损伤检测是航空装备研制和外场运营维护的关键环节，直接影响装备的研制进程和服役安全。近年来，国内外学者和科研机构在超声检测领域开展了大量研究工作，基于此，本文围绕航空装备研制和运营中的损伤原位检测需求，简要分析航空装备典型结构损伤及其原位检测的特点和要求，重点总结近年来国内外在超声检测前沿理论与方法、先进检测传感器设计及专用检测装置研发等方面的最新研究进展，并结合技术研究和工程实践中出现的新问题、新思路和新导向，对非均质材料损伤检测技术、面向复杂型面结构的换能器设计方法、新型非接触检测装置研发与工程应用等方面的主要挑战和未来发展趋势进行总结和展望。

非均质材料广泛应用于航空航天、电子信息、国防等领域高端装备零部件，其多相、多尺度、形貌复杂的微观结构特征决定材料宏观性能的优越性，建立准确的微观结构模型对于深入理解结构-性能关系至关重要。然而当材料表现出强烈的非均质特性时，该过程的复杂性显著提升且难度增大。近年来，计算材料科学进步推动计算模拟方法发展，材料微观结构表征与重建（microstructure characterization and reconstruction，MCR）技术作为计算模拟过程的关键环节，为非均质材料的微观结构建模提供有力途径。目前，非均质材料的MCR主要包括两类：（1）基于统计方法的建模技术；（2）基于机器学习方法及计算机视觉的建模技术。本工作总结并梳理这两类MCR技术，阐释相关方法的特点及适用性，并分析不同方法在非均质材料微观结构表征与重建方面的研究进展，为如何选取MCR方法并将其应用于材料设计提供借鉴和指导。

传统的超声自动化无损检测对复杂型面航空构件的检测是个极大的挑战。复杂型面会干扰声束的焦点形成，在声束入射时产生的波形转换更为复杂，这都将导致超声检测能力下降，获得的回波信噪比显著降低。在智能制造背景下，航空构件快速低成本制造被严重制约。本文分析复杂型面介质的超声波传播问题，归纳复杂型面构件的自动化超声检测技术难点。并阐述基于工业机器人的超声C扫描成像检测、面向复杂型面的相控阵超声成像检测、基于柔性相控阵超声探头的成像检测三种复杂型面自动化超声成像检测的发展现状，以及剖析各自的优势和局限性，评述其面临的机遇与挑战。介绍复杂航空构件超声检测中，面向自动化检测的先进成像算法开发和缺陷的智能化识别分类的未来技术需求，提出智能制造背景下亟待突破的基于数字孪生的检测路径规划和海量通道相控阵超声传感器设计制造的关键检测技术。

红外热波成像检测具备高效、检测区域大、非接触式等优点，被广泛应用在航空、航天新材料的损伤检测与评估领域。本文介绍了典型的红外热波成像检测技术的原理、实现途径以及适用条件，涵盖脉冲式红外热成像、锁相红外热成像、调频热波成像、超声辅助红外热波成像、涡流激励红外热波成像以及红外热波层析成像等多种红外热波检测技术。此外，探讨了红外热波无损检测技术在航空航天领域的当前发展状况，并列举了实际应用案例。最后，本文剖析了红外热波无损检测技术面临的主要挑战，并展望其未来发展趋势：其正朝着激励源多元化、检测智能化和信息融合深度化方向演进，激励源将从单一光热向超声、激光、电磁等多物理场协同激励发展；检测过程将融合新型成像技术与人工智能算法，实现微弱缺陷的精准识别；信息处理将通过多源异构数据融合，突破单一技术局限，提升缺陷定量检测与三维重构能力。

为了研究将热障涂层太赫兹时域光谱测厚方法用于自动仿形检测的可行性，掌握入射角、提离距离、涂层折射率和涂层基体曲率等因素对测厚结果的影响规律，开展理论分析和基于多种试块的实验研究。结果表明：测量入射角在−3°～+3°范围内变化时与入射角为0°的测厚结果之间相对偏差在0.5%以内。提离距离在−1.5～+1.5 mm范围内变化时与焦距位置测厚结果之间的相对偏差在2.6%以内。涂层折射率在不同批次试块间差异较明显，10块试块中最大相对偏差超过6%，但是在同一试块上较为一致，最大相对偏差绝大多数在2%以内。通过在ϕ5 mm和ϕ6 mm曲面试块上的检测结果发现，涂层所在基体曲率削弱了反射波最大幅值，但是并不影响对飞行时间的辨识。总之，将太赫兹时域光谱测厚方法用于叶片上热障涂层自动仿形检测，具有可行性和工程应用价值。

先进航空发动机热端部件的工作温度越来越高，服役环境更加苛刻，传统热障涂层无法满足使用要求，需研制耐温能力更强、综合性能更优的新型热障涂层。本文系统分析了先进航空发动机对新型热障涂层材料成分、制备工艺和组织结构方面的应用需求，阐述了大气等离子喷涂（APS）稀土掺杂ZrO₂、电子束物理气相沉积（EB-PVD）稀土锆酸盐和等离子物理气相沉积（PS-PVD）高熵陶瓷三种新型热障涂层的应用研究进展。相比于双层结构的传统YSZ热障，基于稀土掺杂ZrO₂、稀土锆酸盐或高熵陶瓷等材料体系的新型热障涂层，具有更低的热导率、更强的抗热冲击能力和更优异的耐CMAS腐蚀性能，通过与APS、EB-PVD及PS-PVD等工艺深度结合，使其使用性能大幅提升，可应用于浮动瓦片和涡轮叶片等热端部件。随着新材料、新结构和新工艺的不断突破，新型热障涂层必将为下一代航空发动机突破温度极限、实现更高效率与更高可靠性提供支撑。

