連接器在無人機中的應用探究

　　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，仍采用擅長的高可靠絞線插針接觸件(TwistPin Contact)技術，外殼為輕質耐腐蝕的鋁、鈦或不銹鋼。令人咋舌的是接觸件材料，史無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(xiàn)了其高貴不凡的品質。配接30號和32號細導線，額定電流1A，工作電壓70VAC(有效值)。

　　這種連接器與同類微小型連接器相比，尺寸僅為后者的1/8，質量僅為后者的1/4多一點，耐沖擊和振動性能明顯優(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人機，特別是適用于工作環(huán)境極其嚴酷的無人機環(huán)境，未來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)，也堪稱納小型連接器中的著名品牌，它的特點是采用柔性插針(Flex Pin)技術，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，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。耐沖擊振動性能出色，25位微小型連接器耐沖擊30G，間斷<1ms，耐振動20G，間斷<1ms;而25位納小型連接器，則耐沖擊100G，間斷<10ms，耐振動20G，間斷<10ms。其他關鍵指標包括：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。

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

小型光纖連接器

　　無人機采用光纖連接器的原因在于：首先是由于無人機的功能不斷擴大，基于銅傳輸?shù)腅MI問題越來越突出，例如，艦載無人機經(jīng)過戰(zhàn)艦上龐大的相控陣天線時，無人機方向舵操縱裝置因EMI而反復出現(xiàn)故障。其次是要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)越來越龐大，帶寬也越來越高，這促使電子系統(tǒng)架構由1553B向軍用以太網(wǎng)((Ethernet)過渡。光纖連接器因質量輕、抗EMI且高帶寬，而極適用于無人機。

　　目前在未爆彈處理用戰(zhàn)術移動地面系統(tǒng)仍至目標捕捉和偵察用海軍無人機中，光纖媒介的應用已經(jīng)在不斷上升，目前為滿足帶寬或高速數(shù)據(jù)的要求，通常在無人機設計初始階段就確定采用光纖。在某些場合，設計師已經(jīng)采用光纖媒介取代銅媒介來解決EMI問題。無人機用光纖互連產(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(tǒng)、前松式光纖連接系統(tǒng)

　　Glenair為無人機提供了三類優(yōu)質光纖互連產(chǎn)品(圖9)。MIL-DTL-38999連接器采用了獨特的對準技術和精密的陶瓷套管，同心度和直徑公差控制在1微米之內(nèi)，滿足了無人機高帶寬和低損耗應用的要求;高密度光纖連接系統(tǒng)，配接M85045/16線纜。接觸系統(tǒng)插損值低于0.5dB，適用于需要減少尺寸和質量以及突出光和耐環(huán)境性能的無人機應用領域;前松式光纖連接系統(tǒng)，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(tǒng)內(nèi)。通過將固定件和環(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——四同軸接觸件(圖10)，四同軸接觸件是在一個極小的零件中實現(xiàn)以太網(wǎng)信號數(shù)據(jù)的高速雙向(全復)傳輸(100Mbit/s)，而沒有任何數(shù)據(jù)丟失。這種性能高超的方案的尺寸也比常規(guī)配線方式減小了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24hours，插合次數(shù)超過5000～10000次，光學清潔簡單，用布即可。

復合材料連接器

　　質量是無人機中相當重要的一個技術指標，質量意味著有效載荷的增大，質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(nèi)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(nèi)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(可在電纜線束內(nèi)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居于領先地位，歷經(jīng)20年的努力掌握了先進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，耐化學腐蝕，目前成功配套波音787“夢想”飛機、F-35飛機等。

圖12 Glenair公司研制的三種無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，不僅能減輕質量而且具有防腐和耐沖擊和振動作用，Glenair為無人機提供多種類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)。這三類產(chǎn)品對于無人機的設計具有重要意義，目前成功用于目前的捕食者、值勤者及其他的無人機計劃中。該公司獲得專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° ，滿足嚴格的 AS85049機械和電氣標準，安裝簡單，該公司是唯一一家提供完整的光纖專用后殼產(chǎn)品線的光纖連接器制造商;復合材料防EMI/RFI連接盒：極適于無人機內(nèi)的惡劣環(huán)境，產(chǎn)品滿足MIL-S-901D和MIL-STD-167SHIPS的振動和沖擊要求，和雷擊性能規(guī)范;復合材料金屬化抗EMI編織層，與普通金屬編織層相比，質量下降50%，而EMI屏蔽性能相同，甚至更優(yōu)。

結語

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

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

參考文獻：

　　[1]張裴. 蘇理奧無人機專用航空連接器介紹[R].連接器與開關第十屆學術會議論文集,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