सख्त सैन्य / विमानन विद्युत और यांत्रिक आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए सही कनेक्टर का चयन करें

सैन्य और एयरोस्पेस अनुप्रयोगों में एवियोनिक्स, मानव रहित हवाई वाहन (यूएवी), विमान, रडार और उपग्रह शामिल हैं, और उपभोक्ता, चिकित्सा और औद्योगिक अनुप्रयोगों की तुलना में कहीं अधिक कड़े कनेक्टर और इंटरकनेक्टर्स की आवश्यकता होती है। इस प्रकार के सैन्य/विमानन कनेक्टर को विभिन्न विद्युत, यांत्रिक और पर्यावरणीय तनावों का सामना करने की आवश्यकता होती है, और हमेशा रेटेड प्रदर्शन संकेतकों को पूरा करना चाहिए, जबकि समान परिस्थितियों में पारंपरिक उपकरणों का प्रदर्शन कम हो जाएगा या क्षतिग्रस्त भी हो जाएगा।

सैन्य/विमानन अनुप्रयोगों के लिए अत्यधिक विश्वसनीय इंटरकनेक्ट डिवाइस किसी भी तरह से केवल एक या किसी ऊबड़-खाबड़ बाड़े में बंद संपर्कों का एक सेट नहीं हैं। निर्दिष्ट शर्तों के तहत संतोषजनक प्रदर्शन सुनिश्चित करने के लिए इंटरकनेक्टिंग डिवाइस बॉडी, सील, संपर्क बल और संपर्क सामग्री को एक एकीकृत प्रणाली के रूप में कार्य करना चाहिए।

यह पेपर सैन्य/विमानन अनुप्रयोगों के लिए इंटरकनेक्ट उपकरणों के चयन और उपयोग में डिजाइनरों के सामने आने वाली चुनौतियों पर चर्चा करता है। फिर तीन मोलेक्स उत्पादों को यह समझाने के लिए उदाहरण के रूप में लिया जाता है कि ये उपकरण इन चुनौतियों से निपटने में क्यों मदद करते हैं।

मजबूत कनेक्टर्स के लिए आवश्यकताएँ
मजबूत कनेक्टर अत्यधिक यांत्रिक, पर्यावरणीय और थर्मल तनाव के तहत लगातार विशिष्टताओं को पूरा करते हैं। ये तनाव स्रोत ऑपरेटिंग वातावरण से भिन्न होते हैं, लेकिन इसमें बड़े पैमाने पर ओवरलैप भी होता है। उदाहरण के लिए:

भूमि-आधारित सैन्य प्रणालियों में कनेक्टर्स को गंभीर कंपन, मोटी जमाव (धूल, रेत, ग्रिट) और अत्यधिक गर्मी और ठंड का सामना करने में सक्षम होना चाहिए।
समुद्री और गहरे समुद्र के कनेक्टर संक्षारक समुद्री जल वातावरण के दीर्घकालिक जोखिम और उच्च क्रश दबाव को सहन करने में सक्षम होने चाहिए।
एविएशन कनेक्टर को अत्यधिक व्यापक तापमान सीमा के साथ उड़ान उपकरण के बार-बार टेकऑफ़, लैंडिंग और कंपन का सामना करने में सक्षम होना चाहिए।
अंतरिक्ष कनेक्टर लॉन्च और वायुमंडल में वापसी के दौरान अधिक गंभीर तापमान में उतार-चढ़ाव, वैक्यूम एक्सपोज़र, वेंटिंग और मजबूत यांत्रिक तनाव का अनुभव करते हैं।
इन आवश्यकताओं की विशिष्टताओं को पूरा करने के लिए, विभिन्न बुनियादी भौतिक कारकों को समझने की आवश्यकता है, जिनमें शामिल हैं:

