如何为您的飞行背包和其他设计选择正确的连接器！

在您看电影时，是否曾问过自己“我能做到吗？”。这正是 Richard Browning 看到《钢铁侠》中的托尼·斯塔克时所想到的，随后他决定自己造一套飞行装。

图 1：Richard Browning 穿着 Daedalus 在飞行

过去曾经出现过个人飞行试验。1965 年，《铁金刚勇破魔鬼党》里的詹姆斯·邦德就穿着飞行背包飞行了。这款飞行背包被称为“比尔系火箭包”，是美国陆军为提高战士在战场上的机动性而实施的一项计划。但是，5 加仑的过氧化氢燃料只能飞行 21 秒，最后军队还是决定将研究经费用转投到其他地方。

图 2：1965 年，身穿“比尔系火箭包”的詹姆斯·邦德（肖恩·康纳利饰演）

(图片来源：http://jamesbond.wikia.com)

在此之后，又出现了几次个人飞行革命的尝试。只需在搜索引擎里输入“个人飞行背包”，就会看到有好几家公司在希望向您推销此类设备。Richard 不走寻常路，他决定试试自己亲手打造一套。

在发动机、燃料、控制和电子领域，他拥有 50 年的研究和开发经验。现代化的微型喷气式发动机提供了可观的推动力，但是体积只比大罐的豆子大一点点而已（还有，使用的燃料比过氧化氢要安全得多！）。而小如 Raspberry Pi 的设备则提供了强大的计算能力，让控制这种新一代的发动机变得前所未有的轻松，而这一切在 1965 年只有在小说里才会出现。

但是，我该从何处着手呢？

现在，如果您提出“我该从何处着手”这一问题，关于发动机和控制系统的答案已经显而易见了。整个项目里最艰难的部分可能是如何将它们集成到一个可以正常工作的设备中。

发动机必须连接到其燃料来源。HMI（人机接口）、显示屏和传感设备必须相互通信。所有设备都必须链接回到中央电脑，由后者来控制整个活动。

现在，您可能已经认识到任何如此复杂的系统都要加入其他许多组件，而要想让 Richard 飞行在空中，这些组件与发动机一样至关重要。

但是，我们该如何选择能让 Daedalus 顺利工作的产品呢？我们将了解 Richard 需要的一些连接器和电缆，并解释如何在 RS 网站的帮助之下选择合适的组件。由于它们的类型、应用领域和功能非常广泛，电缆和连接器可能是最容易让人迷惑的选件。尽管 Daedalus 项目有些不同寻常，但是为其选择产品的方法同样适用于日常情况。

确定任务

我们的第一项工作是确定自己的产品将要承担什么任务。对于连接器或电缆来说，问题将非常相似：需要多少条导线？要承载多大的电流和电压？是否需要屏蔽？大多数情况下，这些问题的答案将决定产品的整体尺寸。

接下来，我们需要了解产品的工作条件。最常遇到的问题是产品是否将暴露在水中和不同气候条件下，这一点决定了它们是否必须具有防水功能。但是，还需要考虑防振性和防撞性，有时产品也可能会受到化学品而不是普通水的影响。将这些问题的答案结合在一起，就能确定连接器或电缆的物理设计，还有产品的制造材料。

最后，我们还需要确定是否存在任何影响产品选择的特殊要求。产品是会经常得到处理，还是“装后即忘”式应用？产品是否必须具有轻便性？产品是否应该采用颜色编码以方便使用？确定应用场景之后，这些问题（以及其他无数问题）的答案将变得非常明显，但是花点时间考虑意外因素总是有益无害的。

选择特殊用途连接器

让我们看看一种假设情况。一位客户正在寻找一种连接器，准备在远洋轮船的甲板上安装使用。该设计需要包含 3 条导线的非屏蔽电路，能够在 0.5 安培电流下承载 5 伏电压。这一要求在任何情况下都不过分，最适合的选择是一个小型连接器。连接器将在轮船制造时安装，并且除非完全失效，否则只会在大修时断开连接。但是，海洋环境非常恶劣，盐水和阳光（意味着会暴露在紫外线辐射之下）的问题始终都会存在。

在此示例中，我们需要一个能够承受各种自然环境的防水连接器。由于连接器不需要屏蔽，我们可以考虑塑料外壳。某些塑料会受紫外线辐射的不利影响，因此金属可能是更好的选择。但是，盐水会对某些类型的金属造成严重破坏，特别是铝金属。作为备选方案，我们可以考虑采用防腐蚀的不锈钢。但是不锈钢非常坚硬，很难处理，因此成本也比较高。经过一些研究之后，我们采用了一种替代材料：镍铝青铜 (NAB) 合金。

镍铝青铜是密度非常高的金色金属。它提供了出色的抗紫外线辐射性能和抗盐水腐蚀性，并且铜成分可以抵抗海洋生物的聚集，例如海藻、贝类和青苔。它密度很高，所以较重，但是对海洋应用来说，这并不是一个问题。

情况很清楚了：产品选择通常是权衡各种利弊，并确定直接重要的功能。在此情况下，抗腐蚀性比减重更重要，因此 NAB 是正确的选择。

为 Daedalus 选择连接器

Daedalus 给 Richard 带来了不少挑战，而 Richard 则寻求了我们的帮助。Richard 的两条手臂上各安装了一个发动机和一些手动控制装置。Richard 的食指下面是一个触发器，用于控制发动机的节气门。这个触发器并不只是用于控制开和关，而是一个可变控制装置，允许 Richard 非常精确地控制实际动力。除了其他控制装置之外，每个握柄都需要链接回背包内的电子装置。每路连接都需要 5 条导线，而每条导线都只能处理电压极低的信号电流。

