航天用电连接器的接触可靠性研究

航天用电连接器的接触可靠性研究

宋雪刘亮

（陕西华达科技股份有限公司陕西西安710065）

摘要：本文主要针对航天用电连接器的接触可靠性展开分析，明确了如何进一步提高航天用电连接器的接触可靠性，提出了相关的对策和措施，希望可以为今后的研究提供参考。

关键词：航天用电连接器；接触可靠性

前言

进一步提高航天用电连接器的接触可靠性，是为了确保航天用电连接器的使用效果和质量，从而降低问题发展的概率，促使航天用电连接器的利用更加富有质量。

1、连接器的概况

从最新的全球电子元件产品结构来看，连接器已成为仅次于PCB的电子元件第二大支柱产业，连接器在整个电子元件工业中的地位进一步提高。军用连接器是构成完整的武器装备系统所必需的基础组件，与商用连接器相比，它是一类特殊、敏感的连接器，具有显著的特征：制造公差严格、结构坚固、可靠性极高、成本高及耐恶劣环境。军事工业使用的连接器传统上主要包括圆形、矩形、印制电路板、RF及少量特种连接器。

航天应用长时间以来一直稳居于汽车、计算机与外设、电信与数据通信及工业应用之后，位列整个连接器市场的第五位。在整个连接器市场上，军事/航天用连接器所占的比重在7％左右。席卷全球的新军事变革正驱动着世界各主要国家不断加大对军事装备的基础研发投入或直接购买的力度，这将极大推进世界军用连接器发展，可以预见，随着全球新军事变革的不断推进深入，军用连接器的发展将进入一个崭新阶段。

2、可靠性试验的方法

可靠性试验就是为评价和分析产品的可靠性而进行的相关试验。通过可靠性试验研究能发现设备在材料、设计和工艺的缺陷，为改善产品的质量提供信息。

随着研究深入，可靠性试验方法得到进一步的发展，常见的有20-30种方法，如：应力试验、可靠性筛选试验、极限试验和加速试验、环境试验、完全寿命试验和截尾寿命试验等。其中，寿命试验是可靠性试验中最重要的内容之一。开展寿命试验需要投入大量的试验产品、试验设备和消耗大量的时间，特别是寿命长的产品，使可靠性试验成为制约可靠性工程发展的瓶颈问题。世界各国的科学家们为了解决此问题做了两方面的努力：第一个努力是致力于发展小样本条件下的可靠性参数估计方法，从而减少样品的数量、降低试验的成本和时间；第二个努力是采用寿命加速试验，通过加速产品失效，以缩短试验时间。

按照施加应力方式不同，目前主要有以下四种类型的加速寿命试验：

2.1恒定应力加速寿命试验

在高于正常工作应力的几个应力水平下，将一定数量的样品分成相应组数，每组固定一个应力水平进行寿命试验，一直试验到每组试样有一定数量的样品失效为止，然后根据失效数进行统计。

2.2步进应力加速寿命试验

步进应力加速寿命试验将一定数量的样品分成几组，每组固定一个时间间隔逐级增加应力水平，直到有一定数量的样品失效为止。

2.3序进应力加速寿命试验

将试验样品分成几组，每组试验应力按不同的速度线性增加，直到有一定数量的样品失效为止。

2.4变应力加速寿命试验

将一定数量的试件在任意变动的应力载荷下进行加速寿命试验。

3、航天用电连接器的设计选用要求

3.1一般要求

当今的航空系统电连接器种类繁多、功能迥异，要从中选取适合自己工程需求绝非易事。

实际工程中电连接器一旦出现安装错误，后果往往都是及其严重的。

以下是总结的一些选型经验：

a）在型号合格供方目录中选择供应商；b）确认己方需求电连接器工程使用中的自然环境，如温度、湿度、盐雾等；c）确认己方可以提供给电连接器的安装空间大小；d）确认己方需求电连接器的电压或电流要求；e）预留出10%的空针脚；f）优先选用压接的电连接器；g）确认己方提供给电连接器的振动、冲击条件；h）优先选用卡口式或三头螺纹式的电连接器；i）注意电连接器安装时的顺序；j）注意电连接器的防差错设计。

3.2特殊要求

a）自然、机械环境要求。储存、运输、使用等环节所处的自然环境（温度、湿度、霉菌、盐雾等），机械环境（振动、冲击、加速度等）都对电连接器的性能有显著影响，所以在选择时一定要予以考虑。必须保证电连接器在所有环节的所有环境下仍能可靠工作。关于环境要求可参考GJB150《军用设备环境试验方法》。特别是以下两项，尤其应注意。

