为eVTOL飞行器应用寻觅适宜的互连器件

[导读]Harwin服务航空航天工业数十载，当前正致力于多个电动垂直起降（eVTOL）项目。

过去几年间，航空航天工业历经艰难。新冠疫情导致的飞行限制和不明朗局面给行业带来了沉重打击。值得庆幸的是，需求正在复苏，制造商可以着手投资未来的飞行器开发了。电动垂直起降（eVTOL）飞行器是吸引初创企业和知名航空品牌的领域之一。

2020年，全球eVTOL飞行器市场价值仅11亿美元。然而，《财富》商业洞察（Fortune Business Insights）数据显示，分析师预计未来几年该市场将迅速扩张，到2028年将实现年收入232亿美元。

潜在的eVTOL应用案例

eVTOL飞行器在城市空中交通（UAM）领域应用空间巨大。在未来三到四年内，乘客将能够像乘坐传统出租车一样飞越城市区域。eVTOL飞行器可在机场和城市中心之间运送乘客，而停机坪就设在大厦楼顶上。此类飞行器会比直升机更具成本效益，更加环保、安静和安全。许多客运直升机运营商已经在寻求扩展服务范围，纳入eVTOL空中出租车服务。

eVTOL飞行器还有助于在偏远地区开展时效性的医疗运送。这将大大简化重要实验室样本、血液制品、化疗药物和药品的运输工作。小型eVTOL机群可以取代货车，运送网购货物、超市食杂或其他包裹。

这项技术还能强化救灾工作，尤其是在公路车辆无法到达的偏远地区。eVTOL可以到达被洪水、森林火灾或山体滑坡阻隔的地区。它们可以更快地将食物和医疗用品送到有需要的人手中，并助力加快疏散安排。

该技术也有望改变农业格局，取代传统拖拉机，实现精确播种和收割。eVTOL更容易瞄准特定作物，而无需大面积洒水和喷洒化肥农药。这将减少浪费，把环境遭受的破坏降到最低。

为eVTOL选用连接器的注意事项

为使eVTOL应用取得圆满成功，设计人员必须慎重选择互连器件。这些器件必须能有效完成应用中的电力传输和数据通信任务。航空设计师需要采用最佳组件来增强UAM设计，让自己的产品在激烈的行业竞争中脱颖而出。

与任何机载应用一样，尺寸、重量和功率（SWaP）都是关键。它们决定了飞行器在需要充电之前的飞行续航时长。在传统飞机中，重量优化是为了延长航程。短途航班在起飞时就会消耗掉占总量约三分之一的燃料。在长途飞行中，这一比例会降至15-20%。然而，对于电池驱动的eVTOL飞行器，重量会在飞航全程中保持不变。飞行器的载客量更少，运载的货物也更轻，运行距离也明显更短。这意味着其设计标准会大不相同。eVTOL与传统飞机的另一大区别在于，eVTOL动力系统的工作电压要高得多。

航空工程师为eVTOL设计选择电气连接器时，需要考虑很多问题。除了要满足尺寸、重量和功率（SWaP）要求外，连接器还必须能够承受住峰值输出推进所需的大电压。它们还需要满足控制、诊断程式和机上娱乐系统的高带宽需求。

以下是工程师需要牢记的一些主要挑战：

1. 航空航天应用具有关键任务性质，因此高可靠性电气连接是所有设计的基础。飞航之时必须确保乘客和飞行器附近人员的安全。正因如此，连接器必须具备长久的使用寿命且无故障风险。

2. 飞行器起降和飞行期间，eVTOL硬件将暴露在恶劣条件下。这就需要坚固的结构。与消费类电子产品中使用的电气连接器不同，航空级连接器必须能够承受剧烈冲击和持续振动。

3. 尺寸至关重要。eVTOL飞行器虽小，但必须集成大量功能。这意味着容纳电子硬件的空间极为有限。正因如此，连接器需要结合卓越的性能和功能与小巧尺寸。

4. 为了优化空间，连接器应当兼具电源和数据连接功能。多功能连接器在印刷电路板上占用的空间更小，布线需求更小，从而减轻了飞行器重量。这一点非常重要，因为更轻的结构可延长飞行器的续航距离。

5. 电磁干扰（EMI）也是一个重要的考虑因素。工程师需要确定屏蔽水平，以达到可接受的电磁兼容性（EMC）。这可以确保经由互连器件供电不会干扰重要电路，并且外部信号源不会影响互连器件传输数据的信号完整性。

6. 在理想情况下，这些全电动飞行器将完全采用电力，而不再使用液压油。然而，有时这并不可行。因此，工程师必须解决液压油泄漏影响电路的隐患。为此，工程师需要选用能够充分防止液体渗入的连接器。

7. 最后，由于eVTOL长期处于相对较高的海拔高度，连接器需要具有较强的绝缘性能，以实现放电防护。

图1：Harwin Gecko-SL连接器

优化的解决方案

Harwin服务航空航天工业数十载，当前正致力于多个eVTOL项目。目前，品牌针对eVTOL设计并已送样的产品之一是1.25毫米间距的Gecko系列高可靠性（Hi-Rel）连接器。这些小巧器件采用轻盈且高度耐用的塑料外壳，旨在提高SWaP。该系列还采用直角朝向设计，可以更方便地顺应随附线缆。连接器采用专有的四指设计铍铜触点，能够在极端条件下保持互连完整性，包括可应对高达50G的冲击和20G的振动。后壳可集成入连接器中，随附编织线缆以减轻EMI效应。