空空導(dǎo)彈電纜網(wǎng)工程化技術(shù)研究

張美麗　徐培娜

摘 要：空空導(dǎo)彈電纜網(wǎng)的主要功能是為載機(jī)、測試設(shè)備及導(dǎo)彈組件間的連接提供電氣接口和信息傳輸通道。隨著空空導(dǎo)彈的的發(fā)展，導(dǎo)彈內(nèi)部各組件之間傳輸?shù)男畔⒘亢托盘?hào)種類逐漸增多，電纜網(wǎng)亦越來越復(fù)雜，對(duì)電纜網(wǎng)的要求不斷提高。基于多年空空導(dǎo)彈電纜網(wǎng)的工作經(jīng)驗(yàn)，本文對(duì)電纜網(wǎng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和測試等多個(gè)工程化技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析總結(jié)。

關(guān)鍵詞：電纜網(wǎng) 工程化 設(shè)計(jì) 生產(chǎn) 測試

中圖分類號(hào)：TM248 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）02（c）-0121-03

現(xiàn)階段，電纜網(wǎng)是空空導(dǎo)彈的重要組成部分，能夠?yàn)閺梼?nèi)各組件間的連接提供電氣接口和信息傳輸通道；為危險(xiǎn)指令提供安全隔離接口，保證地面測試時(shí)的安全性；為彈與載機(jī)、測試設(shè)備的連接提供電氣接口?？湛諏?dǎo)彈電纜網(wǎng)主要由傳輸線、電連接器、熱縮套管、包覆材料等組成。

電纜網(wǎng)示意圖如圖1所示。

由于空空導(dǎo)彈內(nèi)部空間狹小，各組件之間傳輸信號(hào)種類繁多，傳輸信息量大，因此空空導(dǎo)彈電纜網(wǎng)既要滿足各組件信息傳輸?shù)囊?，又要滿足結(jié)構(gòu)上外形尺寸和質(zhì)量的苛刻要求。同時(shí)，因空空導(dǎo)彈工作環(huán)境嚴(yán)酷，空空導(dǎo)彈電纜網(wǎng)要能承受高溫、低溫、高空低氣壓、振動(dòng)和沖擊等嚴(yán)酷的工作環(huán)境。綜上，空空導(dǎo)彈電纜網(wǎng)需要同時(shí)滿足功能、結(jié)構(gòu)和使用環(huán)境等方面的要求，其工程化研制技術(shù)是存在一定難度的。

空空導(dǎo)彈電纜網(wǎng)的研制過程一般包括設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和測試等。諸多文獻(xiàn)均對(duì)電纜網(wǎng)的設(shè)計(jì)原理進(jìn)行了詳細(xì)闡述，而對(duì)工程化技術(shù)卻鮮有提及。在空空導(dǎo)彈電纜網(wǎng)研制過程中，設(shè)計(jì)人員雖然能熟練運(yùn)用電氣知識(shí)，但是往往忽略許多工程問題。即使電纜網(wǎng)在設(shè)計(jì)原理上能夠滿足性能要求，但在工藝設(shè)計(jì)方面，有可能不利于生產(chǎn)加工，造成較低的產(chǎn)品合格率，甚至無法進(jìn)行批量化生產(chǎn)?；诙嗄昕湛諏?dǎo)彈電纜網(wǎng)研制的工作經(jīng)驗(yàn)，本文分析了空空導(dǎo)彈電纜網(wǎng)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和測試等多個(gè)工程化技術(shù)環(huán)節(jié)，并對(duì)相關(guān)注意事項(xiàng)進(jìn)行了總結(jié)。

1 電纜網(wǎng)設(shè)計(jì)

1.1 電纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

受空空導(dǎo)彈內(nèi)部空間限制，在進(jìn)行電纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮導(dǎo)彈的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和可利用空間。因此，電纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容應(yīng)包括以下幾點(diǎn)。

（1）電纜網(wǎng)長度。在進(jìn)行電纜網(wǎng)長度設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮導(dǎo)彈的整個(gè)裝配過程。電纜網(wǎng)長度過短會(huì)導(dǎo)致全彈和電纜網(wǎng)裝配困難，甚至?xí)螂娎|網(wǎng)局部彎曲受力或接插件根部傳輸線受力過大而導(dǎo)致電纜網(wǎng)產(chǎn)生斷裂；電纜網(wǎng)長度過長則會(huì)因?qū)梼?nèi)部空間的限制而導(dǎo)致電纜網(wǎng)無法安裝。

