As aplicações militares e aeroespaciais abrangem a aviónica, os veículos aéreos não tripulados (UAV), as aeronaves, os radares e os satélites e exigem conectores e interligações muito mais rigorosos do que os consumidores,MedicinaEste tipo de conector militar/aeronáutico é necessário para suportar várias tensões elétricas, mecânicas e ambientais,e devem cumprir sempre os indicadores de desempenho nominal, enquanto o desempenho dos dispositivos convencionais será reduzido ou mesmo danificado nas mesmas condições.
Dispositivos de interconexão altamente fiáveis para aplicações militares/aeronáuticas não são, de modo algum, apenas um ou um conjunto de contactos encapsulados num invólucro robusto.As forças de contacto e os materiais de contacto devem funcionar como um sistema integrado para garantir um desempenho satisfatório em condições especificadas..
Este artigo discute os desafios enfrentados pelos designers na selecção e utilização de dispositivos de interconexão para aplicações militares/aeronáuticas.Os três produtos Molex são então tomados como exemplos para explicar por que estes dispositivos ajudam a superar estes desafios.
Requisitos aplicáveis aos conectores resistentes
Os conectores robustos cumprem consistentemente as especificações sob tensões mecânicas, ambientais e térmicas extremas.mas há também um grande grau de sobreposiçãoPor exemplo:
Os conectores nos sistemas militares terrestres devem ser capazes de suportar vibrações severas, depósitos espessos (poeira, areia, areia) e calor e frio extremos.
Os conectores marítimos e de águas profundas devem poder suportar a exposição a longo prazo a ambientes corrosivos de água do mar e suportar altas pressões de esmagamento.
O conector de aviação deve ser capaz de suportar a decolagem, a aterragem e as vibrações repetidas do dispositivo de voo, com um intervalo de temperatura extremamente amplo.
Os conectores espaciais experimentam flutuações de temperatura mais severas, exposição ao vácuo, ventilação e fortes tensões mecânicas durante o lançamento e retorno à atmosfera.
Para cumprir as especificações para estes requisitos, é necessário compreender uma variedade de fatores físicos básicos, incluindo:
Vibração: os conectores de veículos militares ou de caças foram testados para suportar acelerações de até 20 g.
Impacto: este tipo de forte força de impacto gerada durante aceleração ou desaceleração rápida é diferente da vibração.Até 50 g de impacto para os conectores padrão e até 100 g de impacto para os projetos nano e micro■ mesmo normas especializadas para condições de explosão cobrem as vibrações estruturais de alta magnitude, alta frequência e de curta duração causadas por explosões de dispositivos explosivos,comumente visto na separação do estágio do foguete ou na liberação da carga útil do míssil.
Temperaturas extremas: os sistemas terrestres podem apresentar flutuações de temperatura de - 65 °C a 125 °C, enquanto os sistemas espaciais podem apresentar temperaturas de até 200 °C.A alternância de calor e frio faz com que o material se expanda e se contraia, potencialmente enfraquecendo o material e afetando a condutividade elétrica.Diferenças no coeficiente de expansão térmica (CTE) entre diferentes materiais dentro de um conector podem criar tensões mecânicas na interface do material, o que pode resultar em desalinhamento ou falha durante longos períodos de utilização.
Exposição a poluentes: para garantir o funcionamento fiável a longo prazo do conector, devem ser tomadas medidas como anel em forma de O, junta de vedação e mangueira de fio de proteção para evitar a humidade,poeira e outros contaminantes.
Corrosão: Este é um problema contínuo causado pela névoa de sal e oxidação.Os materiais dos conectores devem ser adequadamente selecionados e utilizados para evitar que estas condições inevitáveis destruam a integridade do conector..
O que é Confiabilidade?
Em termos simples, a fiabilidade a longo prazo refere-se à capacidade de manter um desempenho estável sob utilização repetida, exposição ambiental e tensão mecânica.Este desempenho depende não só das condições em que o conector é utilizado pela primeira vezMuitos conectores, especialmente os conectores I/O, experimentam centenas ou mesmo milhares de operações de acoplamento.
Um projeto robusto bem sucedido tem dois aspectos inextricavelmente ligados: o próprio contacto e a caixa (corpo) do contacto estacionário (Fig. 1).
Material de contacto, geometria e revestimento são fatores-chave (clique para ampliar)
Figura 1. Material de contato, geometria e revestimento são fundamentais para o design robusto do conector.
A concepção da superfície de contacto é essencial para garantir que o conector mantenha uma baixa força de inserção, ao mesmo tempo em que se consegue uma ligação fiável.O mecanizado de precisão da geometria de contato reduz a acidez na ligação e a camada dourada (Au) na superfície de contato impede a oxidaçãoO revestimento de ouro é tipicamente de 50 micro polegadas (μ in) de espessura e é aplicado sobre um revestimento de base de níquel (Ni), que é usado para melhorar a adesão do revestimento e melhorar ainda mais a resistência à corrosão.