材料/工艺是制造业发展的基础，尤其对于民用航空产品，其设计、验证以及适航审定离不开材料数据的支撑。尽管国内材料/工艺技术近年来取得显著进步，但受限于材料体系不完善、历史数据积累不足等问题，民用航空发动机材料适航审定仍面临不少困难和挑战。当前主要矛盾集中体现为：民机适航对材料/工艺的高要求与国内材料体系支撑能力不足、问题解决时间紧迫之间的冲突。本文通过解析CCAR33.15等材料适航规章核心要求，对比国内外材料/工艺适航审定现状，梳理出我国在材料规范统计性验证、过程管控机制、设计许用值生成及特种工艺验证等方面的差距；结合审定实践中的主要问题，提出基于国情的技术方案—以国家协同创新机制为依托，构建“规章解读-体系协同-多方联动-技术协同-动态适配”的五维实施路径，通过型号项目驱动企业材料体系完善，以设计需求为导向精准获取验证数据。实践表明，该方案已推动完成600余项材料工艺实验、建立100余份材料规范及1000余条设计用性能曲线，可有效支撑型号合格审定工作。研究成果为完善我国民用航空发动机材料/工艺适航审定管理、推动自主材料应用提供了技术参考。

难熔高熵合金以其优异的高温性能在航空航天领域有着广泛应用。本工作采用多丝电弧增材制造工艺制备Ta_1.5Mo_1.5Nb_0.5Zr₂Ti难熔高熵合金，基于金相显微镜（OM）和高速相机等设备，探究基值电流、峰值电流和占空比对成形质量的影响规律，得到制备Ta_1.5Mo_1.5Nb_0.5Zr₂Ti合金的最佳工艺参数（基值电流100 A，峰值电流300 A和占空比35%）。金相表征显示，制备零件具有良好的成形质量，其未熔面积占比低于10%，孔隙率小于0.5%。为了解决不同丝材之间的熔点差异，采用热丝技术辅助高熔点Ta/Mo丝材的熔化。基于四丝同步非连续性液桥过渡形成共同熔滴的热力学机制，建立“单液滴预合金熔滴”的过渡模式。在该熔滴过渡模式下所沉积的零件宏观形貌良好，且具有较少的内部缺陷。通过熔滴受力分析，提出考虑重力、电磁力、等离子流力等关键因素的力学模型。本研究可为多丝电弧增材制造难熔高熵合金的制备提供工艺理论基础。

采用粉末热挤压法制备原位纳米Al-O结构增强Al基复合材料，探索其特殊的显微组织特征，并研究其对复合材料室温拉伸性能的影响。采用XRD、SEM、TEM等表征方式和室温拉伸实验进行显微组织观察和力学性能测试。结果表明：铝基复合材料中原位生成大量的纳米Al-O结构，它们弥散分布在细晶（约500 nm）的铝基体中；纳米Al-O结构有些呈长条状，其宽度约为20 nm，长度约为65 nm；有些呈短棒状，其宽度约为10 nm，长度约为20 nm；由于纳米Al-O结构的强化作用，铝基复合材料的室温屈服强度和抗拉强度分别达到402 MPa和494 MPa，相比纯铝（103 MPa和135 MPa）分别提高2.90倍和2.66倍，且呈韧性断裂特征。

采用激光定向能量沉积技术制备B₄C/TC4钛基复合材料，研究不同B₄C含量钛基复合材料成形沉积层的微观组织及力学性能。结果表明，在沉积过程中B₄C与TC4基体发生原位反应，生成TiC和TiB增强相。随着B₄C含量的添加，复合材料硬度显著提升，但塑性随之下降。当B₄C的质量分数为0.2%时，TiC和TiB析出相分布最为均匀，复合材料在获得最高强度的同时仍保持良好塑性，表现出最优的综合力学性能。该性能优化主要归因于高长径比TiB相的载荷传递效应、析出相对晶界的钉扎作用以及由此引发的晶粒细化等多种强化机制的协同作用。

为了研究GH4065高温合金高温变形行为及本构关系，对GH4065高温合金进行高温压缩实验。结果表明，GH4065高温合金应力水平分别与应变速率和变形温度呈正相关和反相关关系，在高温变形过程中主要表现为动态再结晶软化，应力水平受应变影响显著。本工作提出变参数Arrhenius本构模型：一方面，该模型考虑应变的影响，弥补Arrhenius本构方程的固有缺陷，适用于表征GH4065高温合金高温变形行为；另一方面，根据真应力预测结果，针对应变速率对本构模型进行修正，显著提高模型预测精度。修正后的Arrhenius本构方程真应力预测值平均绝对相对误差为3.69%，真应力预测结果与实验结果具有一致性，证明GH4065高温合金本构模型的可靠性。