航空機ワイヤーハーネスの設計 101

Nov 15, 2023

つまり、あなたは大学を卒業したばかりの新人エンジニアです。 あなたは大規模な OEM に採用され、ワイヤー ハーネスとワイヤード ボックス アセンブリの設計を担当しました。 大学で適切な訓練を受けていないため、「どこから始めればよいでしょうか?」と自問します。 可能性は無限大です。

心配ない！ 私たちがお手伝いします。

通常、各航空機には航空車両仕様 (AVS) があります。 これは、OEM が航空機の設計前に作成する非常に大規模な文書です。 ワイヤーハーネスの設計など、航空機のあらゆる側面に関する大量の情報が含まれています。 AVS または同様のドキュメントがあるかどうかを尋ねます。 存在する場合は、電気システム設計を扱うセクションをすべて読んでください。

次に確認する必要がある文書は、自動車技術者協会 (SAE) 規格 AS50881 航空宇宙車両配線です。 以前は MIL-STD-5088 であり、2015 年に最後に改訂されたこの文書には、ワイヤの通電容量などの情報が含まれています。 軍用機内でワイヤーをどのように識別、マーク、配線し、サポートするか。 他にも何百ものガイドラインや要件があります。 www.sae.org でご覧いただけます。

ワイヤー ハーネスを設計する際には、何千もの部品番号の中から選択できます。 どのパーツを選ぶかはどうやって決めるのですか？

最初に理解する必要があるのは、標準部品、非標準部品、市販 (COTS) 部品の違いです。

標準部品は軍用部品です。 それは米軍によって管理されています。 これらの部品はミルスペック部品（軍用規格の略）と呼ばれることがあります。

これらの部品番号の多くは、Military の略称である「M」で始まります。 例としては、M39029/4-110 があります。 これは、電気コネクタに挿入される金属コンタクトの軍用部品番号です。 その他の軍用部品番号は、軍用仕様を表す「MS」で始まります。 一例として、コネクタに入るワイヤの張力を緩和する MS3154 があります。 他の接頭辞には、National Aerospace Standard を表す「NAS」などがあります。 一例としては、皿小ねじであるNAS514があります。 他にも軍用部品番号の接頭辞がありますが、これらはワイヤー ハーネスの製造で最も一般的です。

各軍用部品番号には、それに関連付けられた仕様があります。 これらの仕様は、オンライン http://www.dscc.dla.mil/programs/MilSpec/DocSearch.aspx で入手できます。 1990 年代後半以降、これらの仕様の管理は米海軍から SAE に移管されました。

軍事部品の良い点の 1 つは、多くの航空宇宙プラットフォームで共通していることです。 たとえば、M83723/72W1212N コネクタは、F-35、V-22、F-16、F-15、C-130、および C-17 で使用される可能性があります。 航空宇宙産業では非常に一般的なコネクタです。

ほとんどの場合、米国政府は特定の部品の製造を特定のサプライヤーやメーカーにのみ承認します。 これらのサプライヤーは、その部品番号の認定部品リスト (QPL) にリストされています。

非標準部品は軍用部品に基づいていますが、軍用仕様からわずかに変更されています。 たとえば、ロッキード マーティンは隔壁アセンブリに軍用コネクタを使用したいと考えているかもしれません。 隔壁の深さは軍用コネクタのサイズよりわずかに厚いため、ロッキードは軍用コネクタに基づいて新しいコネクタを設計し、隔壁に収まるようにサイズをわずかに大きくする必要がありました。 この場合、ロッキードは仕様を作成および管理し、コネクタに新しい部品番号を与えます。

通常、OEM は、非標準部品の製造を承認されるサプライヤーも指定します。 この仕様は通常、ソース管理図面または仕様管理図面と呼ばれます。

非標準部品の良い点は、OEM のニーズを満たし、OEM が仕様とそれを製造できるサプライヤーを管理することです。 悪い点は、これらの部品は業界全体で必要とされる部品が少なく、多くの場合 1 機の航空機にのみ使用されるため、一般に高価であることです。

