飛機(jī)EWIS 連接器－導(dǎo)線斷開故障分析與改進(jìn)

金星海，阮亞東

（1.中國直升機(jī)設(shè)計研究所，江西景德鎮(zhèn)，333000；2.中國人民解放軍91548部隊，遼寧葫蘆島，125109）

0 引言

電氣互聯(lián)系統(tǒng)（EWIS）是飛機(jī)的關(guān)鍵系統(tǒng)之一。如同飛機(jī)的“血管”，其承擔(dān)著向各個用電系統(tǒng)輸送能量以及傳遞控制信號的重要作用[1-3]。隨著飛機(jī)逐漸向多電、全電方向發(fā)展，電氣互聯(lián)系統(tǒng)所占據(jù)的地位也愈加關(guān)鍵，電氣互聯(lián)系統(tǒng)的故障將直接影響飛機(jī)系統(tǒng)整體的性能。連接器與導(dǎo)線作為電氣互聯(lián)系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，其二者之間的連接質(zhì)量問題會直接影響整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行并給飛機(jī)整體的安全性和可靠性帶來嚴(yán)重的威脅[4-5]。

本文針對飛機(jī)EWIS中常出現(xiàn)的連接器－導(dǎo)線斷開故障，基于故障樹的分析方法[6]，從制造、防護(hù)、安裝與固定等方面對可能導(dǎo)致EWIS 組件斷裂的各個因素進(jìn)行了分析，進(jìn)而對EWIS 連接器－導(dǎo)線斷開故障的原因進(jìn)行了定位，最后針對該故障提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。上述工作可有效預(yù)防和減少電氣互聯(lián)系統(tǒng)中連接器與導(dǎo)線斷開故障的發(fā)生，為后續(xù)飛機(jī)EWIS 組件質(zhì)量與可靠性的提升提供思路。

1 故障定位與機(jī)理分析

連接器－導(dǎo)線斷開故障，作為飛機(jī)服役過程中常見的EWIS 故障，將會直接影響飛機(jī)任務(wù)系統(tǒng)的正常運(yùn)作。例如，直升機(jī)尾減速器輸入振動傳感器的尾段線束連接器59T-a（型號：JYD1E0235SN02）的地線和屏蔽引線發(fā)生松脫斷開故障（如圖1 所示）將會直接導(dǎo)致尾減振動超限故障。

圖1 連接器－導(dǎo)線斷開現(xiàn)場圖

本文針對上述尾減輸入振動傳感器連接器與導(dǎo)線斷裂問題，從EWIS 組件的制造、防護(hù)、安裝與固定等方面進(jìn)行了故障樹（FTA）分析，建立了如圖2 所示的故障樹。進(jìn)一步，根據(jù)故障樹及故障現(xiàn)場狀態(tài)，對故障事件開展逐步排查。

圖2 連接器－導(dǎo)線斷開故障樹

■1.1 底事件C1：固定點(diǎn)在連接器根部壓迫導(dǎo)線

通過對線束現(xiàn)場安裝以及導(dǎo)線斷裂情況（如圖3 所示）發(fā)現(xiàn)，在連接器根部綁扎有一條尼龍扎帶。而經(jīng)過查看三維數(shù)模圖4 發(fā)現(xiàn)，在連接器59T-a 處并未要求進(jìn)行系帶綁扎，可見此處實際固定狀情況與設(shè)計狀態(tài)不符。在連接器根部進(jìn)行系帶綁扎容易導(dǎo)致導(dǎo)線受到壓迫。因此，不排除固定點(diǎn)在連接器根部壓迫導(dǎo)線造成導(dǎo)線斷裂的情況。

圖3 導(dǎo)線斷開現(xiàn)場情況

圖4 線束三維數(shù)模局部圖

■1.2 底事件C2：插拔時拉扯導(dǎo)線

根據(jù)現(xiàn)場情況可知，系帶固定在連接器的根部，在進(jìn)行連接器插拔的過程中容易造成導(dǎo)線拉扯，載荷傳遞至線束的壓接點(diǎn)，由此造成導(dǎo)線在壓接位置處發(fā)生斷裂。由此可見，底事件C2 不可排除。

