一種耐高溫航空光纜的研制

周正平，　單海龍，　季冬冬，　丁春風(fēng)

（江蘇通光電子線纜股份有限公司，江蘇海門226100）

一種耐高溫航空光纜的研制

周正平，單海龍，季冬冬，丁春風(fēng)

（江蘇通光電子線纜股份有限公司，江蘇海門226100）

普通光纜作為一種傳輸媒介在我國通信、電力行業(yè)發(fā)展有近30年的歷史，相比以銅線為傳輸媒介具有許多明顯的優(yōu)點(diǎn)。隨著輕質(zhì)、低損耗、抗干擾等航空特殊要求的提出，光纜在航空領(lǐng)域得到軍方的重視。介紹一種耐高溫航空光纜，可用于航空飛行器內(nèi)部布線，進(jìn)行信號(hào)傳輸。以φ1.8 mm的耐高溫航空光纜為例，介紹了該航空光纜的結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)控制重點(diǎn)、試驗(yàn)方法等。

光纜；耐高溫；航空；性能

0　引　言

光纜憑借其損耗低、抗干擾性能優(yōu)越、重量輕等優(yōu)點(diǎn)，得到我國通信運(yùn)營商的青睞，在我國移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的2G、3G以及現(xiàn)在的4G中被大批量應(yīng)用。但其缺點(diǎn)也很明顯，如短距離傳輸性能優(yōu)勢(shì)不明顯、抗彎能力差、不易保護(hù)等，故在航空領(lǐng)域一直發(fā)展緩慢。國外對(duì)航空光纜的研究從上世紀(jì)70年代開始一直沒停止過，特別是歐美等國，如比較有名的航空光纜生產(chǎn)企業(yè)卡萊、耐克森、戈?duì)?。隨著光控飛行技術(shù)及智能蒙皮技術(shù)的發(fā)展，光纜在航空領(lǐng)域的應(yīng)用取得突破性進(jìn)展。特別是在美國F/A-18E/F、F-22等軍用飛機(jī)上的成功應(yīng)用，給了航空光纜一個(gè)大展身手的舞臺(tái)。

我國的航空光纜目前還處于起步階段，目前使用的航空光纜全部依賴進(jìn)口，隨著國家安全戰(zhàn)略發(fā)展的需要，我國一些民族企業(yè)開始進(jìn)行航空光纜的研制。

本文以一種φ1.8 mm的松套耐高溫航空光纜為例，介紹了該光纜的結(jié)構(gòu)、在生產(chǎn)中要控制的重點(diǎn)和相關(guān)試驗(yàn)方法。

1　航空光纜結(jié)構(gòu)

圖1是我公司TGGS1-62.5/125-1型單芯松套結(jié)構(gòu)62.5/125μm多模光纖光纜的典型結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是其照片，表1是其結(jié)構(gòu)參數(shù)。

圖1　TGGS1-62.5/125-1結(jié)構(gòu)示意圖

2　生產(chǎn)控制重點(diǎn)

（1）光纖及涂覆層。光纖的耐溫等級(jí)是航空光纜的重要技術(shù)指標(biāo)，而高溫涂層是關(guān)鍵。目前國內(nèi)高溫光纖的技術(shù)水平與國外存在不小的差距，做的比較好的有長飛公司的丙烯酸涂層高溫光纖，但此類光纖無法滿足本文二級(jí)緩沖層加工溫度的要求，在生產(chǎn)時(shí)光纖涂覆層很有可能遭到破壞，為此，我公司目前采用德國進(jìn)口的耐高溫光纖。光纖重點(diǎn)考慮涂覆層的耐溫等級(jí)。

圖2　TGGS1-62.5/125-1照片

表1　TGGS1-62.5/125-1結(jié)構(gòu)參數(shù)

在制定耐高溫光纖材料采購要求時(shí)，除了滿足GJB 1427A—1997要求外，還按ARINC 802的使用要求對(duì)涂覆層作出規(guī)定。為增加抗彎曲疲勞性能，選擇碳涂層作為松套航空光纜用光纖的一級(jí)涂覆層；為增加光纖耐溫等級(jí)，選擇聚酰亞胺作為其二級(jí)涂覆層，通過多次試制，滿足聚醚醚酮（PEEK）或者杜邦超高溫塑料（ECA）的加工溫度要求，解決了光纖耐溫等級(jí)這個(gè)技術(shù)難題。

（2）一級(jí)緩沖層。一級(jí)緩沖層繞包在光纖外表面，對(duì)內(nèi)保護(hù)光纖，對(duì)外防止擠出時(shí)硬塑料直接和光纖粘合，影響損耗，起到緩沖作用。通過對(duì)產(chǎn)品的研究，我們制定了薄膜帶主要性能指標(biāo)，見表2。

表2　薄膜主要性能指標(biāo)

