摘要：拉脱分离式连接器多用在特种行业，随着科学技术的发展，国内该类连接器的研发实力及产品质量均得到了较大的提升。本文就拉脱分离电连接器的现状进行了简要分析，同时，以拉杆式拉脱分离电连接器为例，对连接分离机构设计计算进行了概述。
关键词： 拉脱;分离;连接器
1 引言
拉脱分离式连接器是一种具有耐极端环境、电(光)信号传输稳定、分离可靠性高等特点的电连接器，主要应用于高空飞行器的分离装置上和其它特定环境中的电(光)信号传输设备中。
例如，安装在飞行器舱壁的拉脱分离式连接器，当飞行器的外罩部分与主体分离时，分离连接器插座必须承受非常高的气动热高温，不能出现分离连接器插座烧蚀引起飞行器外形的改变，从而保护飞行器内部电路不会出现故障。
随着超高音速武器和太空武器的发展，迫切需要更高性能的拉脱分离式连接器。因此，加强、加快更高性能的拉脱分离式连接器的研发才能够满足武器装备的迫切使用需求。
1.1国外主要现状
国外主要生产厂商有美国的CANNON、G&H、DEUTSCH、AMPHENOL和法国的SOURIAU、FCI等公司，均为定制产品，所生产的分离脱落电连接器有电爆、拉杆、切面、电磁、拉线等分离形式;如MIL-C-38999系列拉线分离产品，多为航空飞行器所应用;如可控级间或底部助推分离连接器、可拉脱连接器等，均为空间设备定制连接器产品。SOURIAU公司研制的供电脱落连接器见下图。
图1 SOURIAU公司研制的供电脱落连接器
该类连接器用于飞行器和供电信号、电源、1553B数据总线以及冷却液导管的底座之间的互连，飞行器侧的每一条连接器线束均为封闭结构，在飞行器升空时拉动拉线脱落。
图2 SOURIAU公司研制的拉线分离连接器
上图所示连接器为SOURIAU公司研制的MIL-C-38999系列拉线分离连接器产品，具有拉脱分离功能，可以光电接触件混装，实现光电信号的集成传输。
1.2国内主要现状
国内拉脱分离式连接器的发展相对较晚，目前研发、生产该类连接器产品的厂家主要有杭州航天电子技术有限公司、中航光电股份有限公司、贵州航天电器股份有限公司、沈阳兴华航空电器有限责任公司等。相关代表产品有YF5系列(见图3)、YF6系列(见图4)中心拉杆分离电连接器，J599/31系列拉线分离连接器等。
图3 YF5系列分离电连接器
图4 YF6系列分离电连接器
图5 J599/31系列拉线分离电连接器
2 拉脱分离式连接器工作程序
通常情况下，分离电连接器的设计研发均有相关标准可做参考。如J599/31系列拉线分离电连接器为符合MIL-DTL-38999/31和GJB1188A标准的连接器产品;具有三头螺纹快速连接、拉脱分离、带有防松机构;具有接触体可取送、防磕碰、防斜插、防错差功能以及优良的耐环境性能(霉菌、湿热、振动、冲击、电磁干扰屏蔽等)。拉脱分离式连接器的结构及工作原理有很大的差别，如机械分离和电磁分离。但连接与分离程序大同小异，下面以拉杆式分离电连接器为例，简要说明如下所示：
图6 连接与分离程序图示
3连接分离机构的设计概述
拉脱分离式连接器的核心技术在于分离机构，不同类型的分离电连接器分离原理均有差异，分离结构也不尽相同。本文以拉杆式拉脱分离连接器为例，对其分离机构的连接器设计进行简要阐述。
3.1锁紧负载
锁紧负载Ps是指作用在锁紧套与活动锁(拉杆、锁紧钢珠、护套、连接套管、护套弹簧、拉杆弹簧组合体)间欲使它们分离的轴向拉紧力，通常由三部分组成。
式中： 为锁紧负载，指作用在锁紧套与活动锁间欲使它们分离的连接器轴向拉紧力，单位为N。
 为分离锁紧负载，单位为N。
 为变形锁紧负载，单位为N。
 为惯性锁紧负载，单位为N。
在上式中，对于 (分离锁紧负载)来说比较容易确定，可以根据弹射机构中弹簧的压缩量算出弹簧的弹力，这个弹力即为分离锁紧负载;对于 (变形锁紧负载)，一般是根据试验和经验来估定;对于 (惯性锁紧负载)，其值随连接器工作环境加速度而变化，而且在连接器负载加速度情况下，所述的连接器惯性力可以认为并不作用于锁紧装置，故：
当a≥0时  =a×m
当a≤0时  =0
式中： 为惯性锁紧负载，单位为N。
m表示连接器组合体两部分中非直接固定在弹体或其它装备上而是通过锁紧装置连接到另一部分上去的所悬部分的质量(应考虑所使用时的全部质量)，单位为kg。
