發(fā)展先進的制造工程技術(shù)，提升設(shè)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(shù)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(shù)方向。

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(shù)含量高、制造成本也高，其設(shè)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(shù)和制造設(shè)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(shù)加以實現(xiàn)。先進的無損檢測技術(shù)及其檢測裝備則是實現(xiàn)設(shè)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(fā)展先進的制造工程技術(shù)，提升設(shè)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(shù)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(shù)方向。而數(shù)字化、自動化無損檢測技術(shù)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(fù)合材料等新材料的不斷應(yīng)用，數(shù)字化、自動化無損檢測技術(shù)的發(fā)展和成功應(yīng)用已成為飛機設(shè)計和數(shù)字化、自動化制造過程的關(guān)鍵技術(shù)，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(shù)發(fā)揮著越來越重要的作用。

復(fù)合材料在飛機上的應(yīng)用與數(shù)字化、自動化無損檢測

近年來復(fù)合材料的裝機應(yīng)用水平已成為現(xiàn)代航空裝備先進性的標志，Joseph F Rakow 預(yù)測，在未來10年里，下一代飛機是復(fù)合材料的飛機，復(fù)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(fù)合材料用量為結(jié)構(gòu)重量的10%左右，而Boeing787復(fù)合材料用量達到結(jié)構(gòu)重量的50%左右。除了Boeing787，Airbus380復(fù)合材料用量也達到結(jié)構(gòu)重量的25%左右，與 Boeing787復(fù)合材料機身相比，Airbus380一個驚人之舉就是設(shè)計了全復(fù)合材料中央翼盒。復(fù)合材料在軍機上的應(yīng)用態(tài)勢絲毫不遜于民機，例如F/A-18C/D復(fù)合材料用量高于20%，而據(jù)Joseph F Rakow報道，F(xiàn)-22復(fù)合材料用量則猛增至60%左右。復(fù)合材料應(yīng)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(fù)雜結(jié)構(gòu)。因此，復(fù)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(fù)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(shù)。

目前復(fù)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(fù)雜，需要采用先進可靠的數(shù)字化、自動化復(fù)合材料無損檢測技術(shù)，及時為復(fù)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(fù)合材料無損檢測貫穿于復(fù)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(fù)合材料無損檢測成本和效率直接影響復(fù)合材料的總成本，而降低檢測成本的一個有效技術(shù)途徑是發(fā)展數(shù)字化、自動化無損檢測技術(shù)，提高檢測效率。

（2）復(fù)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(shù)。

復(fù)合材料結(jié)構(gòu)通常需要進行100％覆蓋檢測。隨著復(fù)合材料大量裝機應(yīng)用和飛機批量生產(chǎn)，復(fù)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(fù)合材料進氣道無損檢測試驗為例，采用超聲檢測技術(shù)，約需24h / 件。復(fù)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(fù)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(fù)合材料承力結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)用需要采用數(shù)字化、自動化無損檢測技術(shù)。

目前復(fù)合材料應(yīng)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(fù)雜結(jié)構(gòu)。因此，對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)無損檢測技術(shù)的要求更高：不僅需要進行無損檢測，更需要得到復(fù)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(fù)合材料缺陷與結(jié)構(gòu)性能的有機聯(lián)系，建立相應(yīng)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(xué)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(shù)來滿足這些要求。

（4）飛機長壽命設(shè)計與復(fù)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(shù)。

現(xiàn)代飛機的一個重要技術(shù)特點就是要求長壽命，而隨著復(fù)合材料在機身、機翼等重要部位的設(shè)計應(yīng)用，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)必須滿足預(yù)期的設(shè)計壽命。由于復(fù)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(fù)合材料結(jié)構(gòu)整體力學(xué)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(dāng)那些設(shè)計上不允許存在的缺陷隨復(fù)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(shù)確保復(fù)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(shù)途徑就是采用數(shù)字化、自動化無損檢測技術(shù)。 copyright 123456

復(fù)合材料數(shù)字化、自動化無損檢測技術(shù)的現(xiàn)狀

復(fù)合材料數(shù)字化、自動化無損檢測技術(shù)是近年來隨著復(fù)合材料不斷擴大裝機應(yīng)用規(guī)模和現(xiàn)代飛機設(shè)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(fù)合材料數(shù)字化、自動化無損檢測在技術(shù)上分為兩大方向：一是基于儀器的復(fù)合材料數(shù)字化檢測技術(shù)；二是基于設(shè)備的復(fù)合材料數(shù)字化、自動化無損檢測技術(shù)。

