發展先進的制造工程技術，提升設備數字化、自動化制造能力，是合理解決現代化航空武器裝備快速研制和生產的重要發展方向和工程途徑。特別是以數字化、自動化為重要特征的快速敏捷制造技術已成為先進航空武器裝備研制和生產中的重要工程技術方向。

現代先進航空武器裝備發展的明顯特點是性能好、功能強、小批量、多品種、技術含量高、制造成本也高，其設計思想的實現強烈依賴于新材料新工藝的研發水平、制造技術和制造設備能力。為了提升戰場和市場競爭力，通常航空武器裝備必須在質量（高）、效率（高）、壽命（長）、成本（低）等方面具有綜合優勢。而質量、效率、壽命、成本的完美結合，需要通過先進的制造工藝和裝備技術加以實現。先進的無損檢測技術及其檢測裝備則是實現設計思想和制造理念，增強用戶信心，提高競爭力的重要保障。 本文來自123

發展先進的制造工程技術，提升設備數字化、自動化制造能力，是合理解決現代化航空武器裝備快速研制和生產的重要發展方向和工程途徑。特別是以數字化、自動化為重要特征的快速敏捷制造技術已成為先進航空武器裝備研制和生產中的重要工程技術方向。而數字化、自動化無損檢測技術是數字化、自動化制造和先進航空制造裝備的重要組成部分。隨著復合材料等新材料的不斷應用，數字化、自動化無損檢測技術的發展和成功應用已成為飛機設計和數字化、自動化制造過程的關鍵技術，特別是在新材料與新工藝研究、新結構與新機研制的過程中，數字化、自動化無損檢測技術發揮著越來越重要的作用。

復合材料在飛機上的應用與數字化、自動化無損檢測

近年來復合材料的裝機應用水平已成為現代航空裝備先進性的標志，Joseph F Rakow 預測，在未來10年里，下一代飛機是復合材料的飛機，復合材料從過去非承力結構正不斷被用于主承力結構。10年前，Boeing777復合材料用量為結構重量的10%左右，而Boeing787復合材料用量達到結構重量的50%左右。除了Boeing787，Airbus380復合材料用量也達到結構重量的25%左右，與 Boeing787復合材料機身相比，Airbus380一個驚人之舉就是設計了全復合材料中央翼盒。復合材料在軍機上的應用態勢絲毫不遜于民機，例如F/A-18C/D復合材料用量高于20%，而據Joseph F Rakow報道，F-22復合材料用量則猛增至60%左右。復合材料應用結構也由早先非承力的簡單結構發展到承力結構、整體結構、大型結構和復雜結構。因此，復合材料結構在現代飛機中具有舉足輕重的作用。

（1）復合材料制造工藝優化與成本的控制離不開數字化、自動化無損檢測技術。

目前復合材料結構的材料和制造成本居高不下，結構尺寸越來越大，結構件形狀越來越復雜，需要采用先進可靠的數字化、自動化復合材料無損檢測技術，及時為復合材料工藝優化和結構件制造提供反饋信息，幫助穩定工藝，提高產品的合格率。由于復合材料無損檢測貫穿于復合材料結構成型、裝配、試驗、維護/ 維修、使用全過程，因此，復合材料無損檢測成本和效率直接影響復合材料的總成本，而降低檢測成本的一個有效技術途徑是發展數字化、自動化無損檢測技術，提高檢測效率。

（2）復合材料結構的批量生產與檢測需要采用數字化、自動化無損檢測技術。

復合材料結構通常需要進行100％覆蓋檢測。隨著復合材料大量裝機應用和飛機批量生產，復合材料結構無損檢測的量急劇增加，檢測的耗時、效率和進度等直接影響飛機的研制和生產全過程。以F -22復合材料進氣道無損檢測試驗為例，采用超聲檢測技術，約需24h / 件。復合材料結構尺寸越大，檢測耗時越多；結構形狀越復雜，檢測效率會明顯降低，檢測耗時也會更多。因此，如此大的檢測工作量，僅靠傳統的手工檢測，顯然難以滿足要求。

（3）復合材料承力結構的設計應用需要采用數字化、自動化無損檢測技術。

目前復合材料應用已經由早先非承力的簡單結構發展到次承力結構甚至承力結構、整體結構、大型結構和復雜結構。因此，對復合材料結構無損檢測技術的要求更高：不僅需要進行無損檢測，更需要得到復合材料內部質量和缺陷的量化信息；不僅要求檢出缺陷，還需要建立復合材料缺陷與結構性能的有機聯系，建立相應缺陷評估準則；不僅需要能檢出分層、疏松等一些影響結構力學性能的宏觀缺陷，還需要檢出可能影響結構疲勞性能的微觀或分布型缺陷。這就需要采用數字化、自動化無損檢測技術來滿足這些要求。

