民用飛機電氣線路設計中永久接頭的應用研究

胡璇　劉麥玲

【摘 要】永久接頭是民用飛機電氣線路中重要的電氣元器件之一，對永久接頭的合理應用至關重要。本文介紹了永久接頭相關的適航條款要求及永久接頭的主要作用和類型，研究和分析了永久接頭在實際應用時需滿足的原則和要求，并在此基礎上給出了永久接頭選用的一般流程和方法。

【關鍵詞】民用飛機；電氣線路設計；永久接頭；應用

隨著航空電子、電氣設備的日益發(fā)展，飛機的電氣線路越來越趨于復雜，所使用的通用電氣元器件的數(shù)量也在迅速增加。與此同時，由于通用電氣元器件失效或故障所引起的電氣線路故障也越來越多。因此，通用電氣元器件的合理應用對民用飛機的電氣線路設計是至關重要的。[1]

永久接頭是重要的通用電氣元器件之一，用于將兩根或兩根以上的導線永久性地連接在一起。永久接頭的合理應用可以有效減少飛機電氣線路中線束的數(shù)量和重量，縮短線束的制造和裝配時間。本文基于相關適航條款要求介紹了永久接頭的主要作用和類型，重點對永久接頭的應用原則和要求、永久接頭的選用流程和方法進行了研究與分析。

1 適航條款要求

CCAR-25-R4《運輸類飛機適航標準》H分部中給出了電氣線路互聯(lián)系統(tǒng)（EWIS， Electrical Interconnection System）的定義，即安裝于飛機任何部位的所有導線、線路裝置、端接器件或其組合，用于兩個或多個端點之間傳輸電能（包括數(shù)據(jù)和信號）。[2]而永久接頭作為EWIS部件的一種，其使用須滿足以下適航條款的要求：

第25.1703條 功能與安裝

（a）飛機任何區(qū)域安裝的每個EWIS部件必須：

（1）與其意向功能的性質和設計相適應；

（2）按照EWIS部件特定的限制進行安裝；

（3）完成其意向功能而不降低飛機的適航性；

（4）設計和安裝使機械應變最小化。

（d）在已知潮濕區(qū)域的EWIS部件必須受到保護，使潮濕引起的危險影響降至最低。

第25.1719條 可達性規(guī)定

任何EWIS部件必須可以接近，以對其進行持續(xù)適航所需的檢查和更換。

2 永久接頭作用

永久接頭可以實現(xiàn)導線之間不可拆卸的連接，其在飛機電氣線路設計中的主要作用如下：

（1）進行多根導線的永久連接

根據(jù)電氣線路設計中的分線需求，多根（兩根以上）導線可以通過永久接頭連接在一起從而形成連續(xù)電路。但通常永久接頭每一端連接的導線數(shù)量不多于兩根。[3]

（2）轉換導線線規(guī)

在電氣線路設計中出于降低線路壓降的考慮，可以使用永久接頭調整導線的線規(guī)（即改變導線的導體截面積），從而使其與設備端連接器的接觸件尺寸相匹配。但一些重要的系統(tǒng)線路通常在分離面處更改導線的線規(guī)，而不使用永久接頭。

（3）連接不同材料的導線

當設備自帶成品線，或部分線路使用其他導體材料的線纜以達到減重目的時，可能需要通過永久接頭來實現(xiàn)不同材料導線的連接。

（4）加長線纜

通常不允許使用永久接頭加長線纜，但因為電氣線路設計后期可能發(fā)生局部更改，需要對已經(jīng)制造加工完成的線纜做加長處理，這種情況下一根線纜上使用永久接頭的數(shù)量通常只能有一個。

（5）修理被損壞的線纜

用于修理被損壞線纜的永久接頭的使用通常需記錄下來，并且需盡可能早地用一根完整的線纜將使用永久接頭修理過的線纜替換下來。[3]

3 永久接頭類型

從接線方式、加工方式、線纜類型等方面可將永久接頭分為各種不同的類型。

3.1 按接線方式分類

根據(jù)永久接頭與導線的連接方式，永久接頭可分為并接永久接頭和線接永久接頭。并接永久接頭只有一端連接導線，而線接永久接頭的兩端均連接導線。

3.2 按加工方式分類

根據(jù)永久接頭的加工方式及工藝，永久接頭可分為焊接永久接頭、壓接永久接頭和屏蔽永久接頭。

（1）焊接永久接頭

焊接永久接頭通常由絕緣熱縮套管、位于套管內部中間位置的焊料環(huán)和兩端的密封環(huán)組成。焊接永久接頭只有線接這一種接線方式，加工時將預連接的導線剝線后從兩端插入永久接頭熱縮套管中，適當加熱后焊料環(huán)中的焊料熔化并浸潤導線的導體，熱縮套管及密封環(huán)收縮從而起到耐環(huán)境密封的作用。待焊料冷卻凝固后，預連接導線的導體就通過永久接頭接合在一起。