（2）電纜網(wǎng)直徑（或厚度）。電纜網(wǎng)的直徑（或厚度）應(yīng)能適應(yīng)導(dǎo)彈內(nèi)部空間。電纜網(wǎng)直徑（或厚度）較大，容易導(dǎo)致電纜網(wǎng)受到擠壓產(chǎn)生局部破損，若電纜網(wǎng)直徑（或厚度）過大，則可能導(dǎo)致電纜網(wǎng)無法安裝。因此，在傳輸線路過多，導(dǎo)致電纜網(wǎng)直徑不滿足空間要求時(shí)，可采取分線束捆扎的方法，甚至根據(jù)空間尺寸捆扎成扁平狀。

（3）電纜網(wǎng)分叉位置。理論上，分叉位置可以選在電纜網(wǎng)任何位置，但合理的分叉位置可以縮短信號(hào)傳輸路徑，從而減小傳輸線的長度、降低線阻和減輕電纜網(wǎng)質(zhì)量。

（4）電連接器的安裝方向和電纜彎曲半徑。設(shè)計(jì)電纜網(wǎng)的電連接器位置時(shí)，應(yīng)充分考慮導(dǎo)彈內(nèi)部結(jié)構(gòu)空間、電連接器的安裝方向和電纜的彎曲半徑。其中，電纜彎曲半徑R的選擇非常重要，彎曲半徑R過小易造成壓接（或焊接）處傳輸線受力過大而產(chǎn)生折斷，彎曲半徑R過大則可能因彈內(nèi)空間限制導(dǎo)致電纜網(wǎng)無法安裝。圖2所示為電纜網(wǎng)中圓形和矩形電連接器的安裝方向及電纜彎曲半徑示意圖。

目前，電纜網(wǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法大致分為兩種。

一種方法是根據(jù)個(gè)人工程經(jīng)驗(yàn)和彈體內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行電纜網(wǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。首先，通過初步設(shè)計(jì)加工出樣纜，并進(jìn)行樣纜與全彈的試裝配，然后，根據(jù)裝配實(shí)際情況修改設(shè)計(jì)并返工重修電纜，通過幾次“裝配-修改設(shè)計(jì)-返工”式的迭代過程，最終完成電纜網(wǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方法適合于具有豐富工程經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員。

另一種方法是通過相關(guān)應(yīng)用軟件進(jìn)行電纜網(wǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。如通過三維建模軟件UG的Routing Electrical模塊，在導(dǎo)彈的三維總裝模型上進(jìn)行布線，最終生成電纜網(wǎng)的釘板圖。該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以在設(shè)計(jì)初期較精確的確定電纜網(wǎng)的結(jié)構(gòu)外形，減少了修改次數(shù)，縮短了研制周期，節(jié)約了研制成本。不足之處在于無法模擬全彈的裝配過程，需關(guān)注電纜網(wǎng)裝配的可操作性。

1.2 電連接器的選擇

電連接器是電纜網(wǎng)的主要組成部分之一，一般分為插座和插頭。選用電連接器時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面。

（1）連接方式。根據(jù)接觸偶與傳輸線的連接方式，電連接器可分為壓接型和焊接型。壓接型電連接器的連接一致性好，通過相配套的壓接工具，連接操作方便、簡單；焊接型電連接器的焊接電阻較小，但連接一致性較差。因此，在條件允許的情況下，應(yīng)優(yōu)先選用壓接型電連接器。

（2）接觸偶數(shù)目。應(yīng)根據(jù)電纜需要傳輸信號(hào)的數(shù)目，確定電連接器的接觸偶數(shù)目。一般情況下，接觸偶應(yīng)留有余量，使得在后續(xù)系統(tǒng)研制工作中可以增加信號(hào)。