3 番目のカテゴリの部品は、商用既製部品 (COTS) です。 これらの部品はメーカーによって設計および管理されています。 メーカーは、マーケティング調査と商業製品および軍事製品におけるアイテムの必要性に基づいて、独自の部品番号を設計して製造します。 メーカーは仕様の改訂と改訂のリリース時期を管理します。 米軍も航空機OEMもこれらの部品を管理していません。

COTS 部品の利点は、容易に入手でき、標準部品や非標準部品よりも安価であることです。 これらは米軍、SAE、または OEM によって認定されていないため、より安価です。 それらの悪い点は、メーカーが外部ソースの承認なしにいつでも独自の仕様を変更できることです。 メーカーは COTS 部品の唯一の供給源でもあるため、価格と流通を管理しています。

航空機の電気システムを設計する場合、開始点はシステム レベルです。 システムの概略図には、より大きなコンポーネントとそれらの接続方法が示されています。 システム図では単に線で接続されているだけであり、配線のサイズや仕様については言及されていない。 また、システムの概略図には、ワイヤが 2 つのコネクタを介して隔壁を通過する場合など、ワイヤに切れ目がある場所が示されていません。 非常に基本的な設計ではありますが、回路図はワイヤが伝送する信号の種類 (AC、DC、データ、無線など) を示します。 さらに、この回路図には、ツイストペア、トリプレット、およびクワッドだけでなく、シールドされたワイヤまたはケーブルが必要な場所も示されています。

伝送する信号の種類と流す電流の大きさに基づいてワイヤーを選択することをお勧めします。 一般に、必要な電流を正常に流すことができる最小ゲージのワイヤを選択する必要があります。 SAE AS50881 には、最も一般的なワイヤ ゲージの通電容量がリストされています。 さらに、優れた CAD ソフトウェアは、各ゲージ サイズの通電容量を自動的に計算します。

1970 年代、航空機用の最も一般的なワイヤーはカプトン絶縁ワイヤーでした。 カプトンはデュポン社の商品名です。 現在、航空機の配線は通常、テフロン、テフゼル、クロスリンク テフゼル、または TKT (テフロン-カプトン-テフロン) で絶縁されています。 通常、航空機の AVS には、航空機全体で使用されるワイヤー絶縁体の種類がリストされています。 たとえば、OEM は、箱入りアセンブリ内の無線ケーブルやテフロン絶縁ワイヤなどの一部の例外を除いて、TKT を使用することを決定する場合があります。

回路図、伝送される信号の種類、回路内の電流量、および推奨される絶縁がわかったので、使用するワイヤの部品番号を選択できます。

次に、3D CAD システムを使用して、航空機全体のワイヤ パスをトレースできます。 さらに、ワイヤ パスは通常、バルクヘッドを通過するときにコネクタで開始および停止します。 ワイヤ セグメント内の各ワイヤを一意に識別し、詳細なワイヤ図を作成できます。 配線図には、すべての配線セグメント、識別番号、および切断が表示されます。

航空機上のすべてのワイヤ セグメントには、独自の一意の識別子が必要です。 シールド線のシールドにも独自の識別子があります。 簡単に言えば、電流のすべての導体は一意に識別される必要があります。 たとえば、シールドとジャケットが施されたツイスト ペアには、ツイスト ペアと外側シールドの 3 つの導体が含まれています。

SAE AS50881 には、ワイヤを識別してマークする方法が記載されています。 配線識別子には、回路機能文字、配線番号、セグメント文字、および配線ゲージが含まれます。 たとえば、P215A4 は単導線です。

ワイヤを識別する別の方法もあります。 これは、文字「W」の後にワイヤーハーネス番号、ワイヤー識別番号、ワイヤーゲージが続きます。 たとえば、単導線は W192-06-22 と呼ばれる場合があります。 シールド付きジャケット付きツイストペアは、W192-020-22 と呼ばれる場合があります。

InterConnect は 25 年以上にわたって事業を行っています。 これほど長い時間が経った後、これまでに開発されたすべての軍用コネクタの部品番号をエンタープライズ リソース プランニング システムに入力したと思われるかもしれません。 残念ながら、これは真実ではありません。 ほぼ毎週、新しいコネクタ番号をシステムに入力します。 現在までに、当社は軍用コネクタの 3,200 以上の部品番号を特定しました。 非常に多くの部品番号があるため、ワイヤー ハーネスを設計する際にどの部品番号を使用するかをどのように決定すればよいでしょうか?