图 3：身穿 Daedalus 飞行装的 Richard。您可以看到 Richard 右手食指下的节气门开关，还有发动机顶部的一套电线和燃油管路。

这一应用存在一些要求。由于电缆将将沿着飞行服袖套向下布线到手部，因此需要在整个生命周期内保持柔性。当电缆到达握柄时，需要使用一个必要时可以移除的连接器。尽管 Richard 的最终目标是优化其飞行服以便能够轻松穿上和脱下，但是当前设计决定了他每次穿戴时不得不断开连接器。

因此，连接器必须坚固耐用并具有较长的预期使用寿命，而防水并不是一项关键要求。如果连接器具有快速释放功能就更为方便了，但是仍然需要具有防振性，以便能够在飞行服使用期间保持安全接合。最后，由于 Daedalus 必须具有足够的推动力让身穿飞行服的 Richard 飞起来，因此我们选择的任何组件都应该尽量保持轻便。

选择连接器之前先选择电缆

依照我的经验，应该先选择电缆再寻找连接器，这样比其他方法会更加容易。考虑这一点后，我开始寻找高柔性的电缆，并选择了 Alpha Wire 生产的名为 XTRA-GUARD FLEX 的系列电缆。

图 4：Alpha Wire 的 XTRA-GUARD FLEX

这些电缆的设计适用于变化剧烈的应用环境，它们需在其中保持一致的挠曲度。我选择了一条 5 导线屏蔽电缆 (408-895)，它经过多达 600 万次挠曲循环，并且绞合线芯只有 0.14mm2 (26 AWG)。这样，电缆的整体直径只有 5.36mm。屏蔽材料采用的是铝箔/聚酯箔，有助于将重量降至最低。

选择电缆之后，我随后考虑的是连接器。Richard 目前使用的是螺钉耦合 DIN 连接器。尽管在电气方面非常适用，但是 Richard 觉得这些连接器太大太重，并且螺钉耦合设计也无法做到“快速释放”。此外，它们是标准的商用级产品，其设计并不适合反复的接合/松脱循环。他需要更坚固耐用的设计来替代这种连接器。

专业应用环境

许多年来，军用圆形连接器在这一专业应用环境中占据了主导地位。它们的设计符合各种标准，但共性是坚固耐用、功能全面。它们通常采用铝合金制造，其轻便性适合航空安装，多年来一直被各个行业广泛采用，包括从机器人到汽车行业。

我最初的调查中心是按照 MIL-DTL-26482 标准制造的连接器。这是一种卡口固定式连接器，因此比当前使用的 DIN 连接器更适合“快速释放”。尽管它们的外壳采用了不锈钢这样的特殊材料，但其主体仍然是铝合金，并且由于其设计的标准性质，有大量的制造商产品可供选择，包括 Souriau (687-6645) 、Glenair (019-0156) 和 Amphenol (540-4902) 。

图 5：Esterline Souriau 生产的 MIL-DTL 26482 连接器

更仔细的研究发现，这种连接器的 5 极型号可以安装在 14 号尺寸外壳中，整体直径将近 30mm。我觉得这样还不够纤细，所以继续搜索下去了。

在工精仿载，有一种由瑞士制造商 LEMO 发明的推拉式连接器。它们采用了非常紧凑的闭锁型设计，可在使用期间牢固锁闭，并且非常容易接合和松脱。此功能使整个连接器显得非常纤细：0B 系列的插头直径小于 10mm (433-2351) 。这些连接器使用了机械螺钉式镀金触点，特别适合反复使用，预期使用寿命可超过 5,000 次接合循环。

图 6：LEMO 生产的 B 系列推拉式连接器

LEMO 生产的 B 系列似乎是 Daedalus 的连接器完美选择，它外形纤细、使用寿命长、坚固耐用且能快速释放，但是有一点不足：外壳通常采用镀铬黄铜制造，不够轻便。

这一情况看来已经到了终点，但是 LEMO 已经考虑了这一情况。根据他们在 F1 赛车市场的多年经验，LEMO 开发出了 F 系列。这一系列将推拉式 B 系列的优点与军用圆形连接器的某些功能结合在了一起。F 系列与 B 系列使用相同的小型螺钉机械触点，但是容纳在纤细短小的铝合金连接器内，从而将重量降至最低。

图 7：LEMO 生产的 F 系列轻便型推拉式连接器

0F 号连接器的直径仍然只有 12mm，带有用于支撑电缆的底壳，从而支持固定热收缩模制套管。

热收缩

热收缩材料是现代聚合物技术带来的一项奇迹，热收缩模制套管可完美地替代传统电缆固定方法。在 Richard 的应用中，0F 连接器的背面约为 9mm，而电缆直径只是刚刚超过 5mm，因此我选择了 HellermannTyton 的一种产品 (829-0153) ，它可以带来整齐的安装，使其轻松容纳在 Richard 飞行服的袖子内。接合后的成对连接器直径不超过 12mm，含热收缩套管在内的长度不到 80mm。

图 8：展开和完成后的连接器对图纸。

组件包括最左和最右侧的 HellermannTyton 热收缩套管 (401-04024)、

中间的 LEMO 连接器 FGN.0F.305.XLC 和 PHN.0F.305.XLM。

这一示例完美地展示了产品选择时所运用的方法，那就是确定要求，专注于最困难或最重要的要求，并且找到能提供最佳平衡的连接器。这个过程看上去似乎很复杂，但是只要清晰了解您的关键要求、拥有一些常识，再加上 RS 网站的帮助，您也能找到最符合自己应用情况的解决方案。