彈上電纜網(wǎng)成型及檢測(cè)工藝改進(jìn)

薛 靜 趙尋珂 徐宗勝 袁 銳

彈上電纜網(wǎng)成型及檢測(cè)工藝改進(jìn)

薛 靜 趙尋珂 徐宗勝 袁 銳

（上海航天精密機(jī)械研究所，上海 201600）

針對(duì)電纜在實(shí)際使用過程中出現(xiàn)的問題，從仿艙體結(jié)構(gòu)三維布線及立體成纜、扁平成纜、電纜網(wǎng)檢測(cè)工藝方面提出改進(jìn)的手段，提高電纜網(wǎng)敷設(shè)及動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)的能力。

電纜網(wǎng)；成型；檢測(cè)

1 引言

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展，導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)趨于小型化、功能多樣化，導(dǎo)彈具有結(jié)構(gòu)緊湊、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可用空間有限、艙內(nèi)電氣設(shè)備密度高等特點(diǎn)。由于電纜網(wǎng)敷設(shè)空間大幅度縮小，布線的密集度大大增加，彈上電纜網(wǎng)高可靠性裝配及如何實(shí)時(shí)在線檢測(cè)生產(chǎn)缺陷方面的共性問題日益突出。尤其是近年軍方對(duì)各型導(dǎo)彈的需求增長，一旦批產(chǎn)后生產(chǎn)裝配一致性壓力增大，急需提高彈上電纜網(wǎng)成型及可靠性檢測(cè)的技術(shù)水平。

2 現(xiàn)狀分析

彈上電纜網(wǎng)主要存在問題如下：

a. 艙體敷設(shè)空間狹小，裝配操作困難

由于電纜網(wǎng)敷設(shè)空間狹小，布線密集度極高，結(jié)構(gòu)緊密，電纜安裝尺寸位置要求精準(zhǔn)，一旦尺寸偏長或偏短將無空間位置可借助。電纜網(wǎng)裝配時(shí)由于產(chǎn)品成熟度尚存在差距，缺乏量化的裝配參數(shù)，一般采取多次試裝、預(yù)敷設(shè)電纜走向等經(jīng)驗(yàn)手段，裝配效率低下，嚴(yán)重制約導(dǎo)彈批生產(chǎn)能力。

b. 電纜安裝后導(dǎo)線存在折扭缺陷

在總裝敷設(shè)過程中需局部彎折電纜，使電纜受力部位導(dǎo)線極易發(fā)生不可恢復(fù)的剛性變形和應(yīng)力，加上反復(fù)彎折大大增加導(dǎo)線折扭受損的風(fēng)險(xiǎn)。并且導(dǎo)線外部套有屏蔽層，經(jīng)電纜反復(fù)彎折導(dǎo)線的絕緣層與屏蔽層不斷摩擦，導(dǎo)致絕緣層破損，使得內(nèi)部芯線與屏蔽層短路引起電纜質(zhì)量事故。

c. 檢測(cè)手段單一，不能滿足型號(hào)需求

篩選系統(tǒng)中振動(dòng)試驗(yàn)與瞬態(tài)檢測(cè)相分離，無法檢測(cè)出電纜網(wǎng)在動(dòng)態(tài)環(huán)境下瞬間通斷情況。瞬間斷開或瞬間非正常導(dǎo)通是電纜網(wǎng)常見的一種失效模式，其產(chǎn)生原因是動(dòng)態(tài)接觸電阻的瞬間變化導(dǎo)致傳輸信號(hào)或能量瞬間中斷或接通，是影響電纜網(wǎng)可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可由虛焊、線束折扭損壞、多余物、灌封等故障形成。

3 彈上電纜成型工藝改進(jìn)

3.1 仿艙體結(jié)構(gòu)三維布線及立體成纜

針對(duì)二維平面化電纜在制作時(shí)未能考慮到電纜在艙體內(nèi)部實(shí)際敷設(shè)環(huán)境和結(jié)構(gòu)要求的問題，設(shè)計(jì)一種模擬實(shí)際裝配完成狀態(tài)的仿艙體裝置，該裝置通過簡化艙體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)電纜對(duì)接位置、實(shí)際扎線位置以及敷設(shè)方向軌跡，實(shí)現(xiàn)在電纜制作時(shí)按艙體裝配位置走線定型、定位，達(dá)到指導(dǎo)電纜三維布線的目的，提高電纜產(chǎn)品敷設(shè)后布線合理、一致。

