一種用于飛機結構修理的膠接固化儀的研制

代永朝，汪 彬，范洪波

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

0 引言

膠接作為一種高效實用的連接技術，已成為飛機復合材料結構和金屬薄板結構損傷的主要修理技術手段之一。在膠接修理中，膠粘劑的性能和固化工藝是影響膠接強的主要因素[1]。當選定膠粘劑后，固化溫度的控制成為影響膠接質量的關鍵因素，必須按照固化工藝曲線對粘接區的加熱溫度進行精確控制，為此，需要專用的膠接固化設備控制固化溫度。按照溫度控制的調節原理分類，用于溫度控制的方式有： 位式控制、時間比例控制、PID 控制、模糊控制等[2]，在對各種控制方式優缺點進行分析的基礎上，本文采用脈寬調制（PWM）控溫技術和熱傳導原理設計出了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 膠接固化儀的設計

CARM-1 型膠接固化儀的主機由硬件和軟件兩部分組成，硬件主要實現溫度信號的采集與控制、工藝參數的鍵盤輸入以及工藝曲線和信號顯示等功能，軟件主要功能是驅動硬件電路有序工作和控制固化工藝參數。

2.1 硬件設計

膠接固化儀硬件系統組成見圖3?？刂坪诵倪x擇主頻達49MHz 的高性能單片機C8051F410；加熱區溫度傳感器采用高溫NTC 溫度傳感器，測溫精度達到0.5℃；環境溫度傳感器采用單總線微型數字溫度傳感器DS18B20，測溫精度可達0.1℃；模數轉換采用單片機內置12 位AD 模塊，在0～250℃溫度測控范圍內，精度可達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，可很好的適應各型飛機結構的曲面修復需要，電熱毯電源輸入回路接入數字型固態繼電器，可實現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；電動真空泵選擇VCH1028 型，可實現（-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 硬件系統組成Fig.3 Component of hardware system

2.2 軟件設計

為實現硬件電路有序工作和固化工藝參數控制，采用C 語言開發了各個模塊的控制軟件，包括加熱區域溫度采集與控制、環境溫度采集、液晶顯示驅動、工藝參數存儲控制和鍵盤控制等，軟件控制流程見圖4。軟件系統的控制核心是采用PWM（脈寬調制）技術實現電熱毯加熱功率的自動控制，以保證在不同的環境溫度和升溫速率、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

本文研制的膠接固化儀，是一種由單片機自動控制電熱毯加熱溫度、真空泵自動控制真空壓力、顯示屏實時記錄固化參數和過程的修理設備，具有性能穩定、溫度控制精確、制造成本低、操作使用方便等特點，可滿足飛機復合材料結構和金屬薄板結構膠接修理的中溫固化需要。

[1] 胡芳友，等.飛機結構損傷修理[M].北京：兵器工業出版社，2012.

[2] 姜忠良，等.溫度的測量與控制[M].北京：清華大學出版社，2005.