一种用于飞机结构修理的胶接固化仪的研制

代永朝，汪 彬，范洪波

（1.空军第一航空学院，河南 信阳 464000；2.94669 部队，安徽 芜湖 241007；3.95092 部队，河南 开封 475003）

0 引言

胶接作为一种高效实用的连接技术，已成为飞机复合材料结构和金属薄板结构损伤的主要修理技术手段之一。在胶接修理中，胶粘剂的性能和固化工艺是影响胶接强的主要因素[1]。当选定胶粘剂后，固化温度的控制成为影响胶接质量的关键因素，必须按照固化工艺曲线对粘接区的加热温度进行精确控制，为此，需要专用的胶接固化设备控制固化温度。按照温度控制的调节原理分类，用于温度控制的方式有： 位式控制、时间比例控制、PID 控制、模糊控制等[2]，在对各种控制方式优缺点进行分析的基础上，本文采用脉宽调制（PWM）控温技术和热传导原理设计出了CARM-1 型胶接固化仪。

1 胶接固化仪的组成

CARM-1 型胶接固化仪由主机和配套的附件组成，见图1。其最大输出功率为2kW，最高加热温度为160℃，真空压力大于90KPa。主机操作面板见图2，面板上各元件的名称和功用见表1。

图1 胶接固化仪的组成Fig.1 Component of bondcuring equipment

图2 主机面板Fig.2 The panel of mainmachine

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

2 胶接固化仪的设计

CARM-1 型胶接固化仪的主机由硬件和软件两部分组成，硬件主要实现温度信号的采集与控制、工艺参数的键盘输入以及工艺曲线和信号显示等功能，软件主要功能是驱动硬件电路有序工作和控制固化工艺参数。

2.1 硬件设计

胶接固化仪硬件系统组成见图3。控制核心选择主频达49MHz 的高性能单片机C8051F410；加热区温度传感器采用高温NTC 温度传感器，测温精度达到0.5℃；环境温度传感器采用单总线微型数字温度传感器DS18B20，测温精度可达0.1℃；模数转换采用单片机内置12 位AD 模块，在0～250℃温度测控范围内，精度可达0.1℃；加热源采用碳纤维基电热毯，耐热性高且具有良好的柔性，可很好的适应各型飞机结构的曲面修复需要，电热毯电源输入回路接入数字型固态继电器，可实现控制电平的高速切换，便于加热功率的PWM 方式精确控制；输入键盘按键采用轻触型欧姆龙按键，可靠性高；电动真空泵选择VCH1028 型，可实现（-90～0）KPa范围加载；显示器为工作温度范围为-20～55℃的低功耗7.8 英寸液晶。

图3 硬件系统组成Fig.3 Component of hardware system

2.2 软件设计

为实现硬件电路有序工作和固化工艺参数控制，采用C 语言开发了各个模块的控制软件，包括加热区域温度采集与控制、环境温度采集、液晶显示驱动、工艺参数存储控制和键盘控制等，软件控制流程见图4。软件系统的控制核心是采用PWM（脉宽调制）技术实现电热毯加热功率的自动控制，以保证在不同的环境温度和升温速率、降温速率以及保温等条件下的加热与散热平衡，为胶粘剂的固化提供良好的温度条件。

图4 软件控制流程图Fig.4 Software control program

3 总结

本文研制的胶接固化仪，是一种由单片机自动控制电热毯加热温度、真空泵自动控制真空压力、显示屏实时记录固化参数和过程的修理设备，具有性能稳定、温度控制精确、制造成本低、操作使用方便等特点，可满足飞机复合材料结构和金属薄板结构胶接修理的中温固化需要。

[1] 胡芳友，等.飞机结构损伤修理[M].北京：兵器工业出版社，2012.

[2] 姜忠良，等.温度的测量与控制[M].北京：清华大学出版社，2005.