（3）接觸偶類型。應(yīng)根據(jù)傳輸信號(hào)的特征，選擇接觸偶的類型。例如，傳輸大電流信號(hào)時(shí)，應(yīng)選擇額定電流與之相匹配的接觸偶；傳輸射頻信號(hào)時(shí)，應(yīng)采用同軸接觸偶等。

（4）接觸偶尺寸。接觸偶的壓線孔（或焊杯）應(yīng)與傳輸線的線徑（或橫截面積）相匹配。

（5）電連接器尺寸。應(yīng)充分考慮導(dǎo)彈內(nèi)部空間的限制，確保選用的電連接器拆裝方便。

（6）電連接器工作環(huán)境。應(yīng)選擇滿足導(dǎo)彈工作環(huán)境條件的電連接器，如工作溫度、貯存溫度、氣壓、耐壓、使用壽命、耐霉菌、鹽霧等條件。

（7）防插錯(cuò)設(shè)計(jì)。應(yīng)避免在電纜網(wǎng)中出現(xiàn)相同型號(hào)規(guī)格的電連接器，以防止在裝配過程中出現(xiàn)電連接器錯(cuò)誤裝配的情況。

（8）在滿足上述條件的情況下，應(yīng)優(yōu)先考慮帶盲插的電連接件。endprint

1.3 傳輸線的選擇

選用電纜網(wǎng)的傳輸線時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)因素。

（1）傳輸線類型。根據(jù)傳輸信號(hào)的特性選擇傳輸線的類型。如傳輸供電信號(hào)的線路宜采用雙絞線；傳輸數(shù)字信號(hào)和易被干擾的信號(hào)宜采用屏蔽線；傳輸射頻信號(hào)宜采用同軸線等。

（2）傳輸線最大載流量。傳輸線的最大載流量與線徑（或橫截面積）密切相關(guān)，同時(shí)受溫度、高度以及線束根數(shù)等多種因素影響，因此，精確計(jì)算傳輸線在某種環(huán)境條件下的最大載流量非常困難，通常采用經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算：

（1）

其中，

IT為傳輸線工作溫度下的額定工作電流；

KH為傳輸線載流量隨高度變化的衰減系數(shù)；

KN為傳輸線載流量隨線束根數(shù)增加而減少的衰減系數(shù)。

（3）傳輸線線阻。傳輸線的線阻過大會(huì)引起信號(hào)壓降增大，因此，傳輸線的線阻應(yīng)限定在系統(tǒng)允許的范圍之內(nèi)。

（4）傳輸線線徑（或橫截面積）。傳輸線的線徑（或橫截面積）應(yīng)與接觸偶的壓線孔（或焊杯）相匹配。

（5）傳輸線工作環(huán)境。應(yīng)選擇滿足導(dǎo)彈工作環(huán)境條件的傳輸線。如工作溫度、儲(chǔ)存溫度耐壓、耐霉菌、鹽霧等環(huán)境條件。

（6）傳輸線柔韌性和機(jī)械強(qiáng)度。

（7）傳輸線質(zhì)量。在滿足上述條件下，優(yōu)先選用線徑（或橫截面積）小的傳輸線，以減輕電纜網(wǎng)的質(zhì)量、減少電纜網(wǎng)的體積。

1.4 電纜網(wǎng)電磁兼容設(shè)計(jì)

空空導(dǎo)彈系統(tǒng)的電磁環(huán)境復(fù)雜，要保證整個(gè)系統(tǒng)可靠工作，電磁兼容（EMC）問題不容忽視?？湛諏?dǎo)彈電纜網(wǎng)作為各組件、測試設(shè)備、載機(jī)之間的電氣信號(hào)傳輸通道，即要保證信號(hào)可靠傳輸不被電磁輻射干擾，又要保證在傳輸電氣信號(hào)過程中產(chǎn)生的電磁干擾不影響其它組件和測試設(shè)備等正常工作。綜上，電纜網(wǎng)的電磁兼容設(shè)計(jì)主要考慮如下幾個(gè)方面。

（1）電連接器接觸偶布局。電纜網(wǎng)中用于傳輸敏感信號(hào)的接觸偶應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離傳輸易干擾信號(hào)的接觸偶，在傳輸敏感信號(hào)的接觸偶周圍應(yīng)布置地線接觸偶。

