一種耐高溫航空光纜的研制

周正平，　單海龍，　季冬冬，　丁春風

（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

（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、電力行業發展有近30年的歷史，相比以銅線為傳輸媒介具有許多明顯的優點。隨著輕質、低損耗、抗干擾等航空特殊要求的提出，光纜在航空領域得到軍方的重視。介紹一種耐高溫航空光纜，可用于航空飛行器內部布線，進行信號傳輸。以φ1.8 mm的耐高溫航空光纜為例，介紹了該航空光纜的結構、生產控制重點、試驗方法等。

光纜；耐高溫；航空；性能

0　引　言

光纜憑借其損耗低、抗干擾性能優越、重量輕等優點，得到我國通信運營商的青睞，在我國移動網絡的2G、3G以及現在的4G中被大批量應用。但其缺點也很明顯，如短距離傳輸性能優勢不明顯、抗彎能力差、不易保護等，故在航空領域一直發展緩慢。國外對航空光纜的研究從上世紀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企業卡萊、耐克森、戈爾。隨著光控飛行技術及智能蒙皮技術的發展，光纜在航空領域的應用取得突破性進展。特別是在美國F/A-18E/F、F-22等軍用飛機上的成功應用，給了航空光纜一個大展身手的舞臺。

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口，隨著國家安全戰略發展的需要，我國一些民族企業開始進行航空光纜的研制。

本文以一種φ1.8 mm的松套耐高溫航空光纜為例，介紹了該光纜的結構、在生產中要控制的重點和相關試驗方法。

1　航空光纜結構

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

圖1　TGGS1-62.5/125-1結構示意圖

2　生產控制重點

（1）光纖及涂覆層。光纖的耐溫等級是航空光纜的重要技術指標，而高溫涂層是關鍵。目前國內高溫光纖的技術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緩沖層加工溫度的要求，在生產時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口的耐高溫光纖。光纖重點考慮涂覆層的耐溫等級。

圖2　TGGS1-62.5/125-1照片

表1　TGGS1-62.5/125-1結構參數

在制定耐高溫光纖材料采購要求時，除了滿足GJB 1427A—1997要求外，還按ARINC 802的使用要求對涂覆層作出規定。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涂覆層；為增加光纖耐溫等級，選擇聚酰亞胺作為其二級涂覆層，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這個技術難題。

（2）一級緩沖層。一級緩沖層繞包在光纖外表面，對內保護光纖，對外防止擠出時硬塑料直接和光纖粘合，影響損耗，起到緩沖作用。通過對產品的研究，我們制定了薄膜帶主要性能指標，見表2。

表2　薄膜主要性能指標

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，牽引張力也要盡量減小，防止拉斷光纖或由于拉力導致光纖性能的破壞。通過多次試驗，制定生產時的溫度和濕度環境要求，工藝數據也進行數字化處理，在工藝文件中規定節距公差、繞包張力數據，以求最優的繞包工藝。

（3）二級緩沖層。二級緩沖層為一種硬塑料，強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緩沖層主要是替代原先的螺旋鋼帶鎧裝，起到保護光纖的作用。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強度非常高，可以有效保護內部光纖不受擠壓。

（4）加強件。加強件為芳綸絲，依據實際應用時的強度要求，應選擇相應規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在機艙內部，為了實現光纜的圓整度和減重要求，我們進行了工藝調整，采用16錠編織機或8錠編織機進行編織，設計編織工藝時，打破金屬編織45°最佳角度的設計傳統，將編織角度控制在65°～75°，編織節距控制在3～4 mm之間，在滿足光纜抗拉強度的同時保證了光纜的圓整度。

（5）護套。護套采用可溶性聚四氟乙烯材料，為了表面的平整度，對擠出工藝進行研究，在擠出時借鑒可溶性聚四氟乙烯管材生產工藝，選擇0.9～1.0的平衡比，在模具設計時，模套直徑（內徑）φ2.0 mm，和光纜外護套相近，擠出時采用水冷的冷卻方式，加速光纜護套的冷卻定型，防止由于高溫對光纜的內部結構產生破壞。同時為了保證定型的質量，在可溶性聚四氟乙烯材料選擇時，盡可能選擇熔融指數較低的材料，通過反復試驗，熔融指數為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套材料。

3　航空光纜的技術要求

在參考ARINC 802規范的基礎上，結合客戶的需求，確定松套耐高溫航空光纜的主要技術指標如下：

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

（2）反復彎曲。最小周期為100000次，掛重為0.454 kg。試驗后光纖不應破斷，護套應無裂紋、開裂或撕裂。試驗期間和試驗后，光纖的光透射性能變化不應超過0.50 dB。

（3）直角彎曲。負載重量為1.60 kg，試驗后，光纖不應破斷，護套應無裂紋、開裂或撕裂。

（4）冰擠壓。試驗后，光纜中光纖的光透射性能變化不應超過0.50 dB。

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

4　航空光纜的試驗

（1）衰減常數

衰減常數是所有光纜重要的考核指標，航空光纜衰減試驗評估的是在振動、彎曲條件下光纖的應變能力。ARINC 802選擇TIA-455-78B方法C作為標準試驗方法。

（2）反復彎曲

反復彎曲是考核耐高溫航空光纜在多次彎曲、移動條件下護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定條件。具體方法是按GJB 915A—1997中方法201規定進行，試驗時在成品待測光纜上截取1根5 m長的光纜。

（3）直角彎曲

光纜直角彎曲試驗程序應按GJB 1428B—2009中4.5.4.10進行。試驗裝置如圖3所示。芯棒半徑應為5倍光纜直徑，扁平金屬板的厚度為12.7～19.1 mm。

試驗后考核光纖有無破斷，護套有無裂紋、開裂或撕裂現象。

圖3　直角彎曲試驗裝置示意圖

（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境下對光透射性能、外觀的影響，評估耐高溫航空光纜是否符合高空飛行時低溫環境下的使用要求。

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

（5）高溫壽命

高溫壽命按GJB 360B—2009中方法108規定進行。考核產品的可靠性。

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

5　結束語

耐高溫航空光纜在國外已被廣泛應用于國防等尖端領域，而國內目前處于剛剛起步階段，為了擺脫該類光纜對國外的依賴，國內電纜廠商紛紛投入資金進行研發。

本文以我公司研發的一種φ1.8 mm的耐高溫航空光纜為例，介紹光纜的結構、生產控制重點、試驗方法等，希望能夠推進國內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展動態[J].光纖與電纜及其應用技術，1997，3（7）：3-9.

[2]GJB 360B—2009電子及電氣元件試驗方法[S].

[3]GJB915A—1997纖維光學試驗方法[S].

[4]GJB 1428B—2009光纜通用規范[S].

[5]ARINC 802航空運輸工業光纖光纜[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[226103].