摘要：现阶段，科学技术发展迅速，电缆网是实现航天器整机系统工程、各分系统仪器设备之间的电力输送、指令传输、信息交换等功能的通道和枢纽，其装联可靠性是关系到航天器成败的关键因素之一。轻量化、高可靠是航天器电缆装联技术的重要发展方向。目前，由于电连接器设计的局限性，常规电缆网多采用单点单线的设计方式，但随着电缆网需要传输的信号数量和种类的增多，若继续采用该种设计，势必需要增加大量电缆，导致电缆网重量增加。为了满足多数量和多种类信号的传输需求，电缆网需要采用一种单点多线的新型设计，此时矩阵电缆网的设计应运而生。矩阵电缆是矩阵电缆网组网的关键，本文针对此种新型矩阵电缆的特点，开展设计原理和装联工艺研究，并对装联后的电缆实施了外观检查、拉力试验、扫描电子显微镜（ＳＥＭ）试验等，旨在保证矩阵电缆装联的质量和可靠性，确保其满足型号产品的需要。
关键词：航天器用矩阵电缆；设计原理；装联工艺研究
引言
矩阵电缆网的特殊网络结构设计可有效实现航天器电缆网的轻量化和高可靠性。对矩阵电缆网用矩阵电缆的设计原理进行了重点介绍。研究设计了矩阵电缆装联工艺的实现方案，包括导线分线连接装置的选型、装联工艺方法以及装联工艺参数的确定。通过外观检查、拉力试验、显微剖面试验、热循环试验、振动试验等试验验证了矩阵电缆装联工艺方案的可行性和高可靠性。矩阵电缆能为航天器矩阵式驱动电路、矩阵式开关状态采集电路设备间的遥控指令与遥测参数传输提供可靠性保障。
1矩阵电缆的设计原理
矩阵电缆由载荷综合业务单元矩阵电路主份接插件输出，遍历通信舱板设备后返回载荷综合业务单元矩阵电路备份接插件。这种设计可以减少节点数量，用于卫星载荷舱具有矩阵式驱动电路、矩阵式开关状态采集电路的设备间的遥控指令与遥测参数传输，进而减少电缆长度和插头数量，实现轻量化和可靠性提升。
1.1矩阵资源分配原则
对于相互间有联系的设备或者网络，可以将矩阵指令、矩阵遥测等信号等效为一个大矩阵。假设该矩阵的资源为２４Ｒ（行）×１６Ｃ（列））所示。根据不同的设计原则，可以定义出１个基本单位矩阵（或者是１个最小单元矩阵）３Ｒ×２Ｃ）所示。在进行相关设计时，可以按照需求填写６Ｒ×４Ｃ或者３Ｒ×２Ｃ，但不得低于基本单位矩阵。
1.2矩阵电缆设计原理
可假设现有１台设备，使用７个线包控制相应的射频开关，通过不同的行列组合，就可以得出多种排列组合方式，从而达到对不同数量的射频开关进行控制的目的。根据不同的设备对矩阵指令和遥测信号的需求，不难生成相应的原理图，设备内部矩阵信号排列方式及连接方法。由此，将多个设备有序地链接在一起，则可以得到多台设备的连接原理图。卫星整舱矩阵电缆的走向，可以看出，矩阵电缆主树从设备１的主份接插件输出，当经过需要矩阵指令的仪器设备时，相应的行／列电缆从主树中分出，去向相应的设备，当行／列电缆遍历完该区域的设备时，则按其原路径返回矩阵电缆主树。如某一行或某一列到达其最后一个终端设备，则行／列电缆按矩阵电缆主树返回设备１的备份接插件。矩阵电缆主树的整体趋势为由粗至细，当矩阵电缆主树中的行／列电缆遍历最后一台设备时（可能此时主树只有几根行／列电缆，其它行／列电缆在中途遍历完已返回），则行／列电缆按原路径返回设备１的矩阵指令备份接插件。
2矩阵电缆装联工艺设计
２．１ 装联材料选用
