為eVTOL飛行器應(yīng)用尋覓適宜的互連器件

過去幾年間，航空航天工業(yè)歷經(jīng)艱難。新冠疫情導(dǎo)致的飛行限制和不明朗局面給行業(yè)帶來了沉重打擊。值得慶幸的是，需求正在復(fù)蘇，制造商可以著手投資未來的飛行器開發(fā)了。電動(dòng)垂直起降（eVTOL）飛行器是吸引初創(chuàng)企業(yè)和知名航空品牌的領(lǐng)域之一。

2020年，全球eVTOL飛行器市場(chǎng)價(jià)值僅11億美元。然而，《財(cái)富》商業(yè)洞察（Fortune Business Insights）數(shù)據(jù)顯示，分析師預(yù)計(jì)未來幾年該市場(chǎng)將迅速擴(kuò)張，到2028年將實(shí)現(xiàn)年收入232億美元。

潛在的eVTOL應(yīng)用案例

eVTOL飛行器在城市空中交通（UAM）領(lǐng)域應(yīng)用空間巨大。在未來三到四年內(nèi)，乘客將能夠像乘坐傳統(tǒng)出租車一樣飛越城市區(qū)域。eVTOL飛行器可在機(jī)場(chǎng)和城市中心之間運(yùn)送乘客，而停機(jī)坪就設(shè)在大廈樓頂上。此類飛行器會(huì)比直升機(jī)更具成本效益，更加環(huán)保、安靜和安全。許多客運(yùn)直升機(jī)運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)在尋求擴(kuò)展服務(wù)范圍，納入eVTOL空中出租車服務(wù)。

eVTOL飛行器還有助于在偏遠(yuǎn)地區(qū)開展時(shí)效性的醫(yī)療運(yùn)送。這將大大簡(jiǎn)化重要實(shí)驗(yàn)室樣本、血液制品、化療藥物和藥品的運(yùn)輸工作。小型eVTOL機(jī)群可以取代貨車，運(yùn)送網(wǎng)購貨物、超市食雜或其他包裹。

這項(xiàng)技術(shù)還能強(qiáng)化救災(zāi)工作，尤其是在公路車輛無法到達(dá)的偏遠(yuǎn)地區(qū)。eVTOL可以到達(dá)被洪水、森林火災(zāi)或山體滑坡阻隔的地區(qū)。它們可以更快地將食物和醫(yī)療用品送到有需要的人手中，并助力加快疏散安排。

該技術(shù)也有望改變農(nóng)業(yè)格局，取代傳統(tǒng)拖拉機(jī)，實(shí)現(xiàn)精確播種和收割。eVTOL更容易瞄準(zhǔn)特定作物，而無需大面積灑水和噴灑化肥農(nóng)藥。這將減少浪費(fèi)，把環(huán)境遭受的破壞降到最低。

為eVTOL選用連接器的注意事項(xiàng)

為使eVTOL應(yīng)用取得圓滿成功，設(shè)計(jì)人員必須慎重選擇互連器件。這些器件必須能有效完成應(yīng)用中的電力傳輸和數(shù)據(jù)通信任務(wù)。航空設(shè)計(jì)師需要采用最佳組件來增強(qiáng)UAM設(shè)計(jì)，讓自己的產(chǎn)品在激烈的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。

與任何機(jī)載應(yīng)用一樣，尺寸、重量和功率（SWaP）都是關(guān)鍵。它們決定了飛行器在需要充電之前的飛行續(xù)航時(shí)長(zhǎng)。在傳統(tǒng)飛機(jī)中，重量?jī)?yōu)化是為了延長(zhǎng)航程。短途航班在起飛時(shí)就會(huì)消耗掉占總量約三分之一的燃料。在長(zhǎng)途飛行中，這一比例會(huì)降至15-20%。然而，對(duì)于電池驅(qū)動(dòng)的eVTOL飛行器，重量會(huì)在飛航全程中保持不變。飛行器的載客量更少，運(yùn)載的貨物也更輕，運(yùn)行距離也明顯更短。這意味著其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)大不相同。eVTOL與傳統(tǒng)飛機(jī)的另一大區(qū)別在于，eVTOL動(dòng)力系統(tǒng)的工作電壓要高得多。

航空工程師為eVTOL設(shè)計(jì)選擇電氣連接器時(shí)，需要考慮很多問題。除了要滿足尺寸、重量和功率（SWaP）要求外，連接器還必須能夠承受住峰值輸出推進(jìn)所需的大電壓。它們還需要滿足控制、診斷程式和機(jī)上娛樂系統(tǒng)的高帶寬需求。