3.1.1 艙體及電纜的計(jì)算機(jī)三維建模

電纜仿艙體結(jié)構(gòu)三維布線裝置[1]的設(shè)計(jì)首先需要研究電纜的敷設(shè)對(duì)象和敷設(shè)環(huán)境，建立電纜所敷設(shè)的艙體、艙體內(nèi)部設(shè)備以及電纜網(wǎng)的三維模型。通過模型的建立可以了解電纜在整個(gè)艙體里面的敷設(shè)空間，初步掌握電纜分支的出線位置、出線方向以及分支長度。根據(jù)敷設(shè)環(huán)境以及電纜的特性在三維虛擬艙體內(nèi)部進(jìn)行三維布線。

3.1.2 電纜仿艙體結(jié)構(gòu)三維布線裝置設(shè)計(jì)

在艙體、設(shè)備以及電纜仿真技術(shù)研究的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展電纜仿艙體結(jié)構(gòu)三維布線裝置的設(shè)計(jì)工作，為便于實(shí)際電纜制作的需要，進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.1.2.1 設(shè)備單元的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

設(shè)備單元的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)主要針對(duì)與電纜相關(guān)的對(duì)接設(shè)備和艙壁，重點(diǎn)是突出各個(gè)對(duì)接設(shè)備的插頭對(duì)接位置，盡可能簡化其它結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 設(shè)備單元的優(yōu)化結(jié)構(gòu)圖

3.1.2.2 敷設(shè)軌跡的合理設(shè)計(jì)

電纜在敷設(shè)時(shí)需要沿艙壁布線，而分支尾端因?qū)有枰獣?huì)導(dǎo)致電纜成特殊的形狀結(jié)構(gòu)，因此工裝上需要設(shè)計(jì)一般狀態(tài)的圓弧軌跡和特殊的成型軌跡，便于指導(dǎo)電纜制作和成型，如圖2所示。

圖2 分支尾端沿艙壁敷設(shè)軌跡圖

3.1.3 電纜立體成型驗(yàn)證

在電纜制作過程中需要充分考慮電纜敷設(shè)的軌跡以及某些轉(zhuǎn)彎、扭轉(zhuǎn)的位置和局部成型結(jié)構(gòu)，通過預(yù)成型明確彈上電纜的結(jié)構(gòu)和成型要求。針對(duì)電纜，在立體制作時(shí)需要考慮到電纜的柔軟性和可操作性、出線位置和方向性、局部彎曲成型等問題。

通過仿艙體結(jié)構(gòu)裝置指導(dǎo)電纜制作過程中線束的布線長度、方向；通過主干與分支的不同包扎方式、分支根部不同成型方式，使電纜結(jié)構(gòu)更加趨于艙內(nèi)的實(shí)際敷設(shè)環(huán)境，制作精度更高。

3.2 扁平成纜工藝改進(jìn)

3.2.1 扁平電纜制作方法分析及改進(jìn)

艙外電纜具有結(jié)構(gòu)寬度大、長度長、重量重等特點(diǎn)，電纜在進(jìn)行盤卷、彎曲、伸展等使用過程中受力的“嚴(yán)酷”度更大，局部位置容易出現(xiàn)過度折彎現(xiàn)象。根據(jù)以往艙外電纜制作方式，線纜成型后外表需要按1/2～2/3半疊包的方式綁扎一層耐高溫氟塑料膠帶。包裹后的導(dǎo)線局部位置受氟塑料膠帶固定，該位置屏蔽層不能移動(dòng)。由于工藝上制作的差異和受力的位置不同，局部導(dǎo)線的絕緣層與屏蔽層存在位移而其他部位則相對(duì)固定，引起在電纜彎曲等使用過程中無法回復(fù)，在安裝、使用時(shí)需要反復(fù)展開和折彎，容易產(chǎn)生折扭等缺陷。

圖3 導(dǎo)線彎折演變過程示意圖

電纜受外力后，由于電纜外表采用膠帶綁扎后，束縛了導(dǎo)線受力后的自由活動(dòng)空間，使得導(dǎo)線應(yīng)力無法充分釋放。內(nèi)部局部位置的雙絞導(dǎo)線只能在導(dǎo)線與屏蔽層間隙中產(chǎn)生相對(duì)位移，造成雙絞線中的應(yīng)力重新分布并與外力的共同作用下逐步改變了雙絞線的節(jié)距，進(jìn)而導(dǎo)致雙絞線中的內(nèi)部銅芯線變形。由于內(nèi)部導(dǎo)線中的銅芯線與塑料絕緣層在材料的物理性能（強(qiáng)度和延伸率等）上有差異，不能同步變形，當(dāng)電纜復(fù)原變直后，導(dǎo)線內(nèi)部已變形的銅芯線與受拉發(fā)生變形的絕緣層形成了新的相對(duì)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，但相對(duì)整束導(dǎo)線該種結(jié)構(gòu)具有明顯的受力方向性缺陷。在多次盤卷、彎曲后，缺陷逐步變大，形成了彎折。導(dǎo)線形成彎折的演變過程如圖3所示。