Estes revestimentos cobrem o material de base de liga de cobre (Cu) do contacto.e aplicações espaciaisO cobre de berilio (BeCu) é amplamente utilizado como material de base devido à sua excelente relação resistência/peso e excelente resistência à fadiga.Esta liga é particularmente adequada para contatos de elementos de mola onde a elasticidade e a resistência após tensão a longo prazo são indispensáveis.
O bronze de fósforo (CuSnP) é uma alternativa adequada aos contatos sem molas, proporcionando um equilíbrio entre resistência e condutividade.Este material é resistente à corrosão e tem propriedades de mola moderadas e é comumente usado em conectores compactos e de pitch fino que exigem alguma flexibilidade, mas não exigem flexão contínua.
A concepção de um conector robusto requer uma consideração cuidadosa de muitos fatores (Figura 2):
A manutenção da força normal é a chave para garantir a confiabilidade.
Uma melhor força de contato reduz a lacuna de ar, reduz a resistência e melhora a integridade do sinal.
O envolvimento de contato é a sobreposição axial entre o pin e o recipiente, que combina força, continuidade e estabilidade mecânica.
Manter as forças normais é fundamental para a confiabilidade
Figura 2: A força normal contínua é o fator-chave para garantir a fiabilidade (em cima), enquanto as forças de contato maiores reduzem a lacuna de ar (em baixo), reduzindo assim a resistência e melhorando a integridade do sinal.Fonte da imagem(Molex)
A nível microscópico, a área de contato de acasalamento não é simplesmente um ajuste entre duas superfícies planas lisas.a interface de contacto tem uma rugosidade microscópicaForças de contato mais elevadas aplanam estas pequenas saliências, melhorando a condutividade elétrica, reduzindo a resistência de contato e garantindo um desempenho consistente,Mas o aumento das forças de contacto também afeta as forças de inserção e retirada, aumentando o desgaste das superfícies de contacto.
O sistema de contacto bem concebido equilibra a extensão de engate e a força normal para evitar ligações soltas, desgaste excessivo e tensões mecânicas.A resistência de contacto aumentará e o sinal será instável.Por outro lado, as forças de contacto excessivas aceleram a abrasão do revestimento e conduzem a um cansaço prematuro da estrutura de contacto.
Ao contrário dos conectores comercializados com apenas um ou dois contatos, os conectores robustos utilizam um sistema de vários contatos para distribuir as cargas mecânicas resultantes de vibrações ou choques (Figura 3).Estes sistemas de contato evitam arcos ou perda de sinal devido ao jogging e fornecem caminhos de contato redundantes para sistemas críticos.
Projeto multicontato para melhorar a estabilidade e a integridade do sinal
Figura 3: Projeto multi-contato para melhorar a estabilidade e a integridade do sinal.
O sistema de contacto pode também incluir elementos de mola para manter uma força de contacto constante ao longo do tempo.Os contatos com molas compensam pequenas mudanças durante o alinhamento dos contatos, garantindo ao mesmo tempo uma condutividade confiável através de enchufe e desconexão repetidosNo entanto, forças excessivas podem causar desgaste excessivo da chapa de contacto.
Mais do que contatos: caixa de ligação e caixa de protecção
O desempenho principal de um conector robusto começa com o contato, mas a caixa do conector serve muito mais do que o contato elétrico que envolve o interior: ele resiste a tensões mecânicas,temperaturas extremas, meios agressivos e humidade, mantendo um equilíbrio entre durabilidade e peso.
Os polímeros termoplásticos, tais como a cetona de poliéter-éter (PEEK), o sulfeto de polifenileno (PPS) e a imida de polieterimida (PEI), proporcionam uma excelente resistência mecânica, resistência ao calor,e estabilidade químicaEstes materiais absorvem eficazmente vibrações e impactos de estruturas leves.
Os compósitos, tais como os polímeros reforçados com fibras de vidro e os compósitos de fibras de carbono, apresentam excelentes relações de resistência/peso.incluindo a resistência à tração, resistência ao impacto ou estabilidade térmica.
As ligas de aço inoxidável e de alumínio são os materiais preferidos para as caixas de conectores devido ao alto impacto, vibração elevada,e interferências eletromagnéticas fortes (EMI) em aplicações aeroespaciais e de defesa.
As caixas de conectores de aço inoxidável oferecem excelente resistência à corrosão e resistência mecânica, tornando-as ideais para aplicações marítimas, industriais e aeroespaciais expostas a umidade, produtos químicos,ou névoa salinaAs ligas de alumínio oferecem não só uma forte blindagem EMI, mas também um peso leve e facilidade de processamento, tornando-as o material preferido para carcaças de conectores em veículos militares, aviônicos,e aplicações espaciais.
Alguns conectores robustos utilizam sistemas de bloqueio planos que proporcionam estabilidade e acoplamento seguro, reduzindo ao mesmo tempo as dimensões gerais.um dispositivo de bloqueio de mola ou de retenção fornece fiabilidade mecânica e facilidade de operação do conector em condições de campo de batalha.