宇航用矩形電連接器尾部附件的可靠性研究

伏寧娜 李艷霞

摘 要：本文對宇航用矩形電連接器的低磁性多角度出線輕型尾部附件的結構設計進行介紹，基于產品設計的通用性和可靠性方面的考慮，運用理論分析、計算、模擬仿真等方法確定產品的關鍵性指標，闡述了產品滿足低磁性要求的鍍覆方式，最后通過試驗驗證了宇航用低磁性多角度出線輕型尾部附件的實際可靠性滿足設計要求和用戶的實際需求。

關鍵詞：低磁性;多角度出線;尾部附件;可靠性

0 ?引言

在近地軌道（LEO），由于航天器受到大氣阻力與地球場和自身磁矩的共同作用，使航天器的旋轉軸發生偏移，影響其運行速度，低磁性電連接器是保證航天器定位精度、姿態控制和在軌壽命的關鍵核心元器件。目前國內宇航用電連接器尾部附件的研制由于受原材料、加工技術等方面的限制導致磁性等級控制不穩定，出線方式單一化，已經無法滿足使用要求。所以根據航天型號任務的要求，研制一種低磁性、多角度出線方式的輕型尾部附件迫在眉睫。

本文基于宇航用低磁性矩形電連接器介紹了一款低磁性多角度出線的輕型尾部附件，配套用于要求低剩磁、電纜布局苛刻的高可靠宇航設備，以避免干擾鄰近靈敏儀器和對布線空間進行合理優化。

1 ?產品總體結構設計

航天產品逐步向小型化、輕量化方向發展，輕型尾部附件得到廣泛應用。尾部附件的主要作用有保護導線與接觸件端接處不被劃傷、固定電纜、電磁屏蔽等功能，本文針對產品的實際使用環境及可靠性方面的要求，對設計結構進行了如下的設計考慮。

1.1 殼體對接端設計

殼體對接端尺寸決定與連接器能否順利互換對接，是殼體設計的核心所在。目前普遍的直式出線尾部附件對接端采用梯形設計結構，此結構出線角度固定。本設計的殼體選擇圓弧對稱式通用型結構，把兩種出線方式優化為一種結構形式。在與連接器對接時，不需考慮安裝方向，旋轉180°即可實現左、右出線的方向互換。

在對殼體內腔進行設計時，由于該型尾部附件為深腔結構，且壁厚較薄，加工中易變形。參照安裝尺寸向腔體內加工深6mm的配合輪廓，方便與連接器對接，腔體其余部位增加壁厚，設計為階梯結構，在提高加工可行性的同時又確保產品的高可靠性。

1.2 法蘭安裝孔設計

尾部附件與連接器通過鎖緊螺釘固定，尾部附件法蘭盤兩側的安裝孔設計為臺階孔。在使用時，連接器殼體蓋板上的鉚接端沉在尾部附件安裝孔內，確保尾部附件法蘭盤與連接器法蘭盤大面完全貼合，減小應力集中現象。

1.3 出線口位置設計

為了實現結構布局的多樣性要求，設計了45°出線方向和90°出線方向兩種出線方向。出線口方向與產品本體呈45°或90°，在深腔加工時，出線口與本體相交處不好加工，產生的相交棱極易形成銳邊，容易劃傷、割破導線，影響連接器的使用性能。為解決該問題，在設計時將內部出線口位置倒圓角R=1mm。

2 ?產品的分析及仿真

多角度出線尾部附件采用懸臂梁結構公式進行模擬計算，在一定力的作用下產生的變形不能超過材料的屈服強度，即σ<σmax。參照GJB599B中試驗條款3.20外部彎曲力矩的試驗方法[1]，在尾部附件出線端施加載荷，分析其受力情況。

3 ?產品表面鍍覆方式

為保證產品的低磁性，確保連接器的磁潔凈度指標符合要求，在選擇鍍層時不僅考慮鍍層的耐腐蝕性，還必須滿足抗磁性要求。參照QJ450B的有關規定[3]對零件進行低磁性化學鍍高磷鎳處理。

