薛 靜 趙尋珂 徐宗勝 袁 銳

彈上電纜網(wǎng)成型及檢測工藝改進

薛 靜 趙尋珂 徐宗勝 袁 銳

（上海航天精密機械研究所，上海 201600）

針對電纜在實際使用過程中出現(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)檢測工藝方面提出改進的手段，提高電纜網(wǎng)敷設及動態(tài)實時檢測的能力。

電纜網(wǎng)；成型；檢測

1 引言

隨著現(xiàn)代電子技術(shù)發(fā)展，導彈結(jié)構(gòu)趨于小型化、功能多樣化，導彈具有結(jié)構(gòu)緊湊、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜、可用空間有限、艙內(nèi)電氣設備密度高等特點。由于電纜網(wǎng)敷設空間大幅度縮小，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時在線檢測生產(chǎn)缺陷方面的共性問題日益突出。尤其是近年軍方對各型導彈的需求增長，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. 艙體敷設空間狹小，裝配操作困難

由于電纜網(wǎng)敷設空間狹小，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，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、預敷設電纜走向等經(jīng)驗手段，裝配效率低下，嚴重制約導彈批生產(chǎn)能力。

b. 電纜安裝后導線存在折扭缺陷

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

c. 檢測手段單一，不能滿足型號需求

篩選系統(tǒng)中振動試驗與瞬態(tài)檢測相分離，無法檢測出電纜網(wǎng)在動態(tài)環(huán)境下瞬間通斷情況。瞬間斷開或瞬間非正常導通是電纜網(wǎng)常見的一種失效模式，其產(chǎn)生原因是動態(tài)接觸電阻的瞬間變化導致傳輸信號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

3.1 仿艙體結(jié)構(gòu)三維布線及立體成纜

針對二維平面化電纜在制作時未能考慮到電纜在艙體內(nèi)部實際敷設環(huán)境和結(jié)構(gòu)要求的問題，設計一種模擬實際裝配完成狀態(tài)的仿艙體裝置，該裝置通過簡化艙體結(jié)構(gòu)，設計電纜對接位置、實際扎線位置以及敷設方向軌跡，實現(xiàn)在電纜制作時按艙體裝配位置走線定型、定位，達到指導電纜三維布線的目的，提高電纜產(chǎn)品敷設后布線合理、一致。

3.1.1 艙體及電纜的計算機三維建模

電纜仿艙體結(jié)構(gòu)三維布線裝置[1]的設計首先需要研究電纜的敷設對象和敷設環(huán)境，建立電纜所敷設的艙體、艙體內(nèi)部設備以及電纜網(wǎng)的三維模型。通過模型的建立可以了解電纜在整個艙體里面的敷設空間，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)敷設環(huán)境以及電纜的特性在三維虛擬艙體內(nèi)部進行三維布線。

3.1.2 電纜仿艙體結(jié)構(gòu)三維布線裝置設計

在艙體、設備以及電纜仿真技術(shù)研究的基礎上，進一步開展電纜仿艙體結(jié)構(gòu)三維布線裝置的設計工作，為便于實際電纜制作的需要，進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計。

3.1.2.1 設備單元的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計

設備單元的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設計主要針對與電纜相關(guān)的對接設備和艙壁，重點是突出各個對接設備的插頭對接位置，盡可能簡化其它結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 設備單元的優(yōu)化結(jié)構(gòu)圖

3.1.2.2 敷設軌跡的合理設計

電纜在敷設時需要沿艙壁布線，而分支尾端因?qū)有枰獣е码娎|成特殊的形狀結(jié)構(gòu)，因此工裝上需要設計一般狀態(tài)的圓弧軌跡和特殊的成型軌跡，便于指導電纜制作和成型，如圖2所示。

圖2 分支尾端沿艙壁敷設軌跡圖

3.1.3 電纜立體成型驗證

在電纜制作過程中需要充分考慮電纜敷設的軌跡以及某些轉(zhuǎn)彎、扭轉(zhuǎn)的位置和局部成型結(jié)構(gòu)，通過預成型明確彈上電纜的結(jié)構(gòu)和成型要求。針對電纜，在立體制作時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)的實際敷設環(huán)境，制作精度更高。

3.2 扁平成纜工藝改進

3.2.1 扁平電纜制作方法分析及改進

艙外電纜具有結(jié)構(gòu)寬度大、長度長、重量重等特點，電纜在進行盤卷、彎曲、伸展等使用過程中受力的“嚴酷”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。包裹后的導線局部位置受氟塑料膠帶固定，該位置屏蔽層不能移動。由于工藝上制作的差異和受力的位置不同，局部導線的絕緣層與屏蔽層存在位移而其他部位則相對固定，引起在電纜彎曲等使用過程中無法回復，在安裝、使用時需要反復展開和折彎，容易產(chǎn)生折扭等缺陷。

圖3 導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，束縛了導線受力后的自由活動空間，使得導線應力無法充分釋放。內(nèi)部局部位置的雙絞導線只能在導線與屏蔽層間隙中產(chǎn)生相對位移，造成雙絞線中的應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，進而導致雙絞線中的內(nèi)部銅芯線變形。由于內(nèi)部導線中的銅芯線與塑料絕緣層在材料的物理性能（強度和延伸率等）上有差異，不能同步變形，當電纜復原變直后，導線內(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穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，但相對整束導線該種結(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。導線形成彎折的演變過程如圖3所示。