針對(duì)以上缺陷原因，調(diào)研其他型號(hào)成熟的電纜制作技術(shù)，首先取消外表綁扎氟塑料膠帶由錦綸套代替，釋放導(dǎo)線束縛外力，再將原電纜圓形結(jié)構(gòu)改用“扁平編織”方法制作電纜，通過試驗(yàn)驗(yàn)證電纜扁平化后導(dǎo)線內(nèi)部結(jié)構(gòu)質(zhì)量可靠性。

3.2.2 艙外電纜扁平成型工藝驗(yàn)證

3.2.2.1 扁平結(jié)構(gòu)排線

將電纜導(dǎo)線束整體制作成扁平結(jié)構(gòu)狀，為有效控制電纜制作長度，設(shè)計(jì)艙外電纜長度模裝裝置，如圖4，保證艙外電纜制作后長度、寬度及高度的有效控制。同時(shí)考慮雙絞屏蔽線與相鄰導(dǎo)線絕緣層綁扎后會(huì)發(fā)生摩擦損傷，需對(duì)所有成束編制處理后的導(dǎo)線保護(hù)，如圖5所示。

圖4 艙外電纜長度模裝示意圖

圖5 生料帶纏繞方式示意圖

3.2.2.2 線扎形式、線扎位置

導(dǎo)線束制作時(shí)分組扁平排列，選擇編織的導(dǎo)線，并確定線扎的形式，要求扎線后線束成扁平狀態(tài)，綁扎線要求松緊適合，線束固定牢固，不可出現(xiàn)局部卷曲現(xiàn)象，綁扎線應(yīng)盡量垂直于線束軸線方向，如圖6所示。

圖6 扁平電纜綁扎排列示意圖

電纜扁平編制完畢后，線束外面需采用膠帶或者錦綸絲套管保護(hù)，防止線束在搬運(yùn)、試驗(yàn)過程中損傷。

3.2.2.3 屏蔽收頭處理、灌封

要求艙外電纜的導(dǎo)線束收頭位置應(yīng)全部位于插頭支架灌封腔內(nèi)，屏蔽層內(nèi)導(dǎo)線應(yīng)先用鑷子鉗逐一挑出，理齊屏蔽層，屏蔽層挑出位置應(yīng)分別錯(cuò)開，以便于導(dǎo)線之間的轉(zhuǎn)接，屏蔽層整理后使用高溫綁扎線綁扎定位，如圖7所示。

4 電纜網(wǎng)檢測(cè)工藝改進(jìn)

4.1 瞬通瞬斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建立

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以瞬通瞬斷測(cè)試設(shè)備為基礎(chǔ)，在現(xiàn)有電纜網(wǎng)應(yīng)力篩選中增加瞬通瞬斷測(cè)試功能[2]，通過振動(dòng)工裝和工藝電纜，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品與瞬通瞬斷檢測(cè)儀之間有效連接，保證電纜網(wǎng)電連接器的每對(duì)接觸件處于插合狀態(tài)，考核連接器和線束中插合的接觸件在動(dòng)態(tài)應(yīng)力情況下是否發(fā)生瞬間斷電現(xiàn)象，判定電接觸的可靠性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)工裝與振動(dòng)臺(tái)面快速有效的安裝，如圖8所示。

圖8 瞬通瞬斷系統(tǒng)示意圖

瞬斷故障自動(dòng)檢測(cè)儀作為新型電纜檢測(cè)設(shè)備，可從以下幾方面進(jìn)行設(shè)備選型：設(shè)備要求適用于檢測(cè)電纜組件在應(yīng)力篩選中電連接器、元器件、組件等與導(dǎo)線相連接的各點(diǎn)在隨機(jī)振動(dòng)過程中是否產(chǎn)生大于10μs瞬間斷開故障，同時(shí)也可用于檢測(cè)電連接器、元器件、組件等與屏蔽線不相連的各點(diǎn)在隨機(jī)振動(dòng)過程中是否產(chǎn)生大于10μs瞬間接通故障。

4.2 振動(dòng)工裝設(shè)計(jì)

電纜網(wǎng)各接插件在彈上實(shí)際安裝狀態(tài)，對(duì)接插件安裝情況進(jìn)行大致分類，結(jié)合電纜立體、扁平化制作趨勢(shì)及敷設(shè)要求，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理、監(jiān)測(cè)有效的振動(dòng)工裝，既保證其與振動(dòng)臺(tái)連接可靠，又確保通過工藝電纜實(shí)現(xiàn)與瞬通瞬斷檢測(cè)儀有效連接。按照電纜網(wǎng)振動(dòng)試驗(yàn)及瞬通瞬斷測(cè)試要求、電纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)尺寸、電連接器位置設(shè)計(jì)振動(dòng)工裝，工裝上插頭分布采用模塊化設(shè)計(jì)，滿足不同型號(hào)通用化需求。