कंपन: सैन्य वाहनों या लड़ाकू विमानों में कनेक्टर्स को 20 ग्राम तक त्वरण का सामना करने के लिए परीक्षण किया गया है।
प्रभाव: तीव्र त्वरण या मंदी के दौरान उत्पन्न इस प्रकार का उच्च प्रभाव बल कंपन से भिन्न होता है। मानक कनेक्टर्स के लिए 50 ग्राम तक प्रभाव और नैनो और माइक्रो डिज़ाइन के लिए 100 ग्राम तक प्रभाव; विस्फोट स्थितियों के लिए विशेष मानक भी विस्फोटक उपकरण विस्फोटों के कारण होने वाले उच्च परिमाण, उच्च आवृत्ति और अल्पकालिक संरचनात्मक कंपन को कवर करते हैं, जो आमतौर पर रॉकेट चरण पृथक्करण या मिसाइल पेलोड रिलीज में देखा जाता है।
अत्यधिक तापमान: भूमि आधारित प्रणालियों में - 65 डिग्री सेल्सियस से 125 डिग्री सेल्सियस तक तापमान में उतार-चढ़ाव हो सकता है, जबकि अंतरिक्ष प्रणालियों में 200 डिग्री सेल्सियस तक तापमान का अनुभव हो सकता है। गर्मी और ठंड के विकल्प के कारण सामग्री का विस्तार और संकुचन होता है, संभावित रूप से सामग्री कमजोर हो जाती है और विद्युत चालकता प्रभावित होती है। इसके अलावा, एक कनेक्टर के भीतर विभिन्न सामग्रियों के बीच थर्मल विस्तार (सीटीई) के गुणांक में अंतर सामग्री इंटरफेस पर यांत्रिक तनाव पैदा कर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप लंबे समय तक उपयोग के दौरान गलत संरेखण या विफलता हो सकती है।
प्रदूषक जोखिम: कनेक्टर के दीर्घकालिक विश्वसनीय संचालन को सुनिश्चित करने के लिए, नमी, धूल और अन्य दूषित पदार्थों को रोकने के लिए ओ-आकार की अंगूठी, सीलिंग गैस्केट और सुरक्षात्मक तार आस्तीन जैसे उपाय किए जाने चाहिए।
संक्षारण: यह नमक धुंध और ऑक्सीकरण के कारण होने वाली एक सतत समस्या है। इन अपरिहार्य स्थितियों को कनेक्टर की अखंडता को नष्ट करने से रोकने के लिए कनेक्टर सामग्रियों का उचित चयन और उपयोग किया जाना चाहिए।
विश्वसनीयता क्या है?
सरल शब्दों में, दीर्घकालिक विश्वसनीयता का तात्पर्य बार-बार उपयोग, पर्यावरणीय जोखिम और यांत्रिक तनाव के तहत स्थिर प्रदर्शन बनाए रखने की क्षमता से है। यह प्रदर्शन न केवल उन परिस्थितियों पर निर्भर करता है जिनके तहत कनेक्टर का पहली बार उपयोग किया जाता है, बल्कि इस पर भी निर्भर करता है कि क्या यह बार-बार संभोग का सामना कर सकता है और ठीक से काम कर सकता है। कई कनेक्टर, विशेष रूप से I/O कनेक्टर, सैकड़ों या यहां तक ​​कि हजारों मेटिंग ऑपरेशन का अनुभव करते हैं।

एक सफल मजबूत डिजाइन के दो अविभाज्य रूप से जुड़े हुए पहलू हैं: स्वयं संपर्क और स्थिर संपर्क का आवास (शरीर)।

संपर्क सामग्री, ज्यामिति और चढ़ाना प्रमुख कारक हैं (विस्तार करने के लिए क्लिक करें)
चित्र 1. संपर्क सामग्री, ज्यामिति और चढ़ाना मजबूत कनेक्टर डिज़ाइन की कुंजी हैं। छवि स्रोत: मोलेक्स)

संपर्क सतह का डिज़ाइन यह सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है कि विश्वसनीय कनेक्शन प्राप्त करते समय कनेक्टर कम प्रविष्टि बल बनाए रखता है। संपर्क ज्यामिति की सटीक मशीनिंग कनेक्शन पर गैलिंग को कम करती है और संपर्क सतह पर सोना-प्लेटेड (एयू) परत ऑक्सीकरण को रोकती है। सोना चढ़ाना आम तौर पर 50 माइक्रो इंच (µ इंच) मोटा होता है और इसे निकल (नी) बेस कोटिंग पर लगाया जाता है, जिसका उपयोग चढ़ाना आसंजन को बढ़ाने और संक्षारण प्रतिरोध को और बढ़ाने के लिए किया जाता है।