a为连接器工作环境加速度值，是一个可能包括若干连续区间的数集，以其作用是增加锁紧负载者为正向，值为正;反之为负向，值为负，单位为m/s2。
这样，拉杆式分离电连接器的锁紧负载为：
当a≥0时  = + +a×m
当a≤0时  = +
在连接器设计时，仅考虑锁紧状态和正在解锁时这两种状态下的极值。锁紧状态时的极值为锁紧时的最大(或最小)锁紧负载，即处于锁紧状态的装置在某个连接器工作环境条件下所承受的最大(或最小)的锁紧负载。解锁状态时的极值为解锁时的最大(或最小)锁紧负载，指正在解锁的装置在需要解锁的所有连接器工作环境条件中的某个条件下所承受的最大(或最小)的锁紧负载。
3.2锁紧力Fs
锁紧力是指作用在锁紧套上的抵抗解锁倾向、赖以维持锁紧状态的力。主要包括三部分，即
Fs=Fsm+Fsg+Fsf
式中：Fs为锁紧力，单位为N;
Fsm为摩擦锁紧力，单位为N;
Fsg为惯性锁紧力，单位为N;
Fsf为附加锁紧力，单位为N。
1)摩擦锁紧力Fsm
摩擦锁紧力是指活动锁给予的由锁紧负载决定的摩擦力。该力的方向总是与解锁方向相反，既总是抵抗解锁倾向的，故Fsm≥O。
Fsm的准确计算十分繁琐，需要涉及弹性、塑性理论。在锁紧负载不大，接触区变形很小的情况下，可以按以下近似方法计算
Fsm=fs×Ps×tanφ
式中： Fsm为摩擦锁紧力，单位为N;
fs为相对摩擦系数，一般取为0.1～0.2。锁紧套与其相接触物体的表面硬度、光洁度越高，fs越小;
φ为锁紧套接触面的倾角，一般取=20°～ 40°;取得过大时，将使锁紧套和锁紧套两接触处的接触应力过高;取得较小时，易引起自锁，影响活动锁进出，甚至使锁紧装置失效;
Ps为锁紧负载，是指作用在锁紧套与活动锁间欲使它们分离的轴向拉紧力，单位为N。
2)惯性锁紧力Fsg
惯性锁紧力是指锁紧套本身由连接器工作环境加速度引起的惯性力。其作用方向与解锁方向相反时，值为正，反之为负。其计算通式如下
Fsg=(-1)t×a×m
式中：Fsg为惯性锁紧力，单位为N;
t为方向系数，当解锁倾向与正向加速度反向时，t=1;当解锁倾向与正向加速度同向时，t=2;
a为工作环境加速度，单位为m/s2;
m为锁紧套质量，单位为Kg。
3)附加锁紧力
附加锁紧力Fsf可以是附加弹簧的弹力，也可以是其他附加装置所给的锁紧力。
通常，要考虑的是锁紧时的最小锁紧力Fssmin和解锁时的最大锁紧力Fsjmax。最小锁紧力指处于锁紧状态的装置在某个工作环境条件下，锁紧套上所承受的最小锁紧力，要确保锁紧可靠，不致因意外干扰而自行误解锁，必须使Fssmin>0，同时，为保证顺利连接(插合)必须使Fsj>0，这就是确定附加锁紧力的原则。解锁时的最大锁紧力Fsjmax是指正在解锁的装置在某个工作环境条件下，锁紧套上所受到的最大锁紧力。
3.3锁紧行程及解锁行程
锁紧行程LS是指保持锁紧可靠所允许的锁紧套在解锁方向的最大位移量(如下图所示)。
图7 锁紧行程及解锁行程计算简图
如果锁紧套在解锁方向的位移量超过LS，虽然装置仍处在锁紧状态，但在锁紧负载作用下，活动锁将给锁紧套一个力使其继续向解锁方向移动，直至完全解锁，因此锁紧状态是维持不了的，即不可靠的。一般，对于钢球式结构，可取
LS=(0.3～1)×d
式中：LS为锁紧行程，单位为mm;
d为钢球直径，单位为mm。
所需解锁行程Lj是指保证解锁可靠所必须的锁紧套在解锁方向的最小位移量。一般对于钢球式结构，可取
式中： 为解锁行程，单位为mm;
d为钢球直径，单位为mm;
θ为锁紧套滑动角，一般可取=20°～45°;
a为锁紧套锁紧部位与分离所处部位半径差，单位为mm。
通过理论计算，可以为产品提供设计参考。按照计算结果，对产品进行试制并验证，将试验结果与理论数值进行拟合，可以得出宝贵的经验数据，为同类产品的开发设计提供支撑。
4 结语
拉脱分离式连接器是航空、航天等特种装备领域中不可或缺的一部分。拉脱分离式连接器的技术水平在一定程度上代表了某些特种装备制造业的水平。目前，我国在该领域已经取得了一定的成绩，相信随着科技的进步，以及基础学科的深耕，该类产品技术一定会更上一层楼。 |