■1.3 底事件C3：壓接工具本身問題

進(jìn)一步對制作尾減輸入振動傳感器連接器（59T-a）的壓接鉗性能進(jìn)行了拉脫力實驗驗證。分別選用線規(guī)為12#，14#，16#，18#，20#，22#，24#的導(dǎo)線進(jìn)行拉脫力試驗，每種線規(guī)至少重復(fù)測試三次以排除試驗的偶然性，所得試驗結(jié)果如圖5 所示，由試驗結(jié)果可知，12#～24#導(dǎo)線的拉脫力實測值皆大于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的理論值，即可證明所使用的壓接鉗滿足《壓接型電連接器典型工藝規(guī)程》（DX/GY49-2019）的要求。因此，可以排除底事件C3 壓接工具本身的問題。

圖5 壓接鉗拉脫力測試結(jié)果

■1.4 底事件C4：壓接檔位選用不正確

在對導(dǎo)線進(jìn)行壓接時，若所選用的壓接檔位過大，將會使得壓接深度過大，甚至在導(dǎo)線壓接點(diǎn)處形成損傷，進(jìn)而影響導(dǎo)線服役過程中的可靠性與安全性。

選取了同批次壓接過的接觸銷進(jìn)行了截面顯微觀測。其中，壓接點(diǎn)未見破裂，壓接深度未見異常，具體觀測情況如圖6 所示。因此，可排除底事件C4 壓接檔位選用不正確。

圖6 接觸銷壓接坑深度觀測情況

■1.5 底事件D1：熱縮管的熱縮工藝不到位

在線束組件的制造過程中常使用熱縮管以實現(xiàn)連接器與波紋管之間的連接以及對連接部位進(jìn)行保護(hù)的作用。因此，如果熱縮管的熱縮工藝不到位將會影響連接器與波紋管之間的連接質(zhì)量進(jìn)而會導(dǎo)致波紋管脫落、導(dǎo)線失去防護(hù)。

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首先，對尾減輸入振動傳感器連接器和波紋管的熱縮處理工藝流程如下：

（1）處理前對連接器后部的導(dǎo)線使用自粘膠帶纏繞2-3圈，防止波紋管邊緣對導(dǎo)線磨損。波紋管在?？s套熱縮前，處于松弛狀態(tài)；

（2）使用DW 管連接JYD1E0235SN03 連接器尾部與波紋管，波紋管靠近連接器尾部端面，DW 管規(guī)格1/2，長度40 ～45mm；覆蓋連接器尾部18～20mm 使用熱風(fēng)槍加熱，加熱溫度180℃，如圖7 所示。

圖7 連接器和波紋管連接示意圖

圖8 連接器熱縮管防護(hù)情況

（3）檢查連接器與波紋管連接是否牢固。

（4）確保線束表面干凈無污染物，絕緣層完好無損。

按照此工藝已完成多架次線束的安裝并已完成了試飛驗證，因此可初步排除熱縮工藝本身存在問題的情況。進(jìn)一步對現(xiàn)場熱縮管的內(nèi)徑進(jìn)行測量，測量結(jié)果如表1 所示。根據(jù)測量結(jié)果和外觀檢查，可判定現(xiàn)場實際情況不存在熱塑管未熱縮到位的問題。綜上，可排除底事件D1 熱縮管熱縮不到位的情況。

表1 熱縮管收縮前后內(nèi)徑

■1.6 底事件D2：系帶綁扎不合理

通過查看線束設(shè)計的三維數(shù)模和其他機(jī)上安裝狀態(tài)，并未在連接器根部綁扎系帶的情況，在連接器根部綁扎系帶，容易造成熱縮管的縮緊部位因受力磨損發(fā)生脫落，進(jìn)而導(dǎo)致導(dǎo)線因失去防護(hù)而發(fā)生斷裂。因此，不排除系帶綁扎不合理造成導(dǎo)線斷裂。