ये कोटिंग्स संपर्क की तांबे (Cu) मिश्र धातु आधार सामग्री को कवर करती हैं। एयरोस्पेस, रक्षा और अंतरिक्ष अनुप्रयोगों में दीर्घकालिक विश्वसनीयता के लिए सोना और निकल चढ़ाना का संयोजन आवश्यक है। बेरिलियम कॉपर (BeCu) का वजन के अनुपात में उत्कृष्ट ताकत और उत्कृष्ट थकान प्रतिरोध के कारण आधार सामग्री के रूप में व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। यह मिश्र धातु स्प्रिंग सदस्यों के संपर्कों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है जहां दीर्घकालिक तनाव के बाद लोच और लचीलापन अपरिहार्य है।

फॉस्फोर कांस्य (CuSnP) गैर-स्प्रिंग संपर्कों का एक उपयुक्त विकल्प है, जो ताकत और चालकता के बीच संतुलन प्रदान करता है। यह सामग्री संक्षारण प्रतिरोधी है और इसमें मध्यम स्प्रिंग गुण हैं और इसका उपयोग आमतौर पर कॉम्पैक्ट और फाइन पिच कनेक्टर्स में किया जाता है जिनके लिए कुछ लचीलेपन की आवश्यकता होती है लेकिन निरंतर झुकने की आवश्यकता नहीं होती है।

एक मजबूत कनेक्टर को डिज़ाइन करने के लिए कई कारकों पर सावधानीपूर्वक विचार करने की आवश्यकता होती है (चित्र 2):

सामान्य बल बनाए रखना विश्वसनीयता सुनिश्चित करने की कुंजी है। उच्च प्रदर्शन स्प्रिंग सामग्री संपर्क दबाव और स्थायित्व बनाए रखती है।
बेहतर संपर्क बल वायु अंतराल को कम करता है, प्रतिरोध को कम करता है और सिग्नल अखंडता में सुधार करता है। अनुकूलित ज्यामिति स्थिर चालकता सुनिश्चित करने के लिए दबाव वितरित करती है।
संपर्क जुड़ाव पिन और रिसेप्टेकल के बीच अक्षीय ओवरलैप है, जो बल, निरंतरता और यांत्रिक स्थिरता को जोड़ता है।
विश्वसनीयता के लिए सामान्य बल बनाए रखना महत्वपूर्ण है
चित्र 2: निरंतर सामान्य बल विश्वसनीयता (शीर्ष) सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण कारक है, जबकि बड़े संपर्क बल हवा के अंतर (नीचे) को कम करते हैं, जिससे प्रतिरोध कम होता है और सिग्नल अखंडता में सुधार होता है। छवि स्रोत: मोलेक्स)

सूक्ष्म स्तर पर, संभोग संपर्क क्षेत्र केवल दो चिकनी सपाट सतहों के बीच एक साधारण फिट नहीं है। इसके विपरीत, जहां ओमिक संपर्क बनता है या अलग हो जाता है, संपर्क इंटरफ़ेस में सूक्ष्म खुरदरापन, सतह शिखर और अनियमित आकार होता है। उच्च संपर्क बल इन छोटे उभारों को समतल कर देते हैं, विद्युत चालकता में सुधार करते हैं, संपर्क प्रतिरोध को कम करते हैं और लगातार प्रदर्शन सुनिश्चित करते हैं, लेकिन बढ़े हुए संपर्क बल सम्मिलन और निकासी बलों को भी प्रभावित करते हैं, जिससे संपर्क सतह का घिसाव बढ़ जाता है।

अच्छी तरह से डिज़ाइन की गई संपर्क प्रणाली ढीले कनेक्शन, अत्यधिक टूट-फूट और यांत्रिक तनाव को रोकने के लिए जुड़ाव की लंबाई और सामान्य बल को संतुलित करती है। यदि संपर्क बल बहुत छोटा है, तो संपर्क प्रतिरोध बढ़ जाएगा और सिग्नल अस्थिर हो जाएगा। इसके विपरीत, अत्यधिक संपर्क बल चढ़ाना के घर्षण को तेज करते हैं और संपर्क संरचना की समय से पहले थकान का कारण बनते हैं।

केवल एक या दो संपर्कों वाले व्यावसायिक रूप से उपलब्ध कनेक्टरों के विपरीत, मजबूत कनेक्टर कंपन या झटके के परिणामस्वरूप यांत्रिक भार को वितरित करने के लिए एक बहु-संपर्क प्रणाली का उपयोग करते हैं (चित्रा 3)। ये संपर्क प्रणालियाँ जॉगिंग के कारण सिग्नल उत्पन्न होने या खोने से रोकती हैं और महत्वपूर्ण प्रणालियों के लिए अनावश्यक संपर्क पथ प्रदान करती हैं।