針對以上缺陷原因，調(diào)研其他型號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，通過試驗驗證電纜扁平化后導線內(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證

3.2.2.1 扁平結(jié)構(gòu)排線

將電纜導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，設計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。同時考慮雙絞屏蔽線與相鄰導線絕緣層綁扎后會發(fā)生摩擦損傷，需對所有成束編制處理后的導線保護，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

導線束制作時分組扁平排列，選擇編織的導線，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，防止線束在搬運、試驗過程中損傷。

3.2.2.3 屏蔽收頭處理、灌封

要求艙外電纜的導線束收頭位置應全部位于插頭支架灌封腔內(nèi)，屏蔽層內(nèi)導線應先用鑷子鉗逐一挑出，理齊屏蔽層，屏蔽層挑出位置應分別錯開，以便于導線之間的轉(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)檢測工藝改進

4.1 瞬通瞬斷監(jiān)測系統(tǒng)建立

監(jiān)測系統(tǒng)以瞬通瞬斷測試設備為基礎，在現(xiàn)有電纜網(wǎng)應力篩選中增加瞬通瞬斷測試功能[2]，通過振動工裝和工藝電纜，實現(xiàn)產(chǎn)品與瞬通瞬斷檢測儀之間有效連接，保證電纜網(wǎng)電連接器的每對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態(tài)應力情況下是否發(fā)生瞬間斷電現(xiàn)象，判定電接觸的可靠性，同時實現(xiàn)工裝與振動臺面快速有效的安裝，如圖8所示。

圖8 瞬通瞬斷系統(tǒng)示意圖

瞬斷故障自動檢測儀作為新型電纜檢測設備，可從以下幾方面進行設備選型：設備要求適用于檢測電纜組件在應力篩選中電連接器、元器件、組件等與導線相連接的各點在隨機振動過程中是否產(chǎn)生大于10μs瞬間斷開故障，同時也可用于檢測電連接器、元器件、組件等與屏蔽線不相連的各點在隨機振動過程中是否產(chǎn)生大于10μs瞬間接通故障。

4.2 振動工裝設計

電纜網(wǎng)各接插件在彈上實際安裝狀態(tài)，對接插件安裝情況進行大致分類，結(jié)合電纜立體、扁平化制作趨勢及敷設要求，設計結(jié)構(gòu)合理、監(jiān)測有效的振動工裝，既保證其與振動臺連接可靠，又確保通過工藝電纜實現(xiàn)與瞬通瞬斷檢測儀有效連接。按照電纜網(wǎng)振動試驗及瞬通瞬斷測試要求、電纜網(wǎng)結(jié)構(gòu)尺寸、電連接器位置設計振動工裝，工裝上插頭分布采用模塊化設計，滿足不同型號通用化需求。

振動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)在彈上敷設的真實狀態(tài)，能將振動力準確地傳遞給電纜網(wǎng)，避免安裝不當對電纜網(wǎng)造成損傷，確保電纜束彎曲半徑滿足標準要求。在振動工裝設計過程中需對工裝進行振動響應有限元分析，驗證設計方案的合理性并優(yōu)化方案。

4.3 檢測接口對接設計

振動模態(tài)滿足應力篩選試驗要求后，進行電纜網(wǎng)瞬斷檢測試驗。將電纜與瞬通瞬斷測試設備連接，實現(xiàn)對電纜電接觸可靠性考核。電纜網(wǎng)與瞬通瞬斷檢測儀之間需依靠工藝電纜連接，工藝電纜設計中須同時考慮檢測儀接口和設計對于監(jiān)測點位的要求。按試驗要求將電纜網(wǎng)固定在振動工裝上接受激勵，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儀連接，考核其電接觸可靠性。為保持電纜振動試驗所有量級（響應）一致性，工藝電纜插頭位置固定模塊宜采用焊接方式連接，同時方便后續(xù)調(diào)試，實現(xiàn)對工裝靈活調(diào)整。

4.4 試驗調(diào)試及工藝驗證

電纜網(wǎng)常規(guī)生產(chǎn)及篩選試驗流程見圖9。

圖9 電纜網(wǎng)生產(chǎn)及篩選試驗流程

首先對振動工裝進行摸底試驗，試驗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)是否會出現(xiàn)銳角彎曲及應力集中，如果有操作性問題，應及時完善。工裝摸底試驗重點考核電連接器的振動響應。過程中利用瞬通瞬斷監(jiān)測系統(tǒng)進行工藝驗證，考核缺陷樣件篩查能力，通過瞬通（斷）幅度鑒別模塊、故障信號采集模塊及故障是否復現(xiàn)等途徑剔除質(zhì)量誤判。

5 結(jié)束語

隨著導彈結(jié)構(gòu)趨于小型化、功能多樣化，電纜敷設空間大幅度縮小，布線的密集度大大增加，對彈上電纜網(wǎng)生產(chǎn)、裝配質(zhì)量提出了嚴苛的要求，彈上電纜網(wǎng)成型及檢測技術(shù)的改進，提高了電纜網(wǎng)敷設及動態(tài)實時檢測的能力，為航天電纜網(wǎng)的精準裝配提供了技術(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計技術(shù)研究[J]. 科技創(chuàng)新，2017(6)：50～51

2 程剛，李會方. 瞬斷瞬通測試技術(shù)[J]. 電子測量技術(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，機械設計制造及其自動化專業(yè)；研究方向：航天電纜制作及可靠性檢測。