良いニュースは、軍用コネクタの一般的なシリーズが少数しかないことです。 軍用航空宇宙産業における当社の経験に基づくと、最も一般的な軍用コネクタのシリーズは次のとおりです。

他のシリーズのコネクタや、非標準コネクタや COTS コネクタも存在することに注意してください。

一般に、できるだけ多くのコンタクト キャビティを持つコネクタ シリーズを選択することが最善です。 軍需産業で人気があるのは、MIL-DTL-38999 コネクタ シリーズです。これは、これらのコネクタには通常、多くのコンタクト キャビティがあるためです。 次のステップでは、次の情報を分析し、どのシステム (つまり、ワイヤ) をコネクタに接続するかを決定します。

この情報がわかれば、さまざまな挿入配置 (特にコネクタのコンタクト キャビティのサイズ) を検討できます。 次に、ワイヤとコンタクトのサイズに基づいてコネクタを選択できます。 コネクタの通常の極性から始めるのが最善です。 同じ基本コネクタ部品番号が別のコネクタの近くで使用されている場合は、異なる極性を選択する必要があります。

参照指定子は、システム図および配線図内のコンポーネントを識別します。 コネクタの参照指定子は通常、次で始まります。

たとえば、参照指定子は 3315P706 などです。 3315J706に接続されます。

ジャックは機体に取り付けられるコネクタです。 ネジとナット、またはナットリングで機体に固定できます。 プラグコネクタはジャックに嵌合します。 ジャックに接続する以外は、機体に物理的に取り付けられません。

航空機のワイヤー ハーネスには他にもいくつかのコンポーネントが使用されています。 スプライス (ワイヤ タイとも呼ばれる) には、「WT」という参照指定子表記があります。 他のコンポーネント (およびその表記) には、抵抗 (R)、コンデンサ (C)、接地ブロック (GD)、ダイオード (CR)、スイッチ (S)、リレー (K)、および回路ブレーカー (CB) が含まれます。

シールド終端とは、シールド線のシールドが別のコンポーネントにどのように終端されるかを指します。 終了方法は多種多様です。 これらには次のものが含まれます。

シールド線のシールドの目的は、線内の電流によって引き起こされる電磁干渉 (EMI) を除去することです。 同様に、シールドは、近くにある他のワイヤによって引き起こされる EMI を制限します。 シールドによりワイヤー間のクロストークが排除されるため、クリアな信号が得られます。

航空宇宙産業で最も一般的な方法は、シールドをジャンパー ワイヤで終端し、そのジャンパー ワイヤを接地点に接続することです。 多くの場合、接地点はコネクタのバックシェルであり、最終的には機体になります。

航空宇宙産業でよくある質問は、「ワイヤーの束を保持する最良の方法は何ですか?」というものです。 航空宇宙産業では、紐結び、タイラップ、拡張可能な編組スリーブ、熱収縮チューブ、編組という 5 つの主な方法が使用されています。

それぞれに長所と短所があります。 最も安価な (そして最も軽量な) 方法は、紐で結ぶ方法です。 最も見栄えの良いワイヤー ハーネスは編組です (特にさまざまな色のもの)。 通常、OEM は使用する方法を指定します。

ケーブルレーシングとしても知られるストリングタイは、伝統的にワックスを塗ったリネンで作られた細いコードで構成されており、一連の本縫いを使用してワイヤーのグループを結び付けます。 この方法は安価で、変更や修理が簡単で、軽量で、数十年にわたって使用され続けます。 欠点としては、ワイヤ束を保護できないことです。 一部のワイヤは、インストールまたはプログラムの改造中に誤ってバンドルから外れてしまう可能性があります。 ワイヤ束は形状を失う可能性があります。 そして、インストールには時間がかかります。