（2）壓接永久接頭

壓接永久接頭通常由絕緣熱縮套管、位于套管內部兩端的密封環(huán)和金屬壓接套筒組成。壓接永久接頭有并接和線接兩種接線方式，加工時將預連接的導線剝線后從壓接套筒的一端或兩端插入，然后用機械的方式將套筒及其中導線的導體壓接在一起，在適當加熱后熱縮套管及密封環(huán)收縮從而起到耐環(huán)境密封的作用。

（3）屏蔽永久接頭

屏蔽電纜永久接頭通常由含涂覆焊料和助焊劑的屏蔽編織套和兩端密封環(huán)的絕緣熱縮套管、一個或多個壓接套筒及熱縮密封套管組成。屏蔽電纜永久接頭用于單芯或多芯屏蔽電纜之間的連接，且只有線接這一種接線方式。加工后電纜的導體與壓接套筒通過機械變形壓接在一起，而電纜的屏蔽層則與外絕緣熱縮套管中的金屬屏蔽編織套焊接在一起，從而實現(xiàn)了屏蔽電纜的導體連接與屏蔽連續(xù)。

4 永久接頭的應用原則和要求

為了滿足相關適航條款的要求，永久接頭的使用在滿足飛機電氣線路功能需求的基礎上，還需充分考慮包括限制要求、區(qū)域環(huán)境要求、材料兼容要求、尺寸匹配要求和安裝要求等在內的各方面因素。另外，因導線導體之間的連接優(yōu)先采用無焊連接的方式，即應當盡量減少焊接永久接頭的使用。[4]因此，本文將不包含焊接永久接頭相關內容，同時也不包含用于連接特殊線纜的永久接頭相關內容，而主要以壓接永久接頭和屏蔽永久接頭為對象開展永久接頭的應用研究與分析。endprint

4.1 使用限制要求

永久接頭在任意兩個連接點（連接器或其他轉接點）之間的一段線纜上使用永久接頭的數(shù)量通常不應多于1個，且不能使用永久接頭連接零碎導線。通常以下線纜不應使用永久接頭：[3-4]

（1）在油箱內部的線纜；

（2）熱電偶電纜；

（3）高電壓電纜；

（4）耐火和防火電纜；

（5）在火區(qū)的電纜；

（6）關鍵線路的電纜。

4.2 區(qū)域環(huán)境要求

不同的安裝環(huán)境對永久接頭的要求也不同，在使用永久接頭的時候需考慮永久接頭是否能夠滿足其安裝區(qū)域的環(huán)境要求。具體要求如下：

（1）永久接頭的工作溫度應與區(qū)域環(huán)境溫度相匹配；

（2）在非氣密區(qū)或潮濕區(qū)域應使用密封的耐環(huán)境永久接頭，以防止?jié)駳饣螂s質的進入；[4]

（3）預絕緣永久接頭之外的永久接頭應采用絕緣套管加以防護。[4]

4.3 材料兼容要求

不同材料的金屬之間可能會產(chǎn)生電化學腐蝕，造成連接處電阻增大，并產(chǎn)生大量的熱量，從而可能會引起飛機電氣線路故障的發(fā)生。兩種不同金屬在陽極電化序中的電勢差越大，電化學腐蝕的速度就越快。故兩種相互接觸的不同金屬之間最大的電勢差通常應低于300mV，以降低電化學腐蝕的風險。[3]而電化學腐蝕的產(chǎn)生需要兩個條件：不同金屬的接觸和電解質溶液的存在。兩個條件中只要任意一個不成立，就可以有效避免和減緩電化學腐蝕的產(chǎn)生。因此，永久接頭壓接套筒的鍍層材料應與所連接導線導體的鍍層材料相兼容，或在連接處加以密封防護，以避免產(chǎn)生電化學腐蝕。[3]

4.4 尺寸匹配要求

當使用壓接永久接頭和屏蔽永久接頭進行導線連接時，永久接頭與線纜的尺寸應相匹配，具體要求如下：

（1）導線導體的截面積總和應在永久接頭壓接套筒的壓接范圍之內，并應在適當?shù)墓に嚦绦蚩刂葡逻M行壓接。當相加后的導體截面積總值很接近永久接頭壓接套筒的壓接范圍上限而導致無法裝配時，應選用壓接范圍大一號的永久接頭；

