CN201425849Y

CN201425849Y - 一种航太用二氧化硅气凝胶绝缘超轻型电缆

Info

Publication number: CN201425849Y
Application number: CN2009200763873U
Authority: CN
Inventors: 陈计安
Original assignee: JIANGSU HEYANG CABLE CO Ltd
Current assignee: JIANGSU HEYANG CABLE CO Ltd
Priority date: 2009-06-16
Filing date: 2009-06-16
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2019-06-16

Abstract

一种航太用二氧化硅气凝胶绝缘超轻型电缆，包括导体、绝缘以及护套，其特征在于：所述绝缘由多个二氧化硅气凝胶瓷柱(1)沿轴向排列拼合构成，所述二氧化硅气凝胶瓷柱(1)为柱状，其轴向上设有供穿入所述导体的通孔。本实用新型重量极轻，氧化硅气凝胶密度为0.00355g/cm³，仅为空气密度的2.75倍，电缆总重量仅为现有电缆的15％或更轻。

Description

一种航太用二氧化硅气凝胶绝缘超轻型电缆

技术领域

本实用新型涉及一种电线电缆，具体涉及一种航太用二氧化硅气凝胶绝缘超轻型电缆。

背景技术

现有的航空航天用电线电缆(发动机点火导线除外)，从内向外，其结构上依次为：无氧铜(密度约8.9g/cm3)镀铜导体、绝缘层、无氧铜或镀层铜屏蔽以及塑料护套。绝缘层为聚乙烯(PE，密度0.93g/cm3)、发泡聚乙烯(FoamedPE，密度0.4～0.6g/cm3)、氟塑料(ETFE、FEP、PFA、PTFE，密度1.7～2.2g/cm3)、聚酰亚胺绕包薄膜(PI Film，密度1.4～1.6g/cm3)等。因此，一架波音737飞机，其电缆用量不少于80km，重量高达300～500kg，大型飞机电缆总重更重；火箭、卫星、导弹等飞行器，其电缆重量占总重也有相当比例；据报道，飞机重量每增加1000kg，一次飞行的燃油多消耗400kg；火箭自重每增加1kg，发射费用增加10000美金；对于战斗机、导弹等飞行器，自重是影响机动性和战术能力的重要因素。

因此，如何减轻飞行重量，增强飞行效率和品质，是各国航太制造业提高竞争力的重要课题。

发明内容

本实用新型目的是为减轻现有航太飞行器所用电线电缆的重量，增强飞行器飞行效率和品质，特别设计了一种氧化硅气凝胶超轻型电缆。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种航太用二氧化硅气凝胶绝缘超轻型电缆，包括导体、绝缘以及护套，所述绝缘由多个二氧化硅气凝胶瓷柱沿轴向排列拼合构成，所述二氧化硅气凝胶瓷柱为柱状，其轴向上设有供穿入所述导体的通孔。

上述技术方案中，包括以下进一步方案以及解释：

1、上述方案，可在各二氧化硅气凝胶瓷柱的外表面以及通孔内壁上整个包封聚脂薄膜构成密封体，并且，在密封体内充入惰性气体(譬如氮气)。

2、上述方案，导体可采用金属钛或镀银金属钛导体。

3、上述方案，所述护套可采用金属钛无缝管。

4、上述方案，所述绝缘与护套间隔设有钛金属丝编织屏蔽层，且护套为乙烯-四氟乙烯共聚物薄膜护套或聚酰亚胺薄膜护套。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

1、由于本实用新型采用多个二氧化硅气凝胶瓷柱沿轴向排列构成绝缘，重量极轻，氧化硅气凝胶密度为0.00355g/cm3，仅为空气密度的2.75倍，传统的PE、Foamed PE、ETFE、FEP、PTFE、PI等塑料则分别为气凝胶密度的260、110、480、480、620、390倍。使用金属钛为导体和二氧化硅气凝胶为绝缘组合的航太电缆，其总重量仅为现有电缆的15％或更轻。以电缆重量500kg的飞机为例，采用该实用新型的电缆，自重将减轻425kg，1000次飞行节省燃油170吨；如航天飞机与捆绑火箭采用该电缆，自重减轻200kg，50次发射将节省费用1亿美金，相当于净赚了1架波音737或5～10架战斗机。

2、由于本实用新型采用金属钛导体，强度高，与电缆常用的铜、铝相比，金属钛的比强度和机械强度高，弹性、韧性与延展性好，易拉伸，因此，用作航太电缆的导电材料，金属钛是合适的；本实用新型的电缆屏蔽，如采用无缝金属钛管，亦可作护套使用，径向抗压强度比常规电缆强很多倍；本实用新型，屏蔽结构无论是无缝金属钛管还是金属钛丝编织，其纵向抗拉、抗振、抗冲击性能均较现有的航太电缆优异。以上高强性能的结构组合，其最终产品的强度亦必是很优秀的。如因采用金属钛导体牺牲了导电性能，那么，在高频通信器件及信号控制电缆中，可采用表面镀银工艺予以补偿。