在工藝上，由于光纖涂覆層直徑較小，要求繞包帶寬度也非常小，因此，在繞包生產(chǎn)過程中，繞包帶的張力需要盡量小，防止繞包帶變形或斷帶。同時(shí)，牽引張力也要盡量減小，防止拉斷光纖或由于拉力導(dǎo)致光纖性能的破壞。通過多次試驗(yàn)，制定生產(chǎn)時(shí)的溫度和濕度環(huán)境要求，工藝數(shù)據(jù)也進(jìn)行數(shù)字化處理，在工藝文件中規(guī)定節(jié)距公差、繞包張力數(shù)據(jù)，以求最優(yōu)的繞包工藝。

（3）二級(jí)緩沖層。二級(jí)緩沖層為一種硬塑料，強(qiáng)度是氟塑料的幾十倍，一般為PEEK或者ECA，選擇這些材料作為二級(jí)緩沖層主要是替代原先的螺旋鋼帶鎧裝，起到保護(hù)光纖的作用。由于螺旋鋼帶鎧裝重量較大，無法滿足航空使用的要求，PEEK或者ECA強(qiáng)度非常高，可以有效保護(hù)內(nèi)部光纖不受擠壓。

（4）加強(qiáng)件。加強(qiáng)件為芳綸絲，依據(jù)實(shí)際應(yīng)用時(shí)的強(qiáng)度要求，應(yīng)選擇相應(yīng)規(guī)格的凱夫拉芳綸纖維。在工藝上，一般選擇多根芳綸絲直放的形式，但航空光纜一般固定敷設(shè)在機(jī)艙內(nèi)部，為了實(shí)現(xiàn)光纜的圓整度和減重要求，我們進(jìn)行了工藝調(diào)整，采用16錠編織機(jī)或8錠編織機(jī)進(jìn)行編織，設(shè)計(jì)編織工藝時(shí)，打破金屬編織45°最佳角度的設(shè)計(jì)傳統(tǒng)，將編織角度控制在65°～75°，編織節(jié)距控制在3～4 mm之間，在滿足光纜抗拉強(qiáng)度的同時(shí)保證了光纜的圓整度。

（5）護(hù)套。護(hù)套采用可溶性聚四氟乙烯材料，為了表面的平整度，對(duì)擠出工藝進(jìn)行研究，在擠出時(shí)借鑒可溶性聚四氟乙烯管材生產(chǎn)工藝，選擇0.9～1.0的平衡比，在模具設(shè)計(jì)時(shí)，模套直徑（內(nèi)徑）φ2.0 mm，和光纜外護(hù)套相近，擠出時(shí)采用水冷的冷卻方式，加速光纜護(hù)套的冷卻定型，防止由于高溫對(duì)光纜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。同時(shí)為了保證定型的質(zhì)量，在可溶性聚四氟乙烯材料選擇時(shí)，盡可能選擇熔融指數(shù)較低的材料，通過反復(fù)試驗(yàn)，熔融指數(shù)為5的材料比較適合作為φ1.8 mm的松套耐高溫航空光纜的護(hù)套材料。

3　航空光纜的技術(shù)要求

在參考ARINC 802規(guī)范的基礎(chǔ)上，結(jié)合客戶的需求，確定松套耐高溫航空光纜的主要技術(shù)指標(biāo)如下：

（1）衰減常數(shù)。光纜波長為1300 nm時(shí)，衰減常數(shù)(2.0 dB/km；光纜波長為850 nm時(shí)，衰減常數(shù)(4.0 dB/km。

（2）反復(fù)彎曲。最小周期為100000次，掛重為0.454 kg。試驗(yàn)后光纖不應(yīng)破斷，護(hù)套應(yīng)無裂紋、開裂或撕裂。試驗(yàn)期間和試驗(yàn)后，光纖的光透射性能變化不應(yīng)超過0.50 dB。

（3）直角彎曲。負(fù)載重量為1.60 kg，試驗(yàn)后，光纖不應(yīng)破斷，護(hù)套應(yīng)無裂紋、開裂或撕裂。

（4）冰擠壓。試驗(yàn)后，光纜中光纖的光透射性能變化不應(yīng)超過0.50 dB。

（5）高溫壽命。試驗(yàn)溫度為230℃。試驗(yàn)后用肉眼觀察，護(hù)套應(yīng)無任何可視的尺寸、顏色或標(biāo)志可讀性的變化。試驗(yàn)后光纜的衰減在1300 nm波長時(shí)不大于3.0 dB/km；在850 nm波長時(shí)不大于6.0 dB/km。

4　航空光纜的試驗(yàn)

（1）衰減常數(shù)

衰減常數(shù)是所有光纜重要的考核指標(biāo)，航空光纜衰減試驗(yàn)評(píng)估的是在振動(dòng)、彎曲條件下光纖的應(yīng)變能力。ARINC 802選擇TIA-455-78B方法C作為標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法。

