电连接器耐间接闪电可靠性研究

卢向军，吕宏峰

（1.工业和信息化部电子第五研究所，广东 广州 510610 2.厦门理工学院材料科学与工程学院，福建 厦门 361024）

电连接器耐间接闪电可靠性研究

卢向军1，2，吕宏峰1

（1.工业和信息化部电子第五研究所，广东 广州 510610 2.厦门理工学院材料科学与工程学院，福建 厦门 361024）

随着飞机对闪电防护技术要求的提高，新修订的GJB 599B-2012和MIL-DTL-38999L增加了对电连接器进行间接闪电打击考核的要求。选用GJB 599Ⅲ系列的3种连接器按照GJB 599B的要求，利用电连接器间接闪电测试系统进行了间接闪电试验。由于其通过的电流密度较高，试验结果表明：小尺寸的连接器容易在接口处引起击穿。

连接器；间接闪电试验；可靠性

0 引言

在现代航空技术的发展过程中，为了减轻飞机结构的重量和提高飞机测控系统的性能而飞速发展起来的复合材料技术和微电子测控技术，使得飞机对闪电所造成的外部电磁环境的屏蔽效能大大地降低，这对飞机闪电间接效应防护设计提出了更高的要求[1-2]。当雷电附着在飞机上时，雷电电流的瞬态过程会产生强大的雷电脉冲电磁场，在电磁场效应的作用下，将会有部分雷电能量传导或辐射到前舱机载电子电器设备上[3-4]。由于飞机前设备舱的口盖选用的是碳纤维复合材料，其屏蔽性能一般低于金属材料的口盖，同时存在着口盖和机体间的缝隙，这样就有足够强的雷电电磁脉冲能量穿透复合材料的口盖，作用到飞机前舱的机载电子电器设备上 [5-6]。

与其他用途的电连接器不同，航空电连接器必须在各种复杂、严苛的工作环境条件下实现沟通电路、传递信息和特定功能，其可靠性直接影响到各个工程系统能否可靠地工作。当间接闪电在电连接器上产生的感应电压、感应电流超过了该连接器的损伤阈值时，轻则会使系统的正常运行受到干扰，重则会造成永久性损伤。随着飞机对闪电防护技术要求的提高，新修订的MIL-DTL-38999L新增了对连接器进行间接闪电打击考核的要求。为了与国际先进标准接轨，我国新修订的GJB 599B-2012《耐环境快速分离高密度小圆形电连接器总规范》也将间接闪电打击考核要求纳入其中。本文选用GJB 599Ⅲ系列的G类9#、15#和21#3种连接器按照GJB 599B的要求进行了相关间接闪电试验，并对试验结果进行了分析。

1 连接器间接闪电试验方法及过程

a）试验前用3倍的放大镜进行检查并对连接器的机械性能进行基本检查。

b）连接扭矩按GJB 599B中4.5.47的规定试验，将相配的插头和插座进行连接和分离，并测量和记录下便于安全连接和分离所必须施加的扭矩。合格的9#、15#、21#啮合扭矩分别为9#≤9 N·m， 15#≤2.3 N·m， 21#≤3.6 N·m； 分离扭矩9#为 0.2～0.9 N·m， 15#为 0.3～2.3 N·m， 21#为0.6～3.6 N·m。

c）按GJB 599B中4.5.25.2的规定进行尾部附件屏蔽编织带与外壳间导电性试验，探针不应刺破或损伤连接器的表面处理层。

d）峰值电流Ipk参照GJB 599B，为10 000 A。每个样品利用电连接器间接闪电测试系统进行极性波形为 50 μs/500 μs的正向、反向各 3次冲击（总共6次脉冲）。每次电流脉冲后，将连接器逆时针拧松半圈应无移动或分离可能出现的焊点断开。然后，应将连接器再拧紧半圈回到完全插合位置。

e）试验后按GJB 599B中4.5.25.2的规定进行尾部附件屏蔽编织带与外壳间导电性试验，探针不应刺破或损伤连接器的表面处理层；连接扭矩按GJB 599B中4.5.47的规定进行试验，将相配的插头和插座进行连接和分离；按GJB 599B中4.5.10.1的规定进行环境温度绝缘电阻试验，任何一对相邻接插件之间及任接触件与外壳间施加（1±10%） 500 Vd.c.， 2 min， 要求绝缘电阻≥1 000 MΩ。随后按GJB 599B中4.5.11.1的规定进行海平面介质耐电压试验，任何一对相邻接触之间及任一接触件与外壳间施加电压，其中9#为1 300 Vr.m.s， 2 s； 15# 和 21# 为 2 300 Vr.m.s， 2 s。要求无飞弧或击穿，漏电流≤2 mA。

2 试验结果与分析

为了满足图1所示的GJB 599B间接闪电试验装置要求，针对9#、15#、21#3种样品，分别设计并制作了9#壳体安装面板、15#壳体安装面板和21#壳体安装面板。3种样品所用的屏蔽铜编织层如图2所示，试验样品安装后典型的9#样品安装如图3所示。