隨著鍍層中磷含量的增加，鎳和磷所產生的非共格晶界增多，同時磷元素在鎳中產生晶格畸變，鎳晶體的結構受到破壞而失去的原本的晶體結構。由于磷的破壞作用有限，在含量達到6%～6.5%左右時，化學鍍鎳磷合金此時會出現由晶體向微晶結構的轉變過程。隨磷含量繼續提高，合金鍍層轉化為非晶態結構，非晶態的合金鍍層不具有磁性，從而實現產品的低磁要求。同時非晶態的化學鍍鎳磷合金鍍層的硬度、耐磨性會有所提高。主要因為隨著磷含量的提升，磷原子的畸變作用會使其塑性和延展性隨之下降，從而提高產品的機械性能。

4 ?評估與驗證

宇航用矩形電連接器的低磁性多角度出線輕型尾部附件的性能方面，除了隨連接器做溫度循環、交變濕熱、鹽霧等試驗項目外，還應針對其進行磁潔凈度進行檢測、驗證導線出線數量及內部導線折彎受力[4]情況等試驗項目。

4.1 ?磁潔凈度檢測

根據本設計的低磁性特點，要想較好地滿足要求，必須對最終產品的磁潔凈度指標進行檢測，以保證無磁性要求。對國內外磁性等級相關標準及測試技術進行調研，確定出在零磁場環境中用三分量磁通門磁強計測量的測試方法，測試時，將被測連接器及精密磁強計放置于亥姆霍茲線圈指定區域，并進行相應的精密測試。

由于磁潔凈度在充磁后，產品剩余磁感強度與剩余磁化強度為線性關系，剩余磁化強度越低，檢測值越小。分別抽取45°和90°出線尾部附件的5個殼體型號進行磁性能測試，測試分為充磁測試和退磁測試后，產品材料磁性等級均較低且性能穩定，受外部磁場的影響極小，可滿足低磁性連接器的設計要求。

4.2 ?尾部附件出線口的出線能力測試

配裝連接器后，驗證尾部附件的導線出線數量及內部導線折彎受力情況。連接器分別壓接20#、22#、20#屏蔽導線，與選取的45°及90°的D型殼體、芯數為50的尾部附件相配合，對其出線口的出線能力進行測試。對于D號殼體尾部附件，出線形式尾部附件的出線正常，無較大折彎現象。

4.3 ?力學試驗驗證

配裝90°出線尾部附件及相應電纜的4只連接器（D殼體和C殼體各2只），分別進行正弦振動、隨機振動及沖擊等力學試驗，試驗后每只產品均進行X光檢測，觀察尾罩內部導線無折彎、損傷情況。并將樣品尾罩去掉后，觀察導線外部情況，導線情況良好、無損傷。

5 ?結論

本文介紹一款宇航用矩形電連接器的低磁性多角度出線輕型尾部附件，通過理論分析、計算、模擬仿真等方法驗證產品在結構設計中的可靠性;提出了滿足低磁性要求的鍍覆方式為高磷鍍鎳。通過磁潔凈度檢測和出線口出線能力測試，驗證了本設計的實際可靠性水平滿足設計要求和宇航應用需求。

參考文獻 ?：

[1] 余玉芳， 汪其龍，等.GJB599B-2012耐環境快速分離高密度小圓形電連接器通用規范[S].北京：總裝備部軍標出版發行部發行

[2] 劉鴻文.材料力學[M].北京：高等教育出版社，2003：165-180.

[3] 徐春鳳，陳鈞武，等.QJ450B-2005金屬鍍覆層厚度系列與選擇原則[S].北京：中國航天標準化研究所發行部，2005.

[4] 韓繼先，趙越超，等.電連接器外部彎曲力矩分析[J].機電元件，2016，36（2）.