航空航天電連接器可靠性研究

潘素娟 劉濤

【摘 要】本文介紹了國(guó)內(nèi)外航空航天用電連接器可靠性研究的基本情況，研究了航天電連接器可靠性研究方法，分析了我國(guó)航空航天電連接器可靠性研究方法的不足和差距，并對(duì)我國(guó)航天電連接器研究工作工作提出了幾點(diǎn)建議。

【關(guān)鍵詞】航空航天；電連接器；可靠性

一、引言

電連接器作為一種基礎(chǔ)件，廣泛應(yīng)用于深空探測(cè)、航空航天等領(lǐng)域，針對(duì)航天器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工作條件和環(huán)境特殊的特點(diǎn)，除了要滿(mǎn)足一般指標(biāo)要求外，對(duì)電連接器的質(zhì)量和可靠性要求高。

伴隨我國(guó)航空航天、航空事業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)電連接器可靠性的研究體系已逐步建成。但相較于國(guó)際同領(lǐng)域?qū)﹄娺B接器可靠性的研究與發(fā)展，我國(guó)還存在一定差距。本文通過(guò)研究國(guó)外航空航天電連接器發(fā)展現(xiàn)狀，分析了國(guó)內(nèi)航空航天電連接器研究存在的不足和差距，提出我國(guó)航空航天電連接器研究的建議。

二、國(guó)內(nèi)外可靠性發(fā)展的歷史和現(xiàn)狀

可靠性是指在既定的條件下完成規(guī)定功能的能力，即就是指系統(tǒng)、設(shè)備、元件的功能在時(shí)間上的穩(wěn)定工作的性能。可靠性工程是一門(mén)新興的且涉及面廣的綜合性工程學(xué)科，可靠性研究是僅次于計(jì)算機(jī)、信息和環(huán)境的學(xué)科[1]。它研究系統(tǒng)或設(shè)備在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用的各個(gè)階段，定性和定量地分析、控制、評(píng)估和改善系統(tǒng)或設(shè)備的可靠性，并在設(shè)計(jì)中達(dá)到可靠性和經(jīng)濟(jì)性的綜合平衡。可靠性問(wèn)題的提出，首先是從航空航天領(lǐng)域開(kāi)始的。

可靠性的發(fā)展大致經(jīng)歷了40年代--可靠性的萌芽時(shí)期、50年代--可靠性興起和形成的年代、60年代--可靠性工程全面發(fā)展、隨著集成電路及計(jì)算機(jī)的發(fā)展，使可靠性研究進(jìn)入了第四個(gè)階段即60年代--可靠性成熟階段[2]。

我國(guó)的可靠性研究工作起步晚。60年代中期，我國(guó)的航空航天部開(kāi)始研究可靠性。從80年代起，隨著相關(guān)研究機(jī)構(gòu)成立，我國(guó)的可靠性工作進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)期，開(kāi)始系統(tǒng)的進(jìn)行可靠性技術(shù)的研究。但因可靠性工程研究投資大、耗時(shí)長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)研究尚處于初級(jí)階段，與國(guó)際先進(jìn)水平相比存在差距。

三、可靠性試驗(yàn)的方法

可靠性試驗(yàn)就是為評(píng)價(jià)和分析產(chǎn)品的可靠性而進(jìn)行的相關(guān)試驗(yàn)。通過(guò)可靠性試驗(yàn)研究能發(fā)現(xiàn)設(shè)備在材料、設(shè)計(jì)和工藝的缺陷，為改善產(chǎn)品的質(zhì)量提供信息。

隨著研究深入，可靠性試驗(yàn)方法得到進(jìn)一步的發(fā)展，常見(jiàn)的有20-30種方法[3]，如：應(yīng)力試驗(yàn)、可靠性篩選試驗(yàn)、極限試驗(yàn)和加速試驗(yàn)、環(huán)境試驗(yàn)、完全壽命試驗(yàn)和截尾壽命試驗(yàn)等。其中，壽命試驗(yàn)是可靠性試驗(yàn)中最重要的內(nèi)容之一。開(kāi)展壽命試驗(yàn)需要投入大量的試驗(yàn)產(chǎn)品、試驗(yàn)設(shè)備和消耗大量的時(shí)間，特別是壽命長(zhǎng)的產(chǎn)品，使可靠性試驗(yàn)成為制約可靠性工程發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。世界各國(guó)的科學(xué)家們?yōu)榱私鉀Q此問(wèn)題做了兩方面的努力：第一個(gè)努力是致力于發(fā)展小樣本條件下的可靠性參數(shù)估計(jì)方法，從而減少樣品的數(shù)量、降低試驗(yàn)的成本和時(shí)間；第二個(gè)努力是采用壽命加速試驗(yàn)，通過(guò)加速產(chǎn)品失效，以縮短試驗(yàn)時(shí)間。