タイラップには、さまざまな素材、スタイル、長さ、幅、色があります。 安価で、改造や修理が簡単で、軽量で、すぐに設置できます。 ただし、紐の結び目と同様に、ワイヤーの束を保護するものではありません。 さらに、それらは破損する可能性があり (異物破片の問題が発生する)、その使用は SAE AS50881 の要件と矛盾します。

拡張可能な編組スリーブはワイヤ束をある程度保護します。 ただし、高価になる可能性があり、重量も増加します。 ほとんどの場合、ワイヤ束の周囲にぴったりとフィットするわけではなく、ワイヤ束をスリーブに押し込むのに時間がかかります。

熱収縮チューブはワイヤ束を非常によく保護し、長持ちします。 ただし、スリーブと同様に高価になる可能性があり、重量も増加します。 同様に、ワイヤの束をチューブに押し込むのにも時間がかかり、束の上でチューブを収縮させるにも時間がかかります。 最大の欠点は、チューブが収縮すると、チューブの下のワイヤにアクセスできなくなることです。

編み込みには多くの利点があります。 ワイヤ束に優れた保護を提供します。 ワイヤーハーネスの外観が向上します。 耐久性が高く、ワイヤの束をコンパクトにして設置を容易にします。

色分けされた編組はワイヤー ハーネスを簡単に識別するのに役立ち、金属編組は EMI 保護を提供します。

欠点としては、編むことで重量が増加し、各ワイヤー ハーネスを手作業で編むとコストがかかることです。 ワイヤー ハーネスに追加のワイヤーが必要な場合は、「便乗」する必要があります。 つまり、それらは個別に編組され、既存のバンドルアセンブリの編組の外側に実行される必要があります。

テスト

航空機のワイヤーハーネスは、一般的にワイヤリングアナライザーと呼ばれる自動装置を使用してテストされます。 多くの会社が配線アナライザーを製造しています。 独自のプログラムは、実行するテスト、使用する電流と電圧の量、および電流を印加する時間をアナライザーに指示します。 技術者は、アダプタ ケーブルを使用してワイヤリング アナライザをワイヤ ハーネスに接続します。

最も一般的な 2 つのテストは、導通性と絶縁抵抗です。 ただし、配線アナライザは、空のコンタクト キャビティ テスト、AC 誘電体テスト、ライトの点灯、リレーの通電、静電容量の測定、抵抗の測定、ダイオードが正しく動作しているかどうかの確認など、他のテストも行うことができます。

導通テストにより、各ワイヤが設計に従って接続されていることを確認します。 たとえば、ワイヤがピン 13 のコネクタ 1 からソケット 34 のコネクタ 2 に接続されると想定されている場合、導通テストによってワイヤがそこにあることが確認されます。 導通テストは、0.5 アンペア、定電圧、最小滞留時間 0.2 秒で実行されます。

絶縁抵抗試験 (メグオーム試験とも呼ばれる) は、短絡をチェックします。 例として、2 本のワイヤの絶縁体に傷があり、互いに接近している場合、絶縁抵抗テストでは短絡が示されます。 コネクタが正しく製造されておらず、2 つの接点を分離するのに十分な材料がない場合、絶縁抵抗テストでもこの短絡が示されます。

絶縁抵抗テストは、1,500 VDC、定電流、最小滞留時間 0.15 秒で実行されます。 絶縁抵抗テストはその名前が示すとおり、短絡が生じないように 2 つ以上の導体間に十分な抵抗があることを確認します。 抵抗が 100 メガオームを超えていれば、テストに合格します。

ほとんどの OEM は、ワイヤー ハーネスのテスト方法を指定します。 一般的な軍事試験規格は MIL-STD-202 です。

航空宇宙用ワイヤー ハーネスには、無数の製造基準が適用されます。 最も一般的なものは次のとおりです。

航空宇宙産業向けのワイヤー ハーネスの設計と組み立ての詳細については、817-377-9473 にお電話いただくか、www.interconnect-wiring.com をご覧ください。