（2）傳輸線選擇。電纜網(wǎng)中傳輸供電信號(hào)的傳輸線應(yīng)采用雙絞線；傳輸數(shù)字信號(hào)和敏感信號(hào)的傳輸線應(yīng)采用屏蔽線；傳輸射頻信號(hào)的傳輸線應(yīng)采用同軸線。

（3）屏蔽層處理方式。在電纜網(wǎng)中傳輸線的屏蔽層應(yīng)接地。帶有屏蔽層的傳輸線其屏蔽層覆蓋率應(yīng)不低于80%。傳輸線的屏蔽層不得作為信號(hào)回線（同軸線除外）。屏蔽傳輸線的屏蔽層在通過電連接器時(shí)也應(yīng)通過接觸偶保持連續(xù)。

2 電纜網(wǎng)的生產(chǎn)及加工工藝

電纜網(wǎng)的生產(chǎn)加工過程應(yīng)嚴(yán)格遵守相應(yīng)的工藝標(biāo)準(zhǔn)，做到技術(shù)狀態(tài)及質(zhì)量可控。因此，電纜網(wǎng)的生產(chǎn)加工過程應(yīng)主要考慮以下幾個(gè)方面。

（1）準(zhǔn)備傳輸線時(shí)，應(yīng)留有足夠的長度余量。一般情況下，電纜的彎折處接頭處會(huì)損耗一定的長度，另外還應(yīng)保證2～3次的返修余量。

（2）應(yīng)避免電連接器一個(gè)端子接多根導(dǎo)線的現(xiàn)象，以減少制作難度，提高產(chǎn)品可靠性。

（3）應(yīng)避免兩根粗細(xì)懸殊的傳輸線做接頭，以避免接頭處斷線。

（4）傳輸線屏蔽層應(yīng)采用360°端接的方法，焊點(diǎn)應(yīng)光滑，避免出現(xiàn)毛刺，并用熱縮套管進(jìn)行保護(hù)。

（5）壓接時(shí)，應(yīng)選用與電連接器接觸偶相匹配的壓接工具，按工藝文件或與接觸偶對(duì)應(yīng)的定位器和壓接力矩進(jìn)行壓接。壓接前，應(yīng)進(jìn)行拉脫力的測試，保證傳輸線拉出接觸偶所需的拉脫力限定在一定的范圍內(nèi)，同時(shí)應(yīng)避免一個(gè)接觸偶內(nèi)壓接多根傳輸線。

（6）焊接時(shí)，應(yīng)選用合適的釬料。焊點(diǎn)應(yīng)光滑飽滿，避免出現(xiàn)毛刺。一個(gè)焊杯內(nèi)需焊接多根傳輸線時(shí)，傳輸線的線徑（或橫截面積）應(yīng)與焊杯直徑匹配，避免出現(xiàn)虛焊。

（7）電纜網(wǎng)連接件的結(jié)合部分進(jìn)行灌封（或囊封）時(shí)，應(yīng)選用符合條件的的灌封材料，并注意灌封（或囊封）的尺寸要求。

（8）綁扎電纜網(wǎng)線束時(shí)，應(yīng)保證同一電連接器上的傳輸線長度一致，以避免在插拔電連接器時(shí)，因線路受力不均而造成部分傳輸線斷絲或斷線。

3 電纜網(wǎng)的測試檢驗(yàn)

在研制初期，空空導(dǎo)彈電纜網(wǎng)的生產(chǎn)數(shù)量通常較少，不易進(jìn)行機(jī)器自動(dòng)化生產(chǎn)，需要手工制作。為保證電纜網(wǎng)生產(chǎn)質(zhì)量，必須進(jìn)行電纜網(wǎng)的測試檢驗(yàn)。電纜網(wǎng)的測試檢驗(yàn)項(xiàng)目主要包括接線關(guān)系、導(dǎo)通電阻、耐高壓性能、絕緣性能的測試檢驗(yàn)等。

電纜網(wǎng)的測試檢驗(yàn)設(shè)備主要包括電纜測試儀和電纜適配器。電纜測試儀用于測試電纜網(wǎng)的接線關(guān)系、導(dǎo)通電阻、絕緣電阻及耐壓測試。電纜適配器用于連接電纜網(wǎng)和電纜測試儀。