基于儀器的復(fù)合材料數(shù)字化檢測技術(shù)主要用于解決一些難以實現(xiàn)自動化檢測的應(yīng)用場合和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的無損檢測，如復(fù)合材料修理過程中的無損檢測、復(fù)合材料復(fù)雜結(jié)構(gòu)和復(fù)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(shù)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(shè)計開發(fā)的。由于復(fù)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(shù)，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(fù)合材料而言，目前主要是采用超聲數(shù)字化無損檢測技術(shù)，它包括超聲換能器技術(shù)、超聲技術(shù)、信號處理技術(shù)、缺陷評估技術(shù)和儀器技術(shù)。從20世紀80年代初，北京航空制造工程研究所就開展了復(fù)合材料數(shù)字化無損檢測技術(shù)的研究，成功研究了高分辨率超聲換能器、復(fù)合材料RF超聲檢測方法、缺陷識別與評估方法、復(fù)合材料高分辨率超聲檢測系列儀器等，一直是國內(nèi)復(fù)合材料無損檢測的支柱技術(shù)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(guān)鍵作用，特別是研究建立的高分辨率超聲換能器技術(shù)和缺陷評估技術(shù)，至今在國際上具有明顯的技術(shù)特點。

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基于這些復(fù)合材料數(shù)字化超聲檢測儀器和缺陷評估技術(shù)，可以對復(fù)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(fù)合材料高分辨率超聲檢測儀器（MUT -1）和已建立的復(fù)合材料孔隙率超聲數(shù)字化評估技術(shù)，可以對典型復(fù)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(fù)合材料中不同位置的分布情況。

隨著復(fù)合材料批量裝機應(yīng)用和批量生產(chǎn)，基于設(shè)備的復(fù)合材料數(shù)字化、自動化檢測技術(shù)近年來發(fā)展迅速，目前NASA、Boeing、LockheedMartin、Airbus 等在復(fù)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(shù)。目前主要基于超聲方法，在檢測信號數(shù)字化處理基礎(chǔ)上，針對不同復(fù)合材料構(gòu)件，利用掃查機構(gòu)設(shè)計技術(shù)和數(shù)控技術(shù)，通過專門的技術(shù)設(shè)計和設(shè)備研發(fā)，解決復(fù)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(shè)備的復(fù)合材料超聲數(shù)字化、自動化檢測技術(shù)主要包括超聲換能器技術(shù)、超聲技術(shù)、掃描技術(shù)、控制技術(shù)和缺陷評估技術(shù)，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(fù)合材料數(shù)字化、自動化無損檢測技術(shù)。

利用入射聲波在穿過復(fù)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(gòu)上，在數(shù)控系統(tǒng)作用下，通過運動編程控制，使2個探頭對被檢測復(fù)合材料構(gòu)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(qū)要求相對較低，但需要有很好的同步與掃描控制技術(shù)。

與超聲反射法相比，其主要技術(shù)特點還有：

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

（2）基于超聲反射法的復(fù)合材料數(shù)字化、自動化無損檢測技術(shù)。

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利用入射聲波在復(fù)合材料中傳播產(chǎn)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(gòu)上，通過運動編程，換能器在數(shù)控系統(tǒng)作用下，對被檢測復(fù)合材料構(gòu)件進行自動掃描檢測。通常復(fù)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(qū)要求較高，但不需要有同步掃描機構(gòu)，檢測靈敏度比穿透法高。與超聲穿透法相比，其主要技術(shù)特點還有：

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

不論采用哪種數(shù)字化、自動化超聲檢測方法，都需要有很好的型面跟蹤技術(shù)、信號處理技術(shù)和超聲系統(tǒng)綜合技術(shù)。特別是針對大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，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(yīng)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(fù)合材料檢測工序，已經(jīng)不適用。所以，尋找新的快速適用的掃描方法是解決復(fù)合材料構(gòu)件數(shù)字化、自動化檢測的當(dāng)務(wù)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(shù)研究，正在研究一種基于被檢測復(fù)合材料零件自由型面的跟蹤掃描技術(shù)，以解決7500mm×6000mm以上大型復(fù)合材料構(gòu)件的超聲數(shù)字化、自動化高效無損檢測，目前已完成技術(shù)方案試驗，進入系統(tǒng)設(shè)計制造階段。 內(nèi)容來自123456

