現(xiàn)代先進航空武器裝備發(fā)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(xiàn)強烈依賴于新材料新工藝的研發(fā)水平、制造技術和制造設備能力。為了提升戰(zhàn)場和市場競爭力，通常航空武器裝備必須在質(zhì)量(高)、效率(高)、壽命(長)、成本(低)等方面具有綜合優(yōu)勢。而質(zhì)量、效率、壽命、成本的完美結(jié)合，需要通過先進的制造工藝和裝備技術加以實現(xiàn)。先進的無損檢測技術及其檢測裝備則是實現(xiàn)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。

      發(fā)展先進的制造工程技術，提升設備數(shù)字化、自動化制造能力，是合理解決現(xiàn)代化航空武器裝備快速研制和生產(chǎn)的重要發(fā)展方向和工程途徑。特別是以數(shù)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(chǎn)中的重要工程技術方向。而數(shù)字化、自動化無損檢測技術是數(shù)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(shù)字化、自動化無損檢測技術的發(fā)展和成功應用已成為飛機設計和數(shù)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(jié)構(gòu)與新機研制的過程中，數(shù)字化、自動化無損檢測技術發(fā)揮著越來越重要的作用。

復合材料在飛機上的應用與數(shù)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(xiàn)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(jié)構(gòu)正不斷被用于主承力結(jié)構(gòu)。10年前，Boeing777復合材料用量為結(jié)構(gòu)重量的10%左右，而Boeing787復合材料用量達到結(jié)構(gòu)重量的50%左右。除了Boeing787，Airbus380復合材料用量也達到結(jié)構(gòu)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(tài)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(jù)Joseph F Rakow報道，F(xiàn)-22復合材料用量則猛增至60%左右。復合材料應用結(jié)構(gòu)也由早先非承力的簡單結(jié)構(gòu)發(fā)展到承力結(jié)構(gòu)、整體結(jié)構(gòu)、大型結(jié)構(gòu)和復雜結(jié)構(gòu)。因此，復合材料結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代飛機中具有舉足輕重的作用。

　  (1)復合材料制造工藝優(yōu)化與成本的控制離不開數(shù)字化、自動化無損檢測技術。

目前復合材料結(jié)構(gòu)的材料和制造成本居高不下，結(jié)構(gòu)尺寸越來越大，結(jié)構(gòu)件形狀越來越復雜，需要采用先進可靠的數(shù)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(yōu)化和結(jié)構(gòu)件制造提供反饋信息，幫助穩(wěn)定工藝，提高產(chǎn)品的合格率。由于復合材料無損檢測貫穿于復合材料結(jié)構(gòu)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(fā)展數(shù)字化、自動化無損檢測技術，提高檢測效率。

(2)復合材料結(jié)構(gòu)的批量生產(chǎn)與檢測需要采用數(shù)字化、自動化無損檢測技術。

復合材料結(jié)構(gòu)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(chǎn)，復合材料結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(jié)構(gòu)尺寸越大，檢測耗時越多;結(jié)構(gòu)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(tǒng)的手工檢測，顯然難以滿足要求。

(3)復合材料承力結(jié)構(gòu)的設計應用需要采用數(shù)字化、自動化無損檢測技術。

目前復合材料應用已經(jīng)由早先非承力的簡單結(jié)構(gòu)發(fā)展到次承力結(jié)構(gòu)甚至承力結(jié)構(gòu)、整體結(jié)構(gòu)、大型結(jié)構(gòu)和復雜結(jié)構(gòu)。因此，對復合材料結(jié)構(gòu)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(nèi)部質(zhì)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(jié)構(gòu)性能的有機聯(lián)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(jié)構(gòu)力學性能的宏觀缺陷，還需要檢出可能影響結(jié)構(gòu)疲勞性能的微觀或分布型缺陷。這就需要采用數(shù)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(jié)構(gòu)可靠性需要采用數(shù)字化、自動化無損檢測技術。

現(xiàn)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(jié)構(gòu)必須滿足預期的設計壽命。由于復合材料結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)整體力學性能固定，除非在制造過程中出現(xiàn)了明顯的質(zhì)量問題，如其內(nèi)部產(chǎn)生了缺陷。當那些設計上不允許存在的缺陷隨復合材料結(jié)構(gòu)帶到飛機結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的可靠性和質(zhì)量。顯然，僅靠傳統(tǒng)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(shù)字化、自動化無損檢測技術。

復合材料數(shù)字化、自動化無損檢測技術的現(xiàn)狀

復合材料數(shù)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(guī)模和現(xiàn)代飛機設計制造特點提出來的。針對不同的檢測環(huán)境、工序階段、結(jié)構(gòu)形狀等，目前復合材料數(shù)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(shù)字化檢測技術;二是基于設備的復合材料數(shù)字化、自動化無損檢測技術。

基于儀器的復合材料數(shù)字化檢測技術主要用于解決一些難以實現(xiàn)自動化檢測的應用場合和復合材料結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和復雜結(jié)構(gòu)部位的檢測。主要是通過對檢測儀器的數(shù)字化，來提高對檢測信號的數(shù)字化處理能力和缺陷量化分析能力，實現(xiàn)一些諸如檢測參數(shù)、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(shù)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(fā)的。由于復合材料結(jié)構(gòu)的自身特點和缺陷特征，通常需要開發(fā)專門的數(shù)字化檢測技術，實現(xiàn)檢測信號高保真數(shù)字化處理，提高檢測分辨率，減少檢測盲區(qū)，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(shù)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(shù)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(nèi)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(chǎn)第一線發(fā)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。

基于這些復合材料數(shù)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(zhì)、類型等進行量化評估。采用北京航空制造工程研究所生產(chǎn)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(shù)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(jié)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(chǎn)，基于設備的復合材料數(shù)字化、自動化檢測技術近年來發(fā)展迅速，目前NASA、Boeing、LockheedMartin、Airbus 等在復合材料結(jié)構(gòu)制造和生產(chǎn)過程中，都在大力發(fā)展數(shù)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(shù)字化處理基礎上，針對不同復合材料構(gòu)件，利用掃查機構(gòu)設計技術和數(shù)控技術，通過專門的技術設計和設備研發(fā)，解決復合材料構(gòu)件的超聲數(shù)字化、自動化無損檢測。目前基于設備的復合材料超聲數(shù)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。