बेहतर स्थिरता और सिग्नल अखंडता के लिए मल्टीकॉन्टैक्ट डिज़ाइन
चित्र 3: बेहतर स्थिरता और सिग्नल अखंडता के लिए बहु-संपर्क डिज़ाइन। छवि स्रोत: मोलेक्स)

समय के साथ लगातार संपर्क बल बनाए रखने के लिए संपर्क प्रणाली में स्प्रिंग तत्व भी शामिल हो सकते हैं। स्प्रिंग-लोडेड संपर्क बार-बार प्लगिंग और अनप्लगिंग के माध्यम से विश्वसनीय चालकता सुनिश्चित करते हुए संपर्क संरेखण के दौरान छोटे बदलावों की भरपाई करते हैं। हालाँकि, अत्यधिक बल संपर्क प्लेटिंग के अत्यधिक घिसाव का कारण बन सकता है।

संपर्कों से अधिक: कनेक्टर आवास और सुरक्षात्मक आवास
एक मजबूत कनेक्टर का मुख्य प्रदर्शन संपर्क से शुरू होता है, लेकिन कनेक्टर आवास आंतरिक भाग को घेरने वाले विद्युत संपर्क से कहीं अधिक कार्य करता है: यह स्थायित्व और वजन के बीच संतुलन बनाए रखते हुए यांत्रिक तनाव, अत्यधिक तापमान, आक्रामक मीडिया और नमी का प्रतिरोध करता है। डिज़ाइनर के लिए संलग्नक सामग्री की एक विस्तृत श्रृंखला उपलब्ध है:

पॉलीथर-ईथर कीटोन (पीईईके), पॉलीफेनिलीन सल्फाइड (पीपीएस), और पॉलीएथेरिमाइड इमाइड (पीईआई) जैसे थर्मोप्लास्टिक पॉलिमर उत्कृष्ट यांत्रिक शक्ति, गर्मी प्रतिरोध और रासायनिक स्थिरता प्रदान करते हैं। ये सामग्रियां हल्के ढांचे से कंपन और प्रभाव को प्रभावी ढंग से अवशोषित करती हैं।
ग्लास फाइबर प्रबलित पॉलिमर और कार्बन फाइबर कंपोजिट जैसे कंपोजिट में उत्कृष्ट ताकत-से-वजन अनुपात होता है। डिज़ाइन ऐसी सामग्रियों के विशिष्ट गुणों के अनुकूलन की अनुमति देता है, जिसमें तन्य शक्ति, प्रभाव प्रतिरोध या थर्मल स्थिरता शामिल है।
एयरोस्पेस और रक्षा अनुप्रयोगों में उच्च प्रभाव, उच्च कंपन और मजबूत विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (ईएमआई) के कारण कनेक्टर हाउसिंग के लिए स्टेनलेस स्टील और एल्यूमीनियम मिश्र धातु पसंदीदा सामग्री हैं।
स्टेनलेस स्टील कनेक्टर हाउसिंग उत्कृष्ट संक्षारण प्रतिरोध और यांत्रिक शक्ति प्रदान करते हैं, जो उन्हें नमी, रसायनों या नमक धुंध के संपर्क में आने वाले समुद्री, औद्योगिक और एयरोस्पेस अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाते हैं। एल्यूमीनियम मिश्र धातुएं न केवल मजबूत ईएमआई परिरक्षण प्रदान करती हैं, बल्कि हल्के वजन और प्रसंस्करण में आसानी भी प्रदान करती हैं, जिससे वे सैन्य वाहनों, एवियोनिक्स और अंतरिक्ष अनुप्रयोगों में कनेक्टर हाउसिंग के लिए पसंदीदा सामग्री बन जाती हैं।

कुछ मजबूत कनेक्टर फ्लैट लैचिंग सिस्टम का उपयोग करते हैं जो समग्र आयामों को कम करते हुए स्थिरता और सुरक्षित मेटिंग प्रदान करते हैं। उदाहरण के लिए, एक स्प्रिंग लॉक या होल्ड-डाउन डिवाइस युद्धक्षेत्र की परिस्थितियों में कनेक्टर की यांत्रिक विश्वसनीयता और संचालन में आसानी दोनों प्रदान करता है।