图1 间接闪电试验装置示意图

图2 屏蔽铜编织层

图3 9#样品安装图

9#、15#、21#3种连接器试验时的正向、反向各3次冲击的波前时间、半峰时间和电流幅值如表1所示。由表1可知，其波前时间和半峰时间完全满足GJB 1217标准3010和GJB 5999B标准中4.5.27规定的波前时间和半峰时间分别为（1±0.20） ×50 μs和 （1±0.20） ×500 μs的要求。 典型的9#连接器第一次正向的全波波形、波前波形和半峰波形如图4所示。

表1 试验波形参数

图4 9#样品第一次正向的全波波形、波前波形和半峰波形

9#、15#、21#3种连接器试验的外壳导电性、分离力、啮合力、绝缘电阻、耐压和外观结果如表2所示。由表2可知，外壳导电性、分离力、啮合力、绝缘电阻和耐压等参数试验前后无明显的变化，但9#样品的外观检查不合格，试验后屏蔽铜编织层和连接器如图 5所示。从图5中可以看出，在屏蔽铜编织层和9#样品的接口处存在明显的烧焦痕迹。这可能是由于9#样品体积较小，其通过的电流密度较高 （3种样品所用电流的峰值均为10 kA）所导致的。

图5 9#样品试验后屏蔽铜编织层和连接器

3 结束语

针对新修订的GJB 599B-2012和MIL-DTL-38999L新增对电连接器进行间接闪电打击考核的要求，选用GJB 599Ⅲ系列的G类9#、15#和21#3种连接器按照GJB 599B的要求进行了间接闪电试验。试验结果表明：小尺寸的连接器在进行间接闪电试验时，由于其通过的电流密度较高，容易在接口处引起击穿。

表2 试验前后相关检测结果

[1]骆立峰，熊秀，范晓宇，等.航空机载设备雷电间接效应测试综述 [J].中国民用航空学报，2010，2（12）：5-7.

[2]王鹏，李万玉.感应雷击的试验方法分析与研究 [J].火控雷达技术，2011，4（2）：72-75.

[3]王天顺，雷虹，李锋，等.飞机雷电防护设计与鉴定试验 [J].飞机设计，2009，29（5）：54-59.

[4]范瑞敏，胡宇群，乔新.大型客机防雷击技术研究 [J].江苏航空，2010（1）：10-11.

[5]胡平道.机载电子电气系统雷电间接效应防护与验证[J].飞机设计， 2009， 29 （6）： 48-51.

[6]李钧，李春芳.设备闪电间接效应试验指标研究 [J].科技创新导报，2013（15）：8-9.

Reliablity Research on the Indirect Lightning Resistance of Electrical Connector

LU Xiangjun1，2， LV Hongfeng1
（1.CEPREI， Guangzhou 510610， China；2.School of Material Science and Engineering， Xiamen University of Technology， Xiamen 361024， China）

With the increase of the requirements of aircraft to lightning protection technology，the newly revised GJB 599B-2012 and MIL-DTL-38999L increase the requirement that indirect lightning strike assessment should be conducted for electrical connector.The indirect lightning test is carried out for three kinds of connectors of GJB 599Ⅲseries with the electrical connectors indirect lightning test system according to the requirements of GJB 599B.The results show that the small size connector is prone to breakdown at the interface because of its high current density.

electrical connector； indirect lightning test； reliability

TB 114.35

A

1672-5468（2017）04-0014-05

10.3969/j.issn.1672-5468.2017.04.003

2017-03-01

卢向军 （1982-），男，湖南临武人，厦门理工学院材料科学与工程学院高级工程师，博士，从事电子产品的可靠性研究工作。

2016年《国外质量与可靠性信息》合订本征订信息

质量与可靠性是产品的重要组成部分，是产品的使用价值能否在实际应用中得到充分发挥的关键。近年来，随着电子与信息技术的迅速发展，产品的复杂度越来越高，技术更新越来越快，产品的质量与可靠性技术也面临更多的挑战。而欧美日等发达国家在其强大的经济基础的支撑下，无论是在产品的质量与可靠性水平还是在质量与可靠性技术的研究与应用上都占领先的地位。

本着与时俱进的精神，为科研生产和领导决策提供及时、有效的信息支撑服务， 《国外质量与可靠性信息》编委会根据工业和信息化部电子第五研究所赛宝标准与信息研究中心情报研究人员多年来对国外先进质量与可靠性工程技术的跟踪研究成果，在2016年出版 《国外质量与可靠性信息》 （内部刊物）的基础上，从中精选了具有代表性和实用参考价值的研究成果，进行重新整理、归类和编辑，汇编成 《2016年国外质量与可靠性信息合订本》，其内容涵盖了质量与可靠性保证、试验、评价与分析等各个技术领域的发展，以及这些技术在元器件与整机系统、硬件与软件、军用和民用等各种产品和应用领域中的应用情况。质量与可靠性管理和工程技术人员可以据此了解国外质量与可靠性工程的发展历程、目前的技术现状和未来的发展方向，作为制定相关政策、确立未来研究与发展方向，以及具体技术研究的借鉴与参考。

2016年 《国外质量与可靠性信息》合订本的主要栏目有：安全性、可靠性管理、可靠性发展、可靠性设计与分析技术、可靠性预计、采办管理与质量管理、试验与评价、大数据与云计算、动态信息、可靠性文摘和国内外简讯等。该合订本专业性强、技术先进、内容充实、信息丰富、覆盖范围广，它反映了目前国外电子信息产业中新的重点发展方向，以及在质量和可靠性领域面临的新挑战。

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