弹上电气系统无缆化研究

弹上电气系统无缆化研究

作者：刘东

贵州航天电器股份有限公司，贵州 贵阳 550009

摘要：

本文对弹上电气系统的无缆化实现过程中柔性印制板技术和无线传输技术两个方向进行了研究和探讨。

主题词：

弹上、电气系统、无缆化；

1、引言

随着导弹武器系统的小型化、集成化、模块化的发展，电缆作为导弹内部的重要组成部分受到越来越多的制约，传统的电缆主要由导线、连接器及其它的材料组成，其重量占去了弹体相当一部分比例，而且传统电缆故障率相当高，断线、短路等现象屡见不鲜，因此无缆化的要求越来越多的被提及，当前武器系统柔性印制板技术和无线传输技术是无缆化两个重要的研究方向。

2、柔性印制板技术

2.1 柔性印制板特点

2.1.1体积小，重量轻

柔板（FPC）的导体截面薄而扁平，介质的轻薄和可弯曲性使装上柔板的设备整体结构更加紧凑、合理。与刚性板比，空间可节省60%以上；与导线相比，节约了电缆处理中必须的护套以及锦纶丝套等屏蔽处理，空间得到大幅降低。

2.1.2电气参数可控

与电缆导线相比，柔板可通过设计控制线宽、线距、线厚、介质厚度、介质介电常数等参数，达到控制电容、电感、特性阻抗、延迟和衰减等电气特性，这些都是普通导线电缆难以做到的。因此柔板可以满足大电流的低频、射频、高速信号的传输。

2.1.3可挠曲性

柔板通过挠曲和折叠，方便地在三维空间进行布线或立体安装，这是柔板最显著的优势。

2.1.4消除安装出错

电缆导线容易在安装或维修过程中出现接错，导致返工或浪费时间查找问题原因。柔板不存在这方面问题，只要设计图纸经过校对，生产出来的产品都是一致性，不会连接出错，使用柔板也消除了电缆导线，给设备提供一个清晰的外观。

2.2 某型号电气控制装置传统电缆与柔板方案对比

2.1 XX电气控制装置传统电缆方案

XX电气控制装置主要完成弹上系统供电、点火及信息传输等功能，由于接线关系较为复杂、内部导线、电缆占用了很多空间，装配、焊接起来也比较费时费力，对于批产非常不利，下图为电气控制装置内部线缆示意图。

图1 内部线缆示意图

2.2柔性印制板方案

使用刚柔板结合的方式基本上实现了内部无缆化。1、重新设计壳体安装继电器的位置，重新布局继电器安装方式，将所有继电器使用印制板连接，印制板上设计连接器接口与其它进行信息交互，并在继电器安装支耳处设计支撑柱，用于固定继电器，保证力学环境下可靠；2、面板J599连接器后端设计印制板用于连接所有的连接器，并设计接口与其它的进行连接，与点火板之间直接采用柔板连接，设计刚柔板结合的方式连接点火板；3、设计柔板组合连接J659连接器与J599连接器、继电器板组合。

图2 继电器板布局安装后

图3 连接器板安装后

图4 内部连接整体示意图

2.3 小结

XX电气控制装置使用柔性印制板技术基本上实现了无缆化，大大提高了装配效率，减轻了重量，且内部空间得到充分应用，整洁美观，利于批产，对其它型号具有借鉴作用，未来价值可观。

3、无线传输技术

3.1概述

无线传输技术使用电子信息技术传输数据、能量实现传输的无缆化，无线传输包括无线数据和无线电能传输，军用领域应用主要针对短距离（主要是极短距离）的传输或系统内部有限距离的传输，如整弹、整机内的一个舱段内部的多设备之间的无线数据传输，舱段之间的无线数据和无线电能传输，两个相邻系统之间的无线数据和无线电能传输，替代传统的系统内部固定的电缆和电连接器、或替代需要经常插拔的、运动的、旋转的两个部件之间的电连接器，属于新技术。

3.2 无输电能传输

无线电能传输又称为非接触电能传输(Contact-less Power Transfer，CPT)，是利用各种方式将电能（信息）从电源非接触地传递到负载的一种能量传输方式，目前无线电能传输应用最广泛的磁感应耦合和磁谐振耦合方式都属于磁场耦合式，其基本原理都是电磁感应原理，可实现从小功率到大功率无线电能传输，传输功率可以从几十瓦到几千瓦，电能传输效率在40%～90%。

目前国内XX型号上使用了近距离无线传能技术，下图为无线传能模块实物图，该无线传能模块使用磁共振式无线电能传输技术，辅以短距通讯等技术，实现近距离无线传能。

图5 无线传能模块

3.3 无线数据传输

近距离无线通信技术是指通信双方通过无线电波传输数据，并且传输距离在较近的范围内，其应用范围非常广泛。近年来，应用较为广泛及具有较好发展前景的短距离无线通信标准有：Zig-Bee、蓝牙(Bluetooth)、无线宽带(Wi-Fi)、超宽带(UWB)和近场通信(NFC)。

目前国内XX项目在舱段内部各设备间采用无线数据传输技术代替电缆网，实现低成本和高可靠性，要求信号传输距离＞20m，传输速率1Mbps，使用UWB的无线通信技术，实现无线数据传输。

图6 无线数据传输模块

3.4 小结

无线传输技术能够从根本上完全实现电气系统连接的无缆化，包括能量、数据的传输，但是在军用系统中的应用尚处于研究阶段，技术难度大，可靠性有待验证，但是未来重要的发展方向。

4、总结

本文对军用武器系统内部的无缆化提出了两种实现技术，柔性印制板技术和无线传输技术，分别对其进行了分析和案例介绍，柔性印制板技术比传统的电缆对比具有重量轻、一致性好利于批产等优点，但是不是正在意义上的“无缆”；无线传输技术使用电子信息、电磁波等技术实现了正在意义上的无缆化，由于技术难度大，可靠性有待验证，但是未来的发展方向和趋势。

参考文献

[1] 范惠敏．军用电子设备的电磁兼容性设计[J].舰船电子工程，2002年第4期.

[2] 党瑞荣，高国旺．TMS320C3x系列DSP原理与开发技术[M].西安：西安电子科技大学出版社，2011.

[3] TL16C2550 datasheet[J].TEXAS INSTRUMENTS，2011.

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