（2）反復(fù)彎曲

反復(fù)彎曲是考核耐高溫航空光纜在多次彎曲、移動(dòng)條件下護(hù)套外表面有無開裂情況，光纜光纖的光透射性能變化是否符合規(guī)定條件。具體方法是按GJB 915A—1997中方法201規(guī)定進(jìn)行，試驗(yàn)時(shí)在成品待測(cè)光纜上截取1根5 m長的光纜。

（3）直角彎曲

光纜直角彎曲試驗(yàn)程序應(yīng)按GJB 1428B—2009中4.5.4.10進(jìn)行。試驗(yàn)裝置如圖3所示。芯棒半徑應(yīng)為5倍光纜直徑，扁平金屬板的厚度為12.7～19.1 mm。

試驗(yàn)后考核光纖有無破斷，護(hù)套有無裂紋、開裂或撕裂現(xiàn)象。

圖3　直角彎曲試驗(yàn)裝置示意圖

（4）冰擠壓

冰擠壓考核的是耐高溫航空光纜從室溫降至低溫環(huán)境下對(duì)光透射性能、外觀的影響，評(píng)估耐高溫航空光纜是否符合高空飛行時(shí)低溫環(huán)境下的使用要求。

試驗(yàn)程序是在成品待測(cè)光纜上截取1根30 m長的光纜，將松散線圈的測(cè)試試樣放置在水箱內(nèi)，光纜底層應(yīng)與水箱的底層接觸；給水箱內(nèi)注水，最小深度應(yīng)確保試樣完全浸沒；將水箱水平放置在低溫試驗(yàn)箱內(nèi)；將試樣兩端拉出低溫試驗(yàn)箱，連接至光學(xué)檢測(cè)儀器上，測(cè)試和記錄光纖的光透射性能；低溫試驗(yàn)箱內(nèi)溫度由室溫降至-10℃，保持此溫度不變直到水完全結(jié)冰；將試驗(yàn)箱溫度升至-2℃，測(cè)試和記錄光纖的光透射性能；將低溫試驗(yàn)箱溫度升至室溫，觀察并維持此條件直到冰全部融化，測(cè)試和記錄光纖的光透射性能。將試樣從測(cè)試設(shè)備和水箱中移出，檢查樣品外觀。

（5）高溫壽命

高溫壽命按GJB 360B—2009中方法108規(guī)定進(jìn)行?？己水a(chǎn)品的可靠性。

具體程序是在成品待測(cè)光纜上截取1根100 m長的光纜。試驗(yàn)溫度為光纜的最高工作溫度，時(shí)間為500 h。試驗(yàn)后在光纜工作波長下測(cè)量和記錄衰減值，并用目視檢察光纜外觀。

5　結(jié)束語

耐高溫航空光纜在國外已被廣泛應(yīng)用于國防等尖端領(lǐng)域，而國內(nèi)目前處于剛剛起步階段，為了擺脫該類光纜對(duì)國外的依賴，國內(nèi)電纜廠商紛紛投入資金進(jìn)行研發(fā)。

本文以我公司研發(fā)的一種φ1.8 mm的耐高溫航空光纜為例，介紹光纜的結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)控制重點(diǎn)、試驗(yàn)方法等，希望能夠推進(jìn)國內(nèi)耐高溫航空光纜研制的步伐。

[1]秦大甲.國外航空航天軍用光纜發(fā)展動(dòng)態(tài)[J].光纖與電纜及其應(yīng)用技術(shù)，1997，3（7）：3-9.

[2]GJB 360B—2009電子及電氣元件試驗(yàn)方法[S].

[3]GJB915A—1997纖維光學(xué)試驗(yàn)方法[S].

[4]GJB 1428B—2009光纜通用規(guī)范[S].

[5]ARINC 802航空運(yùn)輸工業(yè)光纖光纜[S].

Development of a High Tem perature Fiber Optic Cable for Aviation

ZHOU Zheng-ping，SHAN Hai-long，JIDong-dong，DING Chun-feng
（Jiangsu Tongguang Electronic Wire＆Cable Co.，Ltd.，Haimen 226100，China）

Ordinary fiber optic cable as a transmissionmedium has a history of nearly 30 years in the communication and power development in China，Compared with copperwire as the transmissionmedium hasmany obvious advantages，with the light，low loss，anti-jamming and other special requirements of aviation，fiber optic cable in the aviation field received military attention.This paper provides a high temperature resistant cable can be used for aircraft aviation，internalwiring，signal transmission，with the diameter of1.8 mm high temperature air cable as an example，introduces the contents of the aviation cable structure，key production control and testmethod.

fiber optic cable；high temperature；aviation；performance

TN818

A

1672-6901（2016）01-0021-03

2015-05-12

周正平（1982-），男，工程師.

作者地址：江蘇海門市渤海路169號(hào)[226103].