按照施加應(yīng)力方式不同，目前主要有以下四種類(lèi)型的加速壽命試驗(yàn)：

1）恒定應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)

在高于正常工作應(yīng)力的幾個(gè)應(yīng)力水平下，將一定數(shù)量的樣品分成相應(yīng)組數(shù)，每組固定一個(gè)應(yīng)力水平進(jìn)行壽命試驗(yàn)，一直試驗(yàn)到每組試樣有一定數(shù)量的樣品失效為止，然后根據(jù)失效數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

2）步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)

步進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)將一定數(shù)量的樣品分成幾組，每組固定一個(gè)時(shí)間間隔逐級(jí)增加應(yīng)力水平，直到有一定數(shù)量的樣品失效為止。

3）序進(jìn)應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)

將試驗(yàn)樣品分成幾組，每組試驗(yàn)應(yīng)力按不同的速度線(xiàn)性增加，直到有一定數(shù)量的樣品失效為止。

4）變應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)

將一定數(shù)量的試件在任意變動(dòng)的應(yīng)力載荷下進(jìn)行加速壽命試驗(yàn)。

四、電連接器可靠性研究不足及建議

1.電連接器可靠性研究不足及差距

鑒于電連接器在航空航天領(lǐng)域如此重要，且電連接器要在惡劣苛刻的條件下可靠的工作，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品特定的功能，其可靠性直接影響到航空航天產(chǎn)品能否可靠地工作。美國(guó)及其他西方國(guó)家，早在20世紀(jì)60年代就開(kāi)展了可靠性研究及應(yīng)用。

我國(guó)的關(guān)于航空航天電連接器可靠性研究起步于上世紀(jì)70年代，經(jīng)過(guò)近40年的努力，電連接器的可靠性水平得到了較大的提，但與世界先進(jìn)水平相比，始終存在著較大的差距，即使是用于航天等高科技領(lǐng)域的電連接器也是如此。主要表現(xiàn)在：

5）目前電連接器相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的例試是單項(xiàng)極限試驗(yàn)，和實(shí)際工作環(huán)境不一致，缺乏一種可以模擬工作環(huán)境的電連接器可靠性試驗(yàn)的方法和統(tǒng)計(jì)分析方法。

6）例行試驗(yàn)并不反映產(chǎn)品的可靠性等級(jí)，雖然開(kāi)展了一些電連接器的可靠性試驗(yàn)工作，但沒(méi)有可靠性指標(biāo)先進(jìn)的電連接器，和航空航天產(chǎn)品高可靠性的要求不符。

2.國(guó)內(nèi)電連接器研究建議

航空航天用電連接器，在貯存和工作環(huán)境，除應(yīng)力外，還會(huì)受溫度、振動(dòng)、鹽霧、腐蝕等各種環(huán)境應(yīng)力的綜合影響，鑒于環(huán)境溫度和振動(dòng)應(yīng)力是影響機(jī)電元件可靠性的最大環(huán)境因數(shù)[4]，因此國(guó)內(nèi)電連接器相關(guān)研究，應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行加強(qiáng)：

1）建立環(huán)境溫度和應(yīng)力振動(dòng)綜合應(yīng)力作用下的失效模型并開(kāi)展可靠性試驗(yàn)和分析相關(guān)研究。

2）試驗(yàn)方案應(yīng)考慮多個(gè)應(yīng)力作用下的優(yōu)化設(shè)計(jì)組合，力爭(zhēng)與電連接器的實(shí)際使用環(huán)境相一致。

五、結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)航空航天用電連接器可靠性研究已取得較大進(jìn)步，隨著航空航天型號(hào)數(shù)量激增使用環(huán)境日趨復(fù)雜，其壽命、可靠性要求更長(zhǎng)，對(duì)可靠性研究及應(yīng)用的要求更高。本文研究可靠性進(jìn)展、存在的問(wèn)題、可靠性研究方法及后續(xù)研究方向進(jìn)行了論述研究，為可靠性相關(guān)研究提供了借鑒。

【參考文獻(xiàn)】

[1]牟致忠.機(jī)械可靠性工程基礎(chǔ)[M].北京：機(jī)械工程師進(jìn)修大學(xué)出版，1989.

[2]何國(guó)偉.可靠性試驗(yàn)技術(shù)[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1995.

[3]陳文華.航天電連接器可靠性試驗(yàn)和分析的研究[D].杭州：浙江大學(xué)，1997.

[4]潘駿.航天電連接器振動(dòng)可靠性建模與評(píng)估[D].杭州：浙江大學(xué)，2002.