一起连接器栉形垫断裂分析

朱亮亮

摘要：某型飞机调试过程中发生武器外挂物意外掉落故障，对该故障进行研究分析，查找掉落原因，找出故障点，研究制定改进办法，为修理、研究等相关人员提供参考。

关键词：栉形垫;纤维形貌;应力

1故障情况

外挂武器在飞行时可通过正常或应急发射完成预定的作战任务。某型飞机已完成2100多飞行小时的飞行任务，在发动机开车情况下进行武器控制系统通电检查时，机翼右侧武器外挂物自动掉落。进一步检查发现，发动机开车过程中在振动条件下连接武器外挂物的型号为PD-23A连接器内的16号与21号插针瞬时导通，造成该武器外挂物挂弹钩非正常开锁，导致武器掉落。该PD-23A连接器装配在飞机前机身13～29框，打开连接器发现其内部栉形垫断裂，如图1所示。

2故障分析

2.1 PD-23A连接器结构

连接器型号为PD-23A，栉形垫材料为酚醛层压布板3027，与绝缘体一起用于插针的定位，其结构如图2所示。

从结构上看，在进行产品连接器与机上连接器座对接的安装和拆卸时，因为连接器座有分离力的要求，插钉与插孔对接时的分离力会作用在栉形垫上。对栉形垫材料本身有一定的强度要求，产品连接器与机上连接器座正常的装配过程不会造成栉形垫的损伤。

2.2栉形垫材料分析

栉形垫材料为酚醛层压布板3027。酚醛层压布板是用棉布浸以酚醛树脂经浸胶、烘干、热压而成，作为机械、电机、电器设备中的绝缘结构零部件使用。在酚醛层压布板的整个生产流程中，酚醛树脂的配比、刷胶工艺、温度控制等都会影响压布板的力学性能和粘合强度。查阅JB886-75标准，对该型酚醛层压布板的主要技术要求如下。

1）外观目视观察：表面应平整光滑，不允许有杂质和其他明显的缺陷，允许有轻微擦伤;边缘应切割整齐，端面不得有分层和裂纹。

2）尺寸应符合规定。

3）机械加工后不应有裂纹（冲减后为分层）和掉渣。

4）物理、机械和介电性能应符合规定。

制造厂家在栉形垫制造加工成型后，目视检查栉形垫的外观，判断其是否符合要求，无需专用检测设备进行检查。

2.3栉形垫断裂外观检查

对PD-23A連接器的栉形垫断裂处进行外观检查，如图3所示，在第一处齿根位置发生断裂，断裂位置的附近表面存在一处月牙形凹坑，其他位置未见明显的损伤。分别编号断裂的两部分为1#和2#。该栉形垫由酚醛树脂制造而成，酚醛树脂具有较高的耐热性能、良好的介电性能、优异的耐烧蚀性能和较好的力学性能，但是固化后酚醛树脂的最大缺点是脆性大，耐冲击性不好。故障连接器随飞机装机使用，观察栉形垫的颜色，未见氧化或因潮湿引起的水解等自然老化现象;查看其组织;未见因油液浸泡引起的老化现象;未见因电流工作温度而产生的炭化发黑的老化现象。该故障连接器已使用22年，因保护较好未见明显的老化现象。

2.4栉形垫断裂断口分析

1#断口的外观如图4a）所示，中间低，两边高;2#断口（即1#匹配断口）外观如图4b）所示，中间高，两边低;两个断口均较为粗糙。

扫描电镜观察1#断口，其宏观形貌如图5所示，断口分为上侧断口和下侧断口两个部分。

上侧断口的纤维形貌见图6a），可见纤维由左向右（即由栉形垫的根部R角向外侧扩展）和由上向下扩展（即由栉形垫的表面向内扩展）;上侧断口的树脂形貌见图6b），由左上向右下扩展。

下侧断口的纤维形貌如图7a）所示，可见纤维由上向下、由左向右扩展;其树脂形貌见图7b），由左上向右下扩展。综上，下侧断口的扩展方向与上侧断口的扩展方向一致。

观察断口的侧表面，存在大量的微裂纹。对栉形垫其他齿根附近的表面进行观察，同样存在大量的微裂纹。上述分析表明，该栉形垫的断裂性质为过载断裂，裂纹由栉形垫的根部R角向外扩展，同时伴随由月牙形凹坑对侧向月牙形凹坑一侧的扩展。

栉形垫在存在月牙形凹坑的最外侧齿根处发生断裂。1#断口呈两边高，中间低，对其进行显微观察，上下两部分断口的纤维和树脂均呈现由齿根内侧向外侧以及由上向下的扩展特征。断口表面的树脂形貌未见机械疲劳、蠕变疲劳、热机械疲劳、腐蚀疲劳、滑动接触疲劳和滚动接触疲劳等形式的疲劳特征，可见明显的棱线扩展特征。观察断口的侧面，发现该齿根附近的表面存在大量的微裂纹;同时检查该栉形垫的其他齿根附近表面，同样存在一定的微裂纹。故障件的表面存在一处明显的月牙形凹坑，表明该处在工作过程中受到了应力的作用，从而造成其附近的齿在根部发生断裂。

2.5栉形垫断裂分析结论

该起故障问题出现在栉形垫断裂导致连接器16、21号针在振动的情况下瞬时短接，外挂物意外掉落。栉形垫的断裂起源于齿根，是由其齿根R角处表面的大量微裂纹和应力作用共同引起。

3改进措施

为避免再次出现因栉形垫断裂导致的线路短接、断路等情况，增加下列方式，以加强对PD型连接器的维护、检查、修理和装配要求。

1）维护时，连接器在修理、装配、使用过程中，应做好连接器的油液、雨水防护，减少外来液体对栉形垫的加速老化。

2）检查修理时，使用5倍以上的放大镜检查栉形垫零件，其表面不应出现划伤、斑点、掉块、发黑和炭化等现象，栉形垫齿根R处不得有缺损和裂纹，如有上述情况则一律进行换新处理。

3）在分解PD型连接器时，应加强尾部电缆的保护，在装配电缆时应注意连接器尾部，避免产生连接器装配应力，以免栉形垫因受到外力产生裂纹、凹坑压痕等损伤。