（4）飛機長壽命設計與復合材料結構可靠性需要采用數字化、自動化無損檢測技術。

現代飛機的一個重要技術特點就是要求長壽命，而隨著復合材料在機身、機翼等重要部位的設計應用，復合材料結構必須滿足預期的設計壽命。由于復合材料結構整體上沒有中間材料加工過程，一旦固化過程完成，就意味著復合材料結構整體力學性能固定，除非在制造過程中出現了明顯的質量問題，如其內部產生了缺陷。當那些設計上不允許存在的缺陷隨復合材料結構帶到飛機結構中時，將會影響整機的安全服役和使用壽命。因此，必須通過先進可靠的無損檢測技術確保復合材料結構的可靠性和質量。顯然，僅靠傳統的手工檢測不能滿足要求，一個有效的技術途徑就是采用數字化、自動化無損檢測技術。 copyright 123456

復合材料數字化、自動化無損檢測技術的現狀

復合材料數字化、自動化無損檢測技術是近年來隨著復合材料不斷擴大裝機應用規模和現代飛機設計制造特點提出來的。針對不同的檢測環境、工序階段、結構形狀等，目前復合材料數字化、自動化無損檢測在技術上分為兩大方向：一是基于儀器的復合材料數字化檢測技術；二是基于設備的復合材料數字化、自動化無損檢測技術。

基于儀器的復合材料數字化檢測技術主要用于解決一些難以實現自動化檢測的應用場合和復合材料結構的無損檢測，如復合材料修理過程中的無損檢測、復合材料復雜結構和復雜結構部位的檢測。主要是通過對檢測儀器的數字化，來提高對檢測信號的數字化處理能力和缺陷量化分析能力，實現一些諸如檢測參數、典型檢測信號的記錄存儲等。目前主要是以超聲檢測儀器技術為主，多采用超聲反射法檢測。值得指出的是，目前市場上的數字化超聲檢測儀器和缺陷評估方法大多是針對金屬材料設計開發的。由于復合材料結構的自身特點和缺陷特征，通常需要開發專門的數字化檢測技術，實現檢測信號高保真數字化處理，提高檢測分辨率，減少檢測盲區，進行缺陷的量化評估。就樹脂基復合材料而言，目前主要是采用超聲數字化無損檢測技術，它包括超聲換能器技術、超聲技術、信號處理技術、缺陷評估技術和儀器技術。從20世紀80年代初，北京航空制造工程研究所就開展了復合材料數字化無損檢測技術的研究，成功研究了高分辨率超聲換能器、復合材料RF超聲檢測方法、缺陷識別與評估方法、復合材料高分辨率超聲檢測系列儀器等，一直是國內復合材料無損檢測的支柱技術和主要手段，在航空、航天、兵器、交通、空軍等部門的科研和生產第一線發揮了關鍵作用，特別是研究建立的高分辨率超聲換能器技術和缺陷評估技術，至今在國際上具有明顯的技術特點。

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基于這些復合材料數字化超聲檢測儀器和缺陷評估技術，可以對復合材料中的缺陷及其位置（深度）、面積、性質、類型等進行量化評估。采用北京航空制造工程研究所生產的多功能復合材料高分辨率超聲檢測儀器（MUT -1）和已建立的復合材料孔隙率超聲數字化評估技術，可以對典型復合材料孔隙含量進行超聲量化評估，從結果中可以看出孔隙在復合材料中不同位置的分布情況。

隨著復合材料批量裝機應用和批量生產，基于設備的復合材料數字化、自動化檢測技術近年來發展迅速，目前NASA、Boeing、LockheedMartin、Airbus 等在復合材料結構制造和生產過程中，都在大力發展數字化、自動化無損檢測技術。目前主要基于超聲方法，在檢測信號數字化處理基礎上，針對不同復合材料構件，利用掃查機構設計技術和數控技術，通過專門的技術設計和設備研發，解決復合材料構件的超聲數字化、自動化無損檢測。目前基于設備的復合材料超聲數字化、自動化檢測技術主要包括超聲換能器技術、超聲技術、掃描技術、控制技術和缺陷評估技術，可分為超聲穿透法和超聲反射法兩大類。

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（1）基于超聲穿透法的復合材料數字化、自動化無損檢測技術。

利用入射聲波在穿過復合材料時能量的衰減變化進行缺陷識別與檢測，西方比較青睞這種檢測方法，超聲換能器分別安裝在2個對稱的多軸掃描機構上，在數控系統作用下，通過運動編程控制，使2個探頭對被檢測復合材料構件進行自動掃描檢測。采用穿透法檢測時，對超聲換能器和儀器的分辨率和檢測盲區要求相對較低，但需要有很好的同步與掃描控制技術。

與超聲反射法相比，其主要技術特點還有：

·超聲換能器需要從兩側接近工件；
·超聲換能器同步控制和型面跟蹤復雜；
·對于復雜的零件，通常只能采用單通道工作；
·檢測效率不高；
·技術成本高。

（2）基于超聲反射法的復合材料數字化、自動化無損檢測技術。

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利用入射聲波在復合材料中傳播產生的反射信息進行缺陷識別與評估，歐洲比較青睞這種檢測方法，超聲換能器安裝在一多軸掃描機構上，通過運動編程，換能器在數控系統作用下，對被檢測復合材料構件進行自動掃描檢測。通常復合材料單個鋪層厚度約0.13m m，因此采用反射法檢測時對超聲換能器和儀器的分辨率和檢測盲區要求較高，但不需要有同步掃描機構，檢測靈敏度比穿透法高。與超聲穿透法相比，其主要技術特點還有：