3、由于本实用新型采用金属钛导体，由于强度高，截面积可以很大，也可以拉得很小，小到以现有金属拉丝技术所能达至的极限(如φ≤0.015mm)。这样，为电缆成品追求小直径、小规格创造了条件；而其它金属材料，如铜与铜合金、铝与铝合金，虽然可以拉得很细，但抗拉强度远小于金属钛。

4、由于本实用新型采用金属钛导体，金属钛不仅质量轻、强度高，而且比其它金属更耐腐蚀，尤其在高温环境下，金属钛的耐腐蚀能力比不锈钢更优秀，在高温火焰、酸碱、化学溶剂、航空燃料油、引擎燃烧废气及其它腐蚀性混合气体和电解液中，钛金属表面的氧化薄膜，能阻止其继续向深层氧化。因此采用金属钛制造的电缆，比采用铜、铝和不锈钢制造的电缆更耐腐蚀。其它结构材料，如二氧化硅气凝胶瓷柱、ETFE、氮气等，耐酸碱、高温火焰、化学溶剂、航空燃料油、引擎燃烧的能力，较现有航太电缆的耐腐蚀能力都很优异。

5、由于本实用新型采用金属钛导体，二氧化硅气凝胶瓷柱为绝缘，可耐高温和耐低温，金属钛的熔点高达1660℃，在500℃的环境下，金属钛仍保持原有的机械强度和稳定性；而铜在250℃即快速氧化，铝在150℃、不锈钢在310℃就失去原有的机械性能。当飞机、导弹、火箭高速飞行时，其发动机的表面温度相当高，铝合金、铜、不锈钢已不能胜任，这时采用钛合金作电缆结构件是十分合适的。钛及其合金还具有良好的耐低温性能，即使在-250℃的超低温下，仍具较高的冲击强度，可耐高压、抗震动。氧化硅气凝胶材料，可以承受相当于自身质量几千倍的压力，在温度达到1200℃时才会熔化。因此本实用新型的电缆比用其它金属和塑料材料制造的电缆更适合在高温和低温环境下的应用，尤其是发动机周围的高温和恶劣环境下的应用显示更大的优势。

6、由于本实用新型采用特殊的导体、绝缘和屏蔽材料，能耐高能和宇宙射线，在高能和宇宙射线(如电子束、a、γ射线)作用下，不分解、不劣化、不降解，其机械、物理和耐环境性能优异。

7、由于本实用新型采用二氧化硅气凝胶瓷柱为绝缘，二氧化硅气凝胶瓷柱表面包封聚脂薄膜构成密封体，且在该密封体内充惰性气体，形成三种材料的复合体，其电绝缘性能与现有的绝缘材料相比，都具有非常明显的电性能优势。二氧化硅气凝胶、ETFE薄膜、氮气，其介电常数和电击穿强度分别如下表所示：

	二氧化硅气凝胶瓷柱	ETFE薄膜	氮气
	二氧化硅气凝胶瓷柱	ETFE薄膜	氮气	介电常数(ε)	1.1～2.5	2.6	1.00058
击穿电场强度(kV/mm)	40～50	20～35	38	介电常数(ε)	1.1～2.5	2.6	1.00058

这种三种材料的复合体的绝缘结构，综合利用了三种材料的优异性能，符合航太领域的发展需求。

8、本实用新型非常适合航空航天飞行器中作为发动机点火导线、高频无线通信、电力传输及传感器、控制器、执行器和仪器仪表连接线使用，也可延伸至其它高技术、恶劣环境下的应用，如作为舰船、雷达、火器、钢铁、冶金、石油、化工、核电站的信号传输、电力输送等用途。

附图说明

图1为实施例一径向截面示意图；

图2为实施例一轴向截面示意图；

图3为实施例二径向截面示意图；

图4为实施例三径向截面示意图；

图5为实施例四径向截面示意图。

以上附图中：1、二氧化硅气凝胶瓷柱；2、聚脂薄膜；3、金属钛或镀银金属钛导体；4、金属钛无缝管；5、钛金属丝编织屏蔽层；6、乙烯-四氟乙烯共聚物薄膜护套或聚酰亚胺薄膜护套。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例一：参见附图1、附图2所示，一种航太用二氧化硅气凝胶绝缘超轻型电缆，由内到外依次为导体、绝缘以及护套组成。导体为一镀银金属钛导体3；绝缘由多个二氧化硅气凝胶瓷柱1沿轴向排列构成，所述二氧化硅气凝胶瓷柱1为柱状，其轴向上设有供穿入所述镀银金属钛导体3的通孔，镀银金属钛导体3穿置于通孔内(如附图2所示)，各个二氧化硅气凝胶瓷柱1的通孔内壁以及外表面上整个包封聚脂薄膜2构成密封体，在该密封体内充惰性气体(如氮气)；所述聚脂薄膜2具体可采用乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)聚脂薄膜；护套为金属钛无缝管4，该金属钛无缝管4既作屏蔽又作护套用。本实施例为同轴电缆，用于高频信号传输。

