速將光媒介集成于許多圓形和矩形連接器外殼和系統內。通過(guò)將固定件和環(huán)境密封件直接置于端體組件上，可不需高成本的工裝和設計，制造出獨特的光纖地連接器外殼封裝。這對于提供光電混裝型連接器特別方便。

圖10 Souriau公司 MIL-C-38999III中使用四同軸接觸件

　　Souriau研制出一種新的接觸件技術(shù)——四同軸接觸件(圖10)，四同軸接觸件是在一個(gè)極小的零件中實(shí)現以太網(wǎng)信號數據的高速雙向(全復)傳輸(100Mbit/s)，而沒(méi)有任何數據丟失。這種性能高超的方案的尺寸也比常規配線(xiàn)方式減小了50%。因此，采購和安裝費用也大為降低。在Souriau的高性能光纖連接器中可安裝多達700芯ELIO光纖接觸件，密度極高。另外，Amphenol的CTOS和CTOL系列光纖連接器，性能優(yōu)異，也適用于無(wú)人機，二者的插耗最大值僅2.8dB,密封性能出色，在大于1m深的水下，可浸沒(méi)24hours，插合次數超過(guò)5000～10000次，光學(xué)清潔簡(jiǎn)單，用布即可。

復合材料連接器

　　質(zhì)量是無(wú)人機中相當重要的一個(gè)技術(shù)指標，質(zhì)量意味著(zhù)有效載荷的增大，質(zhì)量減輕主要靠特殊的復合材料，目前飛機的外部機身結構以及機內部的元件逐步向復合材料轉移的新趨勢，這一趨勢使所有的內部元件(連接器、電纜等)遇到了嶄新而苛刻的環(huán)境條件，如雷擊(可在電纜線(xiàn)束內引起極高電流)。

圖11 Souriau公司復合材料殼體連接器

　　在復合材料的研制方面，Souriau居于領(lǐng)先地位，歷經(jīng)20年的努力掌握了先進(jìn)的高壓模塑和鎳層涂鍍方法，使得該公司的研制的復合材料圓形連接器(圖11)大大優(yōu)于MIL-DTL-38999，它通過(guò)了防流體結冰試驗，鎳鍍層可以經(jīng)受住侵蝕性流體，另外經(jīng)受住了500μs的10000A電流沖擊試驗，可耐雷擊。阻燃，耐化學(xué)腐蝕，目前成功配套波音787“夢(mèng)想”飛機、F-35飛機等。

圖12 Glenair公司研制的三種無(wú)人機用復合材料互連元件：后殼、連接盒和編織層

　　Glenair的復合材料互連元件，采用了復合熱塑料性塑料，不僅能減輕質(zhì)量而且具有防腐和耐沖擊和振動(dòng)作用，Glenair為無(wú)人機提供多種類(lèi)型的復合熱塑料性復合材料連接器后殼附件、連接盒和抗EMI金屬化編織層(圖12)。這三類(lèi)產(chǎn)品對于無(wú)人機的設計具有重要意義，目前成功用于目前的捕食者、值勤者及其他的無(wú)人機計劃中。該公司獲得專(zhuān)利的復合材料搖臂應力消除后殼，將三種款式合為一體：直式、90° 和45° ，滿(mǎn)足嚴格的 AS85049機械和電氣標準，安裝簡(jiǎn)單，該公司是唯一一家提供完整的光纖專(zhuān)用后殼產(chǎn)品線(xiàn)的光纖連接器制造商;復合材料防EMI/RFI連接盒：極適于無(wú)人機內的惡劣環(huán)境，產(chǎn)品滿(mǎn)足MIL-S-901D和MIL-STD-167SHIPS的振動(dòng)和沖擊要求，和雷擊性能規范;復合材料金屬化抗EMI編織層，與普通金屬編織層相比，質(zhì)量下降50%，而EMI屏蔽性能相同，甚至更優(yōu)。

結語(yǔ)

　　《軍事與航空航天電子》(Military & Aerospace Electronics)雜志近期指出，“隨著(zhù)國防系統進(jìn)入網(wǎng)絡(luò )中心戰(network centric warfare)時(shí)代，以及無(wú)人機對于國防越來(lái)越重要，國防軍事和航天用電連接器和電光連接器必須滿(mǎn)足惡劣環(huán)境標準，這一點(diǎn)變得比以往任何時(shí)候都緊迫……軍事系統設計師將比以往任何時(shí)候都迫切需要更輕、更小、更強固和更廉價(jià)的電連接器和光連接器”。高可靠的堅固連接器對于無(wú)人機的設計至關(guān)重要，連接器失效，將導致丟失信號，丟失功率，引起系統會(huì )失效。

　　遺憾的是，目前供應的許多連接器在10G的超重力下無(wú)法可靠工作，連接器的問(wèn)題并未引起應有的重視，那種認為連接器只是“插插拔拔”的觀(guān)點(diǎn)是完全錯誤的，連接器看似結構簡(jiǎn)單，其實(shí)失效機理很復雜，其失效率難以準確量化，至今仍是唯一無(wú)法劃分失效率等級的電子元器件。無(wú)人機應用迫切需求高品質(zhì)連接器，這對軍用連接器制造商是機遇，更是嚴峻挑戰。

參考文獻：

　　[1]張裴. 蘇理奧無(wú)人機專(zhuān)用航空連接器介紹[R].連接器與開(kāi)關(guān)第十屆學(xué)術(shù)會(huì )議論文集,2008.10

　　[2] Keller J. Unmanned vehicles and network-centric warfare increase demands on rugged military connectors[J]. Military & Aerospace Electronics, November 2008

　　[3]Glenair公司產(chǎn)品手冊,2008

　　[4]Omnetics Connector Corporation公司產(chǎn)品手冊, 2008

　　[5]Souriau公司.Ethernet 100Mbps Quadrax[OL]. http://www.souriau.com/index.php?id=512