由于设备采用了矩阵指令、矩阵遥测的设计，要实现该种设计需要单个焊点至少焊接２根导线，但是现阶段航天器电缆网采用的焊接型电连接器内部空间狭小，焊点截面积也非常小，且相关标准规定压接型电连接器１个压线筒内只能压接１根导线，也不能实现上述设计。虽然部分型号设备中为实现电气功能备份的双冗余设计还可以采用在电连接器外部加端接模块的方式，但此种端接模块因其结构设计的原因在使用过程中不容易防护，在使用过程中曾经多次发生过导线从根部断裂的质量问题，且其外部材料耐空间环境能力较差。针对端接模块的不足，经过调研和对比，在工艺上选用了Ｄ－４３６型压接端子作为导线分线连接装置。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该压接端子具有如下特性：ａ．端子为金属材质，外护套为绝缘有机材料；ｂ．有线接和端接两种方式，连接方式为压接，同一压线筒内可以放入多根导线；ｃ．体积小、重量轻，与传统端接模块相比，其重量和体积均下降６０％以上。
2.2装联工艺选用
通过对不同规格导线分线连接装置（端子）和导线匹配性的研究，发现不同导线分线连接装置与导线的组合结果不同。根据以上研究结果，对导线分线连接装置压接工艺进行了试验，试验结果表明，为确保压接质量必须对压接工艺方法和工艺参数进行严格控制：ａ．导线端头处理长度应严格控制在７＋０．５０ｍｍ（与其余压接端子有所不同）。导线端头长度过长，则会导致电缆绝缘层与内芯线间距过大，芯线露出绝缘端过长，影响端子及导线抗拉强度；导线端头长度过短，则会导致导线芯线进入压线筒长度不足，造成压接质量不合格。ｂ．导线分线连接装置与导线装配时，导线绝缘层与压线筒之间的距离≤０．５ｍｍ，且不能进入压线筒。ｃ．采用专用的压接工具进行压接。
3矩阵电缆可靠性验证
在采用压接工艺完成装联的矩阵电缆（压接件）中随机选取试样，参照相关标准进行可靠性验证试验。首先进行压接件试样外观检查，检查压坑状态，有无裂纹、弯曲、毛刺等缺陷；然后通过拉力试验判断压接强度是否符合要求；最后通过金相试验对压接件试样的剖面进行显微观察，判断压接部位的变形是否均匀，内部是否有裂纹，镀层是否有起皮脱落等损伤。
3.1外观检查
在对压接件试样的压接位置进行外观检查后，发现压坑位置合理，压坑均匀、左右对称、无裂纹，压线筒外观良好、无镀层隆起和脱落、无弯曲、无毛刺。这表明压接件试样的外观符合标准要求。
3.2拉力试验压接件试样
进行拉力试验时，采用拉力测试仪进行测量，拉伸速度设定为２５～５０ｍｍ／ｍｉｎ，记录直至拉断时的拉力值，进而计算抗拉强度。当压接件试样中有多根导线压接时，应对压线筒内的导线依次进行拉力测试，并记录直至拉断时的拉力值。根据判定标准（即压接件的耐拉力值应不小于导线耐拉力值的７０％），可见各压接件试样均满足耐拉力值要求。
3.3显微剖面试验
压接件显微剖面试验（ＳＥＭ试验）的试验要求为：ａ．压线筒的压接部位均匀变形；ｂ．压线筒内所有芯线的圆形截面均发生变形，所有芯线之间、芯线与压线筒内壁之间空隙面积小于芯线总截面积的１０％，导线和压线筒间呈气密性连接；ｃ．变形后的压线筒不应存在裂纹或损伤，镀层不应存在隆起、起皮和脱落等现象。
结语
矩阵电缆网的特殊网络结构设计，可有效降低电缆网的节点数，实现轻量化和高可靠性。但也正是特殊的网络结构，造成矩阵电缆网用矩阵电缆需要进行多次分线，使其与传统电缆的装联工艺差异较大。对此，本文对矩阵电缆的设计原理和装联工艺进行了研究，并通过外观检查、拉力试验、显微剖面试验、热循环试验、振动试验等对矩阵电缆的装联效果进行验证，确保矩阵电缆分线装联的高可靠性。
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论文作者:徐科伟
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/6
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