■1.7 底事件C6：缺少尾部附件

尾附件是電連接器的重要組成部分，在連接器的使用過程中需要用戶單獨(dú)對附件進(jìn)行選擇。附件的主要起到固定并保護(hù)導(dǎo)線，防止導(dǎo)線與接觸體端的焊（壓）接處因受力而產(chǎn)生損傷以及提高電磁屏蔽性能（如鈦鎳環(huán)）的作用。經(jīng)現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)59T-a 連接器（型號：JYD1E0235SN02）未帶有尾附件。由于缺少固定及保護(hù)措施，連接器與導(dǎo)線的焊（壓）接處直接承受載荷，因此不排除底事件C6。

■1.8 底事件D3：修剪余長時未修整齊

（1）放平拉直整理線束，將端頭線束拉直齊平接觸件根部修剪平整；

（2）檢驗導(dǎo)線是否修剪切口齊平，無毛刺；

（3）檢驗導(dǎo)線是否表面干凈無污染，絕緣層完好無損。

相關(guān)工藝規(guī)程中已對導(dǎo)線修剪質(zhì)量設(shè)置專門檢驗環(huán)節(jié)。此外，根據(jù)現(xiàn)場情況可知尾減輸入振動傳感器連接器只有一根屏蔽扭絞線，接線關(guān)系詳情見表2。因此，可以排除導(dǎo)線修剪余長時未修剪整齊的情況。

表2 尾減輸入振動傳感器連接器的接線關(guān)系

■1.9 底事件D4：扭絞線剝開后和單芯線長度不一致

根據(jù)表2 接線關(guān)系可知，尾減輸入振動傳感器連接器有一雙芯屏蔽線和一個屏蔽引線，雙芯屏蔽線為一個整體，因為也存在長度不一致情況。此外屏蔽引線存在回彎，不會存在長度短的情況。因此排除底事件D4。

■1.10 機(jī)理分析

綜上所述，導(dǎo)致本次尾減輸入振動傳感器連接器導(dǎo)線斷裂情況的主要原因為：在連接器根部不合理地綁扎系帶導(dǎo)致固定點(diǎn)在連接器根部壓迫導(dǎo)線以及熱縮管易脫開，加之缺少連接器尾部附件的防護(hù)。通過現(xiàn)場情況可知，在尾減振動傳感器連接器根部綁扎有系帶將連接器根部固定，一方面這種固定方式，會導(dǎo)致內(nèi)部導(dǎo)線以及熱縮管縮緊部位受到壓迫作用，另一方面這種固定方式僅僅能固定波紋管和導(dǎo)線并未固定連接器，因此插拔運(yùn)動以及振動過程中更容易使得導(dǎo)線無法釋放內(nèi)部應(yīng)力進(jìn)而發(fā)生斷裂。當(dāng)熱縮管、波紋管和連接器已經(jīng)脫開時，導(dǎo)線失去物理防護(hù)的作用，加之缺少尾部附件對壓接點(diǎn)處所起到的保護(hù)作用，連接器與導(dǎo)線之間僅僅靠壓接件相連接，因此導(dǎo)線在振動或插拔過程中很容易在壓接部位形成損傷斷裂。

2 問題復(fù)現(xiàn)

為驗證連接器沒有尾部附件且根部綁扎系帶、熱縮管脫開未及時處理是否會造成尾減輸入振動傳感器連接器導(dǎo)線斷裂故障，根據(jù)機(jī)上實際狀態(tài)進(jìn)行了模擬實驗驗證。模擬驗證件制作情況如表3 所示。

表3 模擬試驗和機(jī)上情況對照表

模擬驗證件制作完成后，將其固定在樣板臺上，在其根部綁扎尼龍系帶（如圖9 所示），并與傳感器插座進(jìn)行對接插拔操作。在插拔12 次后出現(xiàn)熱縮管松脫情況，在插拔30 次后出現(xiàn)導(dǎo)線斷裂情況，如圖10 所示。