北京航空制造工程研究所是國內(nèi)最早從事復(fù)合材料無損檢測的專業(yè)研究所，早在20世紀70年末80年代初，就開始了復(fù)合材料無損檢測技術(shù)研究，針對復(fù)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(shù)、缺陷識別方法、檢測儀器、微盲區(qū)換能器、缺陷成像方法、自動掃描成像檢測設(shè)備等，形成了獨特的復(fù)合材料檢測技術(shù)體系，一直在國內(nèi)復(fù)合材料應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮主要作用。如研制了FJ系列高分辨率無盲區(qū)超聲換能器、復(fù)合材料系列超聲檢測儀器、CUS-21復(fù)合材料構(gòu)件復(fù)雜部位超聲檢測系統(tǒng)、CUS-22超聲自適應(yīng)檢測設(shè)備、MUI-21 大型復(fù)合材料結(jié)構(gòu)超聲自動檢測技術(shù)設(shè)備、CUS-2F復(fù)合材料纏繞超聲自動檢測技術(shù)設(shè)備等，為國內(nèi)復(fù)合材料研究和工業(yè)應(yīng)用部門提供了強有力的技術(shù)支持和支撐，在航空型號研制和生產(chǎn)中一直在發(fā)揮重要作用。特別是正在研制的 UltraScan 9000復(fù)合材料數(shù)字化、自動化超聲自動掃描檢測系統(tǒng)，多達20檢測通道，采用獨特的自動跟蹤掃描技術(shù)，可以適應(yīng)7500mm×6000mm以上規(guī)格的復(fù)合材料構(gòu)件的自動掃描檢測。 123456
采用這種數(shù)字化、自動化超聲檢測技術(shù)，可以通過直觀的圖像方式再現(xiàn)被檢測復(fù)合材料結(jié)構(gòu)內(nèi)部缺陷的詳細分布和整個結(jié)構(gòu)的內(nèi)部質(zhì)量情況，進行缺陷的量化評估。

對復(fù)合材料數(shù)字化、自動化無損檢測發(fā)展的思考

復(fù)合材料數(shù)字化、自動化無損檢測是一個與復(fù)合材料及其制造工藝密切相關(guān)的專業(yè)技術(shù)，其發(fā)展和應(yīng)用必須緊密結(jié)合自身的復(fù)合材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計與制造、應(yīng)用等特點進行合理規(guī)劃，例如Boeing 和Airbus公司一直結(jié)合自身的復(fù)合材料研發(fā)計劃和生產(chǎn)任務(wù)，在開展復(fù)合材料數(shù)字化、自動化無損檢測技術(shù)的研究和應(yīng)用。特別是基于設(shè)備的復(fù)合材料數(shù)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(fù)合材料數(shù)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(shù)思路。復(fù)合材料數(shù)字化、自動化無損檢測技術(shù)的關(guān)鍵是需要有十分強大的技術(shù)支持的特殊專業(yè)設(shè)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(shù)控等多專業(yè)、多學(xué)科于一體，專業(yè)性極強，屬于特殊的個例技術(shù)設(shè)計應(yīng)用，必須結(jié)合復(fù)合材料、工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計制造等進行專門的設(shè)計。Boeing和 Airbus公司都花費巨資，進行了長時間的持續(xù)研發(fā)和技術(shù)積累，才有今天的技術(shù)規(guī)模。 本文來自123

我國在這方面幾十年的簡單引進案例反復(fù)表明，要從根本上解決復(fù)合材料數(shù)字化、自動化無損檢測，僅單純或機械地引進一兩臺檢測設(shè)備，遠不能從根本上解決復(fù)合材料結(jié)構(gòu)數(shù)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(chǎn)特點的檢測設(shè)備，而且這些檢測設(shè)備的引進又大多缺乏技術(shù)依托和配套技術(shù)支持，缺少應(yīng)用開發(fā)和相關(guān)技術(shù)配套，因此難以形成有效的生產(chǎn)能力。另一方面，在型號研制和生產(chǎn)中又急需無損檢測技術(shù)設(shè)備來確保裝機結(jié)構(gòu)件的質(zhì)量，幫助穩(wěn)定工藝，為材料研究提供評價手段，為設(shè)計應(yīng)用反饋信息，保證復(fù)合材料結(jié)構(gòu)研制和型號生產(chǎn)過程中裝機件質(zhì)量。

因此，今后的發(fā)展規(guī)劃與思路，應(yīng)立足自我，充分利用國際技術(shù)平臺，根據(jù)自身型號批量生產(chǎn)和復(fù)合材料裝機應(yīng)用特點，利用有效的資金，開發(fā)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)數(shù)字化、自動化無損檢測技術(shù)裝備，建立適合自身技術(shù)特點的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)數(shù)字化、自動化無損檢測技術(shù)體系和平臺，增強可持續(xù)發(fā)展的技術(shù)內(nèi)涵。