（2）導線的絕緣層外徑尺寸應與永久接頭熱縮套管尺寸相匹配，應在不改變導線自身絕緣層的情況下將其裝配進熱縮套管中；

（3）當使用屏蔽永久接頭時，永久接頭屏蔽編織套的長度應能覆蓋住兩端電纜的屏蔽層，從而在實現(xiàn)屏蔽電纜導體連續(xù)的同時實現(xiàn)其屏蔽連續(xù)。

4.5 安裝要求

永久接頭的布置及安裝要求如下：[3-5]

（1）永久接頭通常不應位于卡箍、線纜綁扎帶或連接器尾附件的鞍型支撐件下方；

（2）永久接頭通常不應位于電纜或線束在安裝、維護時可能發(fā)生彎曲的區(qū)域；

（3）永久接頭通常不應位于剛性或柔性導管的內部或末端；

（4）永久接頭在線束中的安裝應使線束尺寸盡可能小，不能妨礙線束在其指定空間的安裝或造成堵塞從而影響維護；

（5）永久接頭通常應布置在線束的外側，以便于進行維護和檢查；

（6）永久接頭在線束中的安裝應得到適當?shù)闹?，使永久接頭所連接線纜之間的相對運動最小。

5 永久接頭選用流程和方法

在實際應用中，需結合飛機電氣線路設計的功能需求及永久接頭的應用原則和要求對永久接頭進行合理選擇和使用。永久接頭選用的具體步驟和方法如下：

（1）根據(jù)所連線纜的類型確定永久接頭的類型。用于非屏蔽線纜之間的連接選用壓接永久接頭，用于屏蔽電纜之間的連接則選用屏蔽永久接頭。

（2）如需選用壓接永久接頭，則根據(jù)線路設計需求及所連線纜走線方向確定永久接頭與線纜的連接方式（線接或并接）；如需選用屏蔽永久接頭，則根據(jù)線路設計需求及屏蔽電纜的線芯數(shù)量確定需要的壓接套筒（即壓接點）數(shù)量。

（3）根據(jù)所連線纜導體的鍍層材料確定永久接頭壓接套筒的鍍層材料。壓接套筒鍍錫的永久接頭可用于連接導體鍍錫的線纜；而壓接套筒鍍鎳的永久接頭則可用于連接導體鍍鎳或鍍銀的線纜。

（4）計算永久接頭所連線纜的導體截面尺寸。當永久接頭與線纜的連接方式為并接時，需計算所有線纜的導體截面積總和；當永久接頭與線纜的連接方式為線接時，則需分別計算壓接套筒兩端所有線纜的導體截面積總和。

（5）根據(jù)計算得到的線纜導體截面尺寸確定永久接頭壓接套筒的壓接范圍。壓接套筒兩端線纜導體的截面積總和應均在壓接套筒的壓接范圍之內。

（6）如需選用壓接永久接頭，則根據(jù)線纜絕緣層外徑尺寸和兩端所連接的線纜數(shù)量確定永久接頭的熱縮密封套管尺寸和類型；如需選用屏蔽永久接頭，則根據(jù)屏蔽電纜線芯的絕緣層外徑尺寸確定永久接頭壓接套管的熱縮密封套管尺寸，并根據(jù)屏蔽電纜外護套外徑尺寸確定永久接頭帶屏蔽編織套的外絕緣熱縮套管尺寸。

（7）根據(jù)以上步驟中確定的永久接頭類型、接線類型或壓接套筒數(shù)量、壓接套筒鍍層材料、壓接套筒壓接范圍、熱縮密封套管尺寸和類型，來最終選擇和使用合適的永久接頭零件號。

6 結論

為了滿足相關的適航條款要求，永久接頭在民用飛機電氣線路設計中的實際應用不僅需滿足各系統(tǒng)功能需求，還需在選用過程中滿足使用限制、區(qū)域環(huán)境、材料兼容、尺寸匹配和安裝等各方面要求。正確、合理地選擇和使用永久接頭可以有效減少飛機電氣線路故障的發(fā)生、降低飛機線束的數(shù)量和重量、縮短飛機線束制造和裝配的時間，本文中給出的永久接頭選用一般流程和方法已通過實際應用表明其正確、有效。

【參考文獻】

[1]馬述訓.飛機設計手冊[M].北京：航空工業(yè)出版社，1999.

[2]中國民用航空局.中國民用航空規(guī)章第25部：運輸類飛機適航標準[S]. CCAR-25-R4，2009.

[3]EN3197E，Design and installation of aircraft electrical and optical interconnection systems[S].European Committee for Standardization，2010.

[4]SAE AS50881F，Wiring Aerospace Vehicle[S].SAE International，2015.

[5]SAE ARP4404C，Aircraft Electrical Installations[S].SAE International，2013.

[責任編輯：朱麗娜]endprint