温度环境--电连接器中的金属材料和绝缘材料对温度变化尤为敏感。

潮湿环境--当电连接器工作环境的相对湿度大于80%时，容易引发击穿。在潮湿环境下，水气在电连接器内部绝缘体表面上非常容易扩散，导致绝缘体的电阻急剧下降变成了导体。不仅如此，长期在潮湿环境下，还会引起电连接器内容金属材料表面电解、腐蚀、乃至裂纹。故而用于外部电子设备的电连接器一定要考虑潮湿环境，可以优先选择密封性能好的电连接器。

b）高可靠性要求。电连接器的结构设计是决定整个电连接器可靠性的主要因素，往往能占到40%以上。推荐选用快速推拉式或卡口式结构。同时选择时，还要看其是否有防误装设计、锁紧保险设计等。这些都是确保电连接器高可靠性的重要因素。

c）体积小要求。体积小要求其实和重量轻要求差不多，都是航空系统对各种设备的重要基本要求。老式的苏制电连接器继承了苏制设备一贯傻、大、笨、粗的特点，其在航空器的安装布置十分困难，导致很多系统就此舍弃。近年来，电连接器逐步向欧美的小型、集成化发展，为航空器的功能扩展提供了基础。

3.3主要参数选择要求

3.3.1机械参数

a）寿命。航空系统电连接器的机械寿命特指工作中可靠的插拔次数，一般在500次至1000次。实际使用中，在未达到其说明书上规定的插拔次数时，电连接器的绝缘电阻、接触电阻、耐压指标等均不应超出其说明书中标定的范围。需要注意的是，许用总插拔次数和所用时间有较为密切的关系。5年插拔1000次和1年插拔1000次对其机械接口的损耗显然不同。

b）接触偶数目。接触偶的数目主要是通过电路的需求來决定的，但也要考虑电连接器的总体分离力和体积大小。接触偶数目越多，电连接器的体积当然就越大，自然其分离力也就越大。在对安装空间相对宽裕但可靠性要求高的地方，可采用多对接触偶并联的方法来提高电连接器接触连接的可靠性。

3.3.2电气参数

a）额定电流。额定电流的确定主要是考虑电连接器热设计的结果。电流流过电连接器内的接触偶时，由于电阻效应，接触偶势必发热。若额定电流设计的过高则会使接触偶过热失效。因此，确定接触偶的额定电流时，一定要注意不能使其过高。

b）额定电压。额定电压的决定性因素是电连接器内接触件与绝缘件之间间距的大小。航空系统电连接器的额定电压一般是指实际工作时电压的上限。航空系统电连接器的额定电压在其说明书中都有明确的说明，选用时可根据使用环境、安全等级要求等限制条件具体选取。

4、电连接器可靠性研究不足及建议

4.1电连接器可靠性研究不足及差距

鉴于电连接器在航空航天领域如此重要，且电连接器要在恶劣苛刻的条件下可靠的工作，实现产品特定的功能，其可靠性直接影响到航空航天产品能否可靠地工作。美国及其他西方国家，早在20世纪60年代就开展了可靠性研究及应用。

我国的关于航空航天电连接器可靠性研究起步于上世纪70年代，经过近40年的努力，电连接器的可靠性水平得到了较大的提，但与世界先进水平相比，始终存在着较大的差距，即使是用于航天等高科技领域的电连接器也是如此。主要表现在：

5）目前电连接器相关标准规定的例试是单项极限试验，和实际工作环境不一致，缺乏一种可以模拟工作环境的电连接器可靠性试验的方法和统计分析方法。

6）例行试验并不反映产品的可靠性等级，虽然开展了一些电连接器的可靠性试验工作，但没有可靠性指标先进的电连接器，和航空航天产品高可靠性的要求不符。

4.2国内电连接器研究建议

航空航天用电连接器，在贮存和工作环境，除应力外，还会受温度、振动、盐雾、腐蚀等各种环境应力的综合影响，鉴于环境温度和振动应力是影响机电元件可靠性的最大环境因数，因此国内电连接器相关研究，应从以下几方面进行加强：

1）建立环境温度和应力振动综合应力作用下的失效模型并开展可靠性试验和分析相关研究。

2）试验方案应考虑多个应力作用下的优化设计组合，力争与电连接器的实际使用环境相一致。

结束语

综上所述，在航天用电连接器的接触可靠性方面，一定要进一步思考其可靠性是否有保障，本文总结了航天用电连接器的接触可靠性的相关问题，可供今后参考和借鉴。

参考文献

[1]牟致忠.機械可靠性工程基础[M].北京：机械工程师进修大学出版，2018.36.

[2]何国伟.可靠性试验技术[M].北京：国防工业出版社，2014.25.

[3]陈文华.航天电连接器可靠性试验和分析的研究[D].杭州：浙江大学，2018.13.

[4]潘骏.航天电连接器振动可靠性建模与评估[D].杭州：浙江大学，2017.49.