3.1 電纜網(wǎng)測試檢驗(yàn)合格的判據(jù)

通常，電纜網(wǎng)滿足以下條件可判定為合格。

（1）電纜網(wǎng)的接線關(guān)系與圖紙一致；

（2）電纜網(wǎng)的導(dǎo)通電阻不大于R，R值可通過公式2計(jì)算：

（2）

其中，

K為傳輸線的電阻率；

L為電纜網(wǎng)中傳輸線的長度；

ri為接觸偶的接觸電阻。

（3）絕緣電阻和耐高壓應(yīng)與設(shè)計(jì)指標(biāo)相符。

3.2 電纜網(wǎng)的測試步驟

電纜網(wǎng)的主要測試步驟如下：

（1）將待測電纜網(wǎng)和電纜測試儀通過電纜適配器正確連接（如圖3所示）。

（2）運(yùn)行電纜測試儀專用程序，加載相應(yīng)的樣本文件。

（3）待樣本文件加載完畢后，點(diǎn)擊“Start”進(jìn)行測試。

（7）若測試失敗，點(diǎn)擊“Display Error Window”查看錯(cuò)誤的原因，對(duì)電纜網(wǎng)進(jìn)行返修。若測試通過，則點(diǎn)擊“HIPOT”進(jìn)行耐壓測試。

（5）測試完畢后，查看測試文件，檢查導(dǎo)通關(guān)系、導(dǎo)通電阻、絕緣電阻、耐高壓測試是否符合要求。

3.3 測試注意事項(xiàng)

測試電纜網(wǎng)時(shí)應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

（1）電纜網(wǎng)連接前，應(yīng)檢查各電連接器的插頭/座內(nèi)是否存在多余物，插針和插孔是否安裝到位，是否有縮針現(xiàn)象，螺紋是否完好和是否存在金屬屑等多余物。

（2）電纜網(wǎng)連接時(shí)，確保各電連接器正確對(duì)接，且對(duì)接到位。

（3）耐高壓測試對(duì)電纜網(wǎng)具有破壞性，耐高壓測試次數(shù)不宜過多。

（4）插拔矩形電連接器時(shí)，電連接器兩端受力應(yīng)均勻，勿使矩形電連接器一端受力過大，電連接器的傾斜拔出（如圖4所示）會(huì)造成電連接器插針或插孔變形。

（5）測試完畢后，應(yīng)檢查電連接器的螺釘、附屬彈簧墊片和防震圈等是否缺失，電纜網(wǎng)的包覆材料是否完好。

4 結(jié)語

空空導(dǎo)彈電纜網(wǎng)作為全彈電氣信號(hào)傳輸?shù)妮d體，所傳輸?shù)男盘?hào)多樣，電纜網(wǎng)復(fù)雜，且工程化技術(shù)涉及知識(shí)面廣，因篇幅及本人水平所限難于從各方面進(jìn)行詳細(xì)的分析，僅對(duì)電纜網(wǎng)在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和測試過程中的常見技術(shù)問題及注意事項(xiàng)進(jìn)行了闡述，以供電纜網(wǎng)設(shè)計(jì)人員參考。

（1）電纜網(wǎng)設(shè)計(jì)時(shí)，在保證設(shè)計(jì)原理滿足要求的同時(shí)，還應(yīng)確保能夠順利轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，因此要求設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分掌握空空導(dǎo)彈內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及電纜網(wǎng)的制作工藝，加強(qiáng)與電纜網(wǎng)制作人員的溝通協(xié)調(diào)，提高設(shè)計(jì)方案的工藝性水平，以利于生產(chǎn)加工，提高產(chǎn)品的可靠性。

（2）電纜網(wǎng)的接線關(guān)系復(fù)雜、所用傳輸線種類多。設(shè)計(jì)人員一定要認(rèn)真細(xì)心，確保接線關(guān)系及所用傳輸線準(zhǔn)確無誤。

（3）電纜網(wǎng)測試是檢驗(yàn)電纜網(wǎng)是否合格的重要方法，在操作過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照流程操作。對(duì)于出現(xiàn)的異?，F(xiàn)象應(yīng)認(rèn)真找出原因，不放過任何可能性。

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