振動(dòng)工裝須能合理滿足電纜及電連接器安裝要求，盡量符合電纜網(wǎng)在彈上敷設(shè)的真實(shí)狀態(tài)，能將振動(dòng)力準(zhǔn)確地傳遞給電纜網(wǎng)，避免安裝不當(dāng)對(duì)電纜網(wǎng)造成損傷，確保電纜束彎曲半徑滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。在振動(dòng)工裝設(shè)計(jì)過程中需對(duì)工裝進(jìn)行振動(dòng)響應(yīng)有限元分析，驗(yàn)證設(shè)計(jì)方案的合理性并優(yōu)化方案。

4.3 檢測(cè)接口對(duì)接設(shè)計(jì)

振動(dòng)模態(tài)滿足應(yīng)力篩選試驗(yàn)要求后，進(jìn)行電纜網(wǎng)瞬斷檢測(cè)試驗(yàn)。將電纜與瞬通瞬斷測(cè)試設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜電接觸可靠性考核。電纜網(wǎng)與瞬通瞬斷檢測(cè)儀之間需依靠工藝電纜連接，工藝電纜設(shè)計(jì)中須同時(shí)考慮檢測(cè)儀接口和設(shè)計(jì)對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的要求。按試驗(yàn)要求將電纜網(wǎng)固定在振動(dòng)工裝上接受激勵(lì)，把需考核的電連接器接觸件插合，通過工藝電纜與瞬通瞬斷檢測(cè)儀連接，考核其電接觸可靠性。為保持電纜振動(dòng)試驗(yàn)所有量級(jí)（響應(yīng)）一致性，工藝電纜插頭位置固定模塊宜采用焊接方式連接，同時(shí)方便后續(xù)調(diào)試，實(shí)現(xiàn)對(duì)工裝靈活調(diào)整。

4.4 試驗(yàn)調(diào)試及工藝驗(yàn)證

電纜網(wǎng)常規(guī)生產(chǎn)及篩選試驗(yàn)流程見圖9。

圖9 電纜網(wǎng)生產(chǎn)及篩選試驗(yàn)流程

首先對(duì)振動(dòng)工裝進(jìn)行摸底試驗(yàn)，試驗(yàn)滿足要求后在工裝上試裝電纜，檢查電纜網(wǎng)安裝的方便性及安裝過程中電纜網(wǎng)是否會(huì)出現(xiàn)銳角彎曲及應(yīng)力集中，如果有操作性問題，應(yīng)及時(shí)完善。工裝摸底試驗(yàn)重點(diǎn)考核電連接器的振動(dòng)響應(yīng)。過程中利用瞬通瞬斷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行工藝驗(yàn)證，考核缺陷樣件篩查能力，通過瞬通（斷）幅度鑒別模塊、故障信號(hào)采集模塊及故障是否復(fù)現(xiàn)等途徑剔除質(zhì)量誤判。

5 結(jié)束語

隨著導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)趨于小型化、功能多樣化，電纜敷設(shè)空間大幅度縮小，布線的密集度大大增加，對(duì)彈上電纜網(wǎng)生產(chǎn)、裝配質(zhì)量提出了嚴(yán)苛的要求，彈上電纜網(wǎng)成型及檢測(cè)技術(shù)的改進(jìn)，提高了電纜網(wǎng)敷設(shè)及動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)的能力，為航天電纜網(wǎng)的精準(zhǔn)裝配提供了技術(shù)保障。

1 張曉帆，李永俊，徐方舟，等. 航天器全三維儀器電纜總裝設(shè)計(jì)技術(shù)研究[J]. 科技創(chuàng)新，2017(6)：50～51

2 程剛，李會(huì)方. 瞬斷瞬通測(cè)試技術(shù)[J]. 電子測(cè)量技術(shù)，2006，29(6)：54～56

Improvement of Forming and Testing Technology for Missile Cable Net

Xue Jing Zhao Xunke Xu Zongsheng Yuan Rui

(Shanghai Spaceflight Precision Machinery Institute, Shanghai 201600)

In view of the problems in the actual use of cables, the improvement measures are proposed from the aspects of three-dimensional wiring of simulated cabin structure, three-dimensional cabling, flat cabling and cable network detection technology, so as to improve the ability of cable network laying and dynamic real-time detection.

cable net；forming；testing

2018-10-18

薛靜（1985），工程師，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)；研究方向：航天電纜制作及可靠性檢測(cè)。