圖9 還原機(jī)上現(xiàn)場實際狀態(tài)

圖10 插拔30 次后的狀態(tài)

根據(jù)上述模擬實驗的結(jié)果可以看出，連接器沒有尾部附件、在連接器根部綁扎系帶后會進(jìn)行插拔容易造成熱縮管松脫，進(jìn)而導(dǎo)致導(dǎo)線斷裂的情況。由于機(jī)上還會存在振動情況，實際使用過程中造成導(dǎo)線斷裂的插拔次數(shù)甚至更少。

3 糾正與改進(jìn)

針對現(xiàn)場出現(xiàn)的導(dǎo)線斷開故障，開展如下操作進(jìn)行處理：首先，將接觸銷從連接器中取出，然后拉直導(dǎo)線齊平修剪。重新壓接接觸銷，送銷子后進(jìn)行導(dǎo)通、絕緣測試。最后，修剪合適長度的熱縮管（DW-1/2-0），熱縮至連接器和波紋管連接處，并將之前綁扎的系帶取消。維修后進(jìn)行導(dǎo)通絕緣測試，再進(jìn)行通電檢查。對于其他小批量已交付產(chǎn)品以及處于研制階段產(chǎn)品的處理方案如下：

（1）對原來生產(chǎn)線束組件時所使用的工藝規(guī)程以及物料清單進(jìn)行修訂。對于尾減輸入振動傳感器連接器59T-a（型號：JYD1E0235SN03） 的 部 分 增 加 使 用JYCWFE02VF01型尾部附件的內(nèi)容，且對相應(yīng)的加工工藝做詳細(xì)要求。

（2）對于已交付產(chǎn)品進(jìn)行檢查，主要內(nèi)容包括：檢查尾減輸入振動傳感器連接器型號（59T-a）型號（JYD1E0235SN03、尾部附件JYCWFE02VF01）是否正確；導(dǎo)線防護(hù)是否存在不良現(xiàn)象如：熱縮管存在松動情況，在連接器根部綁扎系帶等。確保已交付的產(chǎn)品中尾減輸入振動傳感器連接器（59T-a）包裹緊密、無松脫，沒有固定方案不合適的情況存在。

（3）對于處于研制階段的產(chǎn)品，對其設(shè)計圖紙和生產(chǎn)記錄進(jìn)行核查。對于同樣僅使用了JYD1E0235SN03 型連接器而沒有尾部附件的產(chǎn)品，發(fā)出設(shè)計更改。更改后的狀態(tài)如圖11 所示。

圖11 連接器JYDE0235SN03 和尾附件JYCWFE02VF01 安裝圖

4 結(jié)論

本文針對飛機(jī)EWIS 中常見的連接器－導(dǎo)線斷開故障，基于故障樹的分析方法，對可能導(dǎo)致連接器－導(dǎo)線斷裂的各個因素展開了分析，對該故障的原因進(jìn)行了定位，即在連接器根部不合理地綁扎系帶導(dǎo)致固定點(diǎn)在連接器根部壓迫導(dǎo)線以及熱縮管易脫開，加之缺少連接器尾部附件對連接部位的防護(hù)。最后，對處于各個階段的產(chǎn)品提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施，為后續(xù)飛機(jī)EWIS 組件質(zhì)量與可靠性的提升提供了思路，進(jìn)而在一定程度上避免此類故障的發(fā)生。連接器與導(dǎo)線作為電氣互聯(lián)系統(tǒng)中的關(guān)鍵組件，其二者之間的連接質(zhì)量問題會直接影響整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行甚至?xí)o飛機(jī)整體的安全性和可靠性帶來嚴(yán)重的威脅。因此，需落實完善相關(guān)工藝規(guī)程以及在EWIS 組件的生產(chǎn)、運(yùn)輸、貯存以及使用等各環(huán)節(jié)的管理制度，增強(qiáng)相關(guān)工作人員的質(zhì)量意識，嚴(yán)把產(chǎn)品的質(zhì)量關(guān)。