·超聲換能器只需要從一側接近被檢測工件；
·超聲換能器型面跟蹤要求高；
·可實現多通道檢測；
·檢測效率高；
·技術成本較低。

不論采用哪種數字化、自動化超聲檢測方法，都需要有很好的型面跟蹤技術、信號處理技術和超聲系統綜合技術。特別是針對大型復合材料結構，目前國際上采用的掃描方法主要有3種：示教、基于零件的CAD模型和測量仿形。但實際檢測應用情況都不理想：示教和仿形的方法效率太低，被檢測零件的CAD模型到了復合材料檢測工序，已經不適用。所以，尋找新的快速適用的掃描方法是解決復合材料構件數字化、自動化檢測的當務之急。近年來北京航空制造工程研究所一直在開展這方面的新技術研究，正在研究一種基于被檢測復合材料零件自由型面的跟蹤掃描技術，以解決7500mm×6000mm以上大型復合材料構件的超聲數字化、自動化高效無損檢測，目前已完成技術方案試驗，進入系統設計制造階段。 內容來自123456

北京航空制造工程研究所是國內最早從事復合材料無損檢測的專業研究所，早在20世紀70年末80年代初，就開始了復合材料無損檢測技術研究，針對復合材料特點，先后提出并成功研究了高分辨率RF超聲檢測技術、缺陷識別方法、檢測儀器、微盲區換能器、缺陷成像方法、自動掃描成像檢測設備等，形成了獨特的復合材料檢測技術體系，一直在國內復合材料應用領域發揮主要作用。如研制了FJ系列高分辨率無盲區超聲換能器、復合材料系列超聲檢測儀器、CUS-21復合材料構件復雜部位超聲檢測系統、CUS-22超聲自適應檢測設備、MUI-21 大型復合材料結構超聲自動檢測技術設備、CUS-2F復合材料纏繞超聲自動檢測技術設備等，為國內復合材料研究和工業應用部門提供了強有力的技術支持和支撐，在航空型號研制和生產中一直在發揮重要作用。特別是正在研制的 UltraScan 9000復合材料數字化、自動化超聲自動掃描檢測系統，多達20檢測通道，采用獨特的自動跟蹤掃描技術，可以適應7500mm×6000mm以上規格的復合材料構件的自動掃描檢測。 123456
采用這種數字化、自動化超聲檢測技術，可以通過直觀的圖像方式再現被檢測復合材料結構內部缺陷的詳細分布和整個結構的內部質量情況，進行缺陷的量化評估。

對復合材料數字化、自動化無損檢測發展的思考

復合材料數字化、自動化無損檢測是一個與復合材料及其制造工藝密切相關的專業技術，其發展和應用必須緊密結合自身的復合材料、結構設計與制造、應用等特點進行合理規劃，例如Boeing 和Airbus公司一直結合自身的復合材料研發計劃和生產任務，在開展復合材料數字化、自動化無損檢測技術的研究和應用。特別是基于設備的復合材料數字化、自動化無損檢測，針對性更強，去過Boeing和Airbus公司參觀的人都能感覺到在復合材料數字化、自動化無損檢測方面，他們具有明顯的不同特點和技術思路。復合材料數字化、自動化無損檢測技術的關鍵是需要有十分強大的技術支持的特殊專業設備，集無損檢測、傳感器、儀器、信號處理、掃描控制、成像以及計算機、機械、電器、數控等多專業、多學科于一體，專業性極強，屬于特殊的個例技術設計應用，必須結合復合材料、工藝和結構設計制造等進行專門的設計。Boeing和 Airbus公司都花費巨資，進行了長時間的持續研發和技術積累，才有今天的技術規模。 本文來自123

我國在這方面幾十年的簡單引進案例反復表明，要從根本上解決復合材料數字化、自動化無損檢測，僅單純或機械地引進一兩臺檢測設備，遠不能從根本上解決復合材料結構數字化、自動化無損檢測。

一方面，目前我國每年都要花費大量資金從國外購買一些不太適合自身型號研制和生產特點的檢測設備，而且這些檢測設備的引進又大多缺乏技術依托和配套技術支持，缺少應用開發和相關技術配套，因此難以形成有效的生產能力。另一方面，在型號研制和生產中又急需無損檢測技術設備來確保裝機結構件的質量，幫助穩定工藝，為材料研究提供評價手段，為設計應用反饋信息，保證復合材料結構研制和型號生產過程中裝機件質量。

因此，今后的發展規劃與思路，應立足自我，充分利用國際技術平臺，根據自身型號批量生產和復合材料裝機應用特點，利用有效的資金，開發復合材料結構數字化、自動化無損檢測技術裝備，建立適合自身技術特點的復合材料結構數字化、自動化無損檢測技術體系和平臺，增強可持續發展的技術內涵。