实施例二：参见附图3所示，一种航太用二氧化硅气凝胶绝缘超轻型电缆，由内到外依次为导体、绝缘、屏蔽以及护套组成。导体为一镀银金属钛导体3；绝缘由多个二氧化硅气凝胶瓷柱1沿轴向排列构成，所述二氧化硅气凝胶瓷柱1为柱状，其轴向上设有供穿入所述镀银金属钛导体3的通孔，镀银金属钛导体3穿置于通孔内，各个二氧化硅气凝胶瓷柱1的通孔内以及外表面上整个包封聚脂薄膜2构成密封体，在该密封体内充惰性气体(如氮气)；所述聚脂薄膜2具体可采用乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)聚脂薄膜；屏蔽为钛金属丝编织屏蔽层5；护套为乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)薄膜护套或聚酰亚胺薄膜(PI Film)护套6。本实施例为同轴电缆，用于高频信号传输。

实施例三：参见附图4所示，一种航太用二氧化硅气凝胶绝缘超轻型电缆，由内至外依次为导体、绝缘以及护套组成。所述导体为多根(图示为7根)金属钛导体3；绝缘由多个二氧化硅气凝胶瓷柱1沿轴向排列构成，所述二氧化硅气凝胶瓷柱1为柱状，其轴向上对应各金属钛导体3设有通孔，金属钛导体3穿置于通孔内，各个二氧化硅气凝胶瓷柱1的通孔内以及外表面上整个包封聚脂薄膜2构成密封体，在该密封体内充惰性气体(如氮气)；所述聚脂薄膜2具体可采用乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)聚脂薄膜；护套为金属钛无缝管4，该金属钛无缝管4既作屏蔽又作护套用。本实施例为航太用多芯电缆，如用于电力电缆，则导体为2根或3根；如用于信号或控制电缆，则导体为2根或更多。

实施例四：参见附图5所示，一种航太用二氧化硅气凝胶绝缘超轻型电缆，由内至外依次为导体、绝缘、屏蔽以及护套组成。所述导体为多根金属钛导体3；绝缘由多个二氧化硅气凝胶瓷柱1沿轴向排列构成，所述二氧化硅气凝胶瓷柱1为柱状，其轴向上对应各金属钛导体3设有通孔，金属钛导体3穿置于通孔内，各个二氧化硅气凝胶瓷柱1的通孔内以及外表面上整个包封聚脂薄膜2构成密封体，在该密封体内充惰性气体(如氮气)；所述聚脂薄膜2具体可采用乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)聚脂薄膜；屏蔽为钛金属丝编织屏蔽层5；护套为乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)薄膜护套或聚酰亚胺薄膜(PI Film)护套6。本实施例为航太用多芯电缆，如用于电力电缆，则导体为2根或3根；如用于信号或控制电缆，则导体为2根或更多。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1、一种航太用二氧化硅气凝胶绝缘超轻型电缆，包括导体、绝缘以及护套，其特征在于：所述绝缘由多个二氧化硅气凝胶瓷柱(1)沿轴向排列拼合构成，所述二氧化硅气凝胶瓷柱(1)为柱状，其轴向上设有供穿入所述导体的通孔。

2、根据权利要求1所述的航太用二氧化硅气凝胶绝缘超轻型电缆，其特征在于：所述各二氧化硅气凝胶瓷柱(1)的外表面以及通孔内壁上整个包封聚脂薄膜(2)构成密封体。

3、根据权利要求2所述的航太用二氧化硅气凝胶绝缘超轻型电缆，其特征在于：所述密封体内充入惰性气体。

4、根据权利要求1所述的航太用二氧化硅气凝胶绝缘超轻型电缆，其特征在于：所述导体为金属钛或镀银金属钛导体(3)。

5、根据权利要求1所述的航太用二氧化硅气凝胶绝缘超轻型电缆，其特征在于：所述护套为金属钛无缝管(4)。

6、根据权利要求1所述的航太用二氧化硅气凝胶绝缘超轻型电缆，其特征在于：所述绝缘与护套间隔设有钛金属丝编织屏蔽层(5)。

7、根据权利要求6所述的航太用二氧化硅气凝胶绝缘超轻型电缆，其特征在于：所述护套为乙烯-四氟乙烯共聚物薄膜护套或聚酰亚胺薄膜护套(6)。