一種用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)修理的膠接固化儀的研制

代永朝，汪 彬，范洪波

（1.空軍第一航空學(xué)院，河南 信陽 464000；2.94669 部隊(duì)，安徽 蕪湖 241007；3.95092 部隊(duì)，河南 開封 475003）

0 引言

膠接作為一種高效實(shí)用的連接技術(shù)，已成為飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和金屬薄板結(jié)構(gòu)損傷的主要修理技術(shù)手段之一。在膠接修理中，膠粘劑的性能和固化工藝是影響膠接強(qiáng)的主要因素[1]。當(dāng)選定膠粘劑后，固化溫度的控制成為影響膠接質(zhì)量的關(guān)鍵因素，必須按照固化工藝曲線對(duì)粘接區(qū)的加熱溫度進(jìn)行精確控制，為此，需要專用的膠接固化設(shè)備控制固化溫度。按照溫度控制的調(diào)節(jié)原理分類，用于溫度控制的方式有： 位式控制、時(shí)間比例控制、PID 控制、模糊控制等[2]，在對(duì)各種控制方式優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，本文采用脈寬調(diào)制（PWM）控溫技術(shù)和熱傳導(dǎo)原理設(shè)計(jì)出了CARM-1 型膠接固化儀。

1 膠接固化儀的組成

CARM-1 型膠接固化儀由主機(jī)和配套的附件組成，見圖1。其最大輸出功率為2kW，最高加熱溫度為160℃，真空壓力大于90KPa。主機(jī)操作面板見圖2，面板上各元件的名稱和功用見表1。

圖1 膠接固化儀的組成Fig.1 Component of bondcuring equipment

圖2 主機(jī)面板Fig.2 The panel of mainmachine

表1 面板各元件名稱和功用Tab.1 The name and function of all element

2 膠接固化儀的設(shè)計(jì)

CARM-1 型膠接固化儀的主機(jī)由硬件和軟件兩部分組成，硬件主要實(shí)現(xiàn)溫度信號(hào)的采集與控制、工藝參數(shù)的鍵盤輸入以及工藝曲線和信號(hào)顯示等功能，軟件主要功能是驅(qū)動(dòng)硬件電路有序工作和控制固化工藝參數(shù)。

2.1 硬件設(shè)計(jì)

膠接固化儀硬件系統(tǒng)組成見圖3。控制核心選擇主頻達(dá)49MHz 的高性能單片機(jī)C8051F410；加熱區(qū)溫度傳感器采用高溫NTC 溫度傳感器，測(cè)溫精度達(dá)到0.5℃；環(huán)境溫度傳感器采用單總線微型數(shù)字溫度傳感器DS18B20，測(cè)溫精度可達(dá)0.1℃；模數(shù)轉(zhuǎn)換采用單片機(jī)內(nèi)置12 位AD 模塊，在0～250℃溫度測(cè)控范圍內(nèi)，精度可達(dá)0.1℃；加熱源采用碳纖維基電熱毯，耐熱性高且具有良好的柔性，可很好的適應(yīng)各型飛機(jī)結(jié)構(gòu)的曲面修復(fù)需要，電熱毯電源輸入回路接入數(shù)字型固態(tài)繼電器，可實(shí)現(xiàn)控制電平的高速切換，便于加熱功率的PWM 方式精確控制；輸入鍵盤按鍵采用輕觸型歐姆龍按鍵，可靠性高；電動(dòng)真空泵選擇VCH1028 型，可實(shí)現(xiàn)（-90～0）KPa范圍加載；顯示器為工作溫度范圍為-20～55℃的低功耗7.8 英寸液晶。

圖3 硬件系統(tǒng)組成Fig.3 Component of hardware system

2.2 軟件設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)硬件電路有序工作和固化工藝參數(shù)控制，采用C 語言開發(fā)了各個(gè)模塊的控制軟件，包括加熱區(qū)域溫度采集與控制、環(huán)境溫度采集、液晶顯示驅(qū)動(dòng)、工藝參數(shù)存儲(chǔ)控制和鍵盤控制等，軟件控制流程見圖4。軟件系統(tǒng)的控制核心是采用PWM（脈寬調(diào)制）技術(shù)實(shí)現(xiàn)電熱毯加熱功率的自動(dòng)控制，以保證在不同的環(huán)境溫度和升溫速率、降溫速率以及保溫等條件下的加熱與散熱平衡，為膠粘劑的固化提供良好的溫度條件。

圖4 軟件控制流程圖Fig.4 Software control program

3 總結(jié)

本文研制的膠接固化儀，是一種由單片機(jī)自動(dòng)控制電熱毯加熱溫度、真空泵自動(dòng)控制真空壓力、顯示屏實(shí)時(shí)記錄固化參數(shù)和過程的修理設(shè)備，具有性能穩(wěn)定、溫度控制精確、制造成本低、操作使用方便等特點(diǎn)，可滿足飛機(jī)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)和金屬薄板結(jié)構(gòu)膠接修理的中溫固化需要。

[1] 胡芳友，等.飛機(jī)結(jié)構(gòu)損傷修理[M].北京：兵器工業(yè)出版社，2012.

[2] 姜忠良，等.溫度的測(cè)量與控制[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.