以下是工程師需要牢記的一些主要挑戰(zhàn)：

1. 航空航天應(yīng)用具有關(guān)鍵任務(wù)性質(zhì)，因此高可靠性電氣連接是所有設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。飛航之時(shí)必須確保乘客和飛行器附近人員的安全。正因如此，連接器必須具備長(zhǎng)久的使用壽命且無故障風(fēng)險(xiǎn)。

2. 飛行器起降和飛行期間，eVTOL硬件將暴露在惡劣條件下。這就需要堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)。與消費(fèi)類電子產(chǎn)品中使用的電氣連接器不同，航空級(jí)連接器必須能夠承受劇烈沖擊和持續(xù)振動(dòng)。

3. 尺寸至關(guān)重要。eVTOL飛行器雖小，但必須集成大量功能。這意味著容納電子硬件的空間極為有限。正因如此，連接器需要結(jié)合卓越的性能和功能與小巧尺寸。

4. 為了優(yōu)化空間，連接器應(yīng)當(dāng)兼具電源和數(shù)據(jù)連接功能。多功能連接器在印刷電路板上占用的空間更小，布線需求更小，從而減輕了飛行器重量。這一點(diǎn)非常重要，因?yàn)楦p的結(jié)構(gòu)可延長(zhǎng)飛行器的續(xù)航距離。

5. 電磁干擾（EMI）也是一個(gè)重要的考慮因素。工程師需要確定屏蔽水平，以達(dá)到可接受的電磁兼容性（EMC）。這可以確保經(jīng)由互連器件供電不會(huì)干擾重要電路，并且外部信號(hào)源不會(huì)影響互連器件傳輸數(shù)據(jù)的信號(hào)完整性。

6. 在理想情況下，這些全電動(dòng)飛行器將完全采用電力，而不再使用液壓油。然而，有時(shí)這并不可行。因此，工程師必須解決液壓油泄漏影響電路的隱患。為此，工程師需要選用能夠充分防止液體滲入的連接器。

7. 最后，由于eVTOL長(zhǎng)期處于相對(duì)較高的海拔高度，連接器需要具有較強(qiáng)的絕緣性能，以實(shí)現(xiàn)放電防護(hù)。

圖1：Harwin Gecko-SL連接器

優(yōu)化的解決方案

Harwin服務(wù)航空航天工業(yè)數(shù)十載，當(dāng)前正致力于多個(gè)eVTOL項(xiàng)目。目前，品牌針對(duì)eVTOL設(shè)計(jì)并已送樣的產(chǎn)品之一是1.25毫米間距的Gecko系列高可靠性（Hi-Rel）連接器。這些小巧器件采用輕盈且高度耐用的塑料外殼，旨在提高SWaP。該系列還采用直角朝向設(shè)計(jì)，可以更方便地順應(yīng)隨附線纜。連接器采用專有的四指設(shè)計(jì)鈹銅觸點(diǎn)，能夠在極端條件下保持互連完整性，包括可應(yīng)對(duì)高達(dá)50G的沖擊和20G的振動(dòng)。后殼可集成入連接器中，隨附編織線纜以減輕EMI效應(yīng)。

圖2：Harwin Gecko Mix-Tek連接器示例

為滿足通過單個(gè)連接器同時(shí)連接電源和數(shù)據(jù)，從而節(jié)省空間的需求，Harwin推出了Gecko Mix-Tek系列連接器。該系列連接器采用多種不同布局，最新版本搭載了多達(dá)26個(gè)數(shù)據(jù)觸點(diǎn)和8個(gè)可承載10A電流的電源觸點(diǎn)。

Harwin的專家還提供深入的工程支持，助力客戶充分利用自己選擇的組件。此外，客戶通過品牌分銷渠道訂購產(chǎn)品時(shí)，還可獲享短期交貨體驗(yàn)。

總結(jié)

eVTOL代表航空旅行邁入了新時(shí)代。在未來幾十年里，該技術(shù)將在航空航天業(yè)開辟出一片利潤(rùn)豐厚、充滿活力的天地。要讓市場(chǎng)充分發(fā)揮潛力，就要不斷推進(jìn)工程創(chuàng)新，滿足eVTOL飛行器設(shè)計(jì)的獨(dú)特要求。這與設(shè)計(jì)中用到的所有組件息息相關(guān)，包括需要兼顧性能、緊湊性和可靠性的互連器件。

作者：Harwin亞太區(qū)總經(jīng)理Mike Tiong