电弧熔丝增材制造（Wire and arc additive manufacturing，WAAM）作为金属增材制造技术的一个重要分支，以电弧为载能束逐层熔化金属丝材，适合中大尺寸复杂金属构件的快速制造，在航空航天、国防领域展现出广阔的应用前景。然而，成形精度低、过程稳定性差、缺陷控制难等问题限制了该技术的高效、高质量发展与应用。为满足高可靠、高自动化与高质量制造的要求，对WAAM 全过程实施在线监测与闭环控制已势在必行。分析了WAAM 成形质量的特征参量及其主要影响因素，阐述了WAAM 过程传感方法的原理与研究现状，总结了WAAM 成形质量控制方法，指出了未来WAAM 过程传感与控制技术的主要发展方向。
叶端定时技术是近年来兴起的可用于整级叶盘健康监测的非接触式测量技术，为转子叶片振动的在线监测与故障诊断提供了可能。针对转子叶片常见的碰磨故障，分别建立了单叶片与整级叶盘动力学模型，分析了上述两种模型在碰磨故障下的叶尖动态响应；提出了受碰磨影响较为明显的振动指标；阐述了碰磨状态下传感器之间及叶片之间的叶端定时信号特征，通过增强稀疏分解算法对叶端定时欠采样信号进行了特征提取；提出了一套用于诊断碰磨故障的流程。通过自主搭建的碰磨试验台验证了提出方法的有效性。
金属材料的晶粒尺寸是材料力学性能表征的关键参数，实现晶粒尺寸在线检测对提高产品质量、智能工厂的改造升级、智能排产具有重要作用。首先介绍了基于热弹机制的激光超声在线无损检测试验平台；然后分析了基于频域能量衰减计算晶粒尺寸，基于频谱衰减计算晶粒尺寸及分布的建模方法；最后对生产现场可能出现的部分环境干扰进行了试验模拟。实现了基于激光超声方法的晶粒尺寸在线检测，检测精度可达到86% 以上。样品运动速度在20 mm/s 以内、面外抖动±7 mm 及偏转角度在0.8° 以内时，能够有效保证检测效果。
采用激光散斑和红外技术对纤维增强树脂基复合材料整流罩壳体内部缺陷进行了检测。激光散斑与红外热成像是基于不同物理原理的非接触式光学无损检测方法，在对构件表面进行热辐射条件下，可以使用这两种技术同时对构件的内部缺陷进行无损检测。提出了一种激光散斑干涉的融合算法，扩展光学相机动态范围，满足整流罩高光洁度表面的检测需求，同时介绍一种基于低成本红外热成像检测的图像增强算法。针对某型飞行器整流罩，利用热激励方式分别利用这两种技术开展了检测。检测结果表明，提出的激光散斑融合算法可以有效地消除激光照射整流罩表面引起的光强亮度不均带来的噪声，红外位相图像增强技术获得了清晰的缺陷图像。在整流罩检测中，两种测试技术各有优势，通过实际应用，对两种技术进行了评价，为后续的缺陷检测提供了经验。
针对航空航天等高精尖领域亟待解决的金属增材制造过程冶金质量在线实时检测与评价问题，概述了金属增材制造超声在线检测技术的国内外研究现状及进展；重点介绍了自主研制激光超声多冶金特征同步在线检测系统的设计原理及组成；并采用该系统对激光增材制造工件组织晶粒度及表面缺陷特征进行检测试验研究。首先基于激光超声纵波回波信号中心频率偏移实现了激光熔融沉积TC4/B4C复合材料中具有择优晶体取向的粗大α 相晶粒团簇尺寸的定量评价；随后对激光熔融沉积AlSi10Mg 铝合金表面缺陷进行检测，对扫描检测幅面内各测量点进行多次激励求平均，并结合改进小波阈值和变分模态分解两步降噪处理提高在线实时检测信号信噪比，基于表面波信号能量变化实现了0.5 mm孔洞和0.5 mm宽水平裂纹的可视化成像。
采用独立成分分析方法研究了基于脉冲红外图像的复合材料冲击损伤的缺陷表征问题。首先依据试块脉冲红外试验的先验知识和缺陷与非缺陷之间的温差特性为红外序列图像选取合适的区间段；然后对构建的数据矩阵进行中心化与白化预处理，采用梯度下降法进行独立成分分析，由重构矩阵可得到独立成分特征图像；最后，选择合适的图像分割方法可以获得最大损伤长径和损伤短径的缺陷表征量。以两块不同厚度的碳纤维增强型复合层合板分别在30 J 和40 J 的冲击能量下的损伤缺陷为例，成功提取了冲击损伤的最大损伤长径和损伤短径，并与超声F扫描的结果进行对比，误差在可接受的范围内，尤其是厚度为2 mm 的层合板，误差在5% 以内。研究结果表明，独立成分分析能够有效区分噪声与缺陷，并且获得的特征图像比原始图像的信噪比更高、对比度更大以及图像质量更好，有利于缺陷的提取和表征。
飞机机身与机翼大部件对接及孔精加工任务，存在装配对象质量大、所需精加工孔数量多、需要在总装现场进行加工等难点。为解决上述问题，设计了一种飞机大部件对接及精加工系统。在数字化测量系统的定位下，AGV平台装载运输机翼大部件，配合位姿定位系统进行机翼与机身的调姿对接，由孔精加工系统完成孔的精加工。经试验验证，系统的定位误差小于行程的0.1%，精加工孔的尺寸精度满足IT7 精度。大批量孔精加工试验中，对接与精加工150 个孔用时总计36 h，验证了其部署于实际生产线中的可行性。
碳基复合材料（C/C、C/SiC）具有高比强度、高比模量、低密度、低热膨胀系数、耐腐蚀、耐热震的优良高温力学性能，被认为是最有前景的高温结构材料之一。但碳基复合材料一般在500 ℃开始发生氧化，而且存在较大孔隙率，无法实现高压密封，这极大地限制了碳基复合材料应用前景。在高温高压气流冲刷环境下，超高温陶瓷基保护涂层可以有效地抑制碳基复合材料（C/C、C/SiC）中碳成分的降解，工件在极端环境下可以更加稳定地工作，延长使用寿命。其中碳化铪（HfC）的熔点高达3890 ℃，为已知单一化合物中熔点最高者，热导率仅为5.6 W/（m·K），维氏硬度高达26 GPa，耐烧蚀性好，同时还具有低导热系数、低氧扩散系数、低表面蒸汽压。作为火箭喷嘴和鼻锥等极端耐热部件的抗氧化烧蚀涂层已获得应用。综述了超高温陶瓷HfC 涂层材料的研究背景、基本性质、制备工艺、抗氧化/ 烧蚀机理和热膨胀系数（CTE）失配问题，并指出了超高温陶瓷HfC 涂层材料目前存在的挑战, 同时对未来的发展趋势做出了展望。
针对涡轮盘微观组织精确调控需求，通过有限元法研究应变速率突增条件下微观组织的演变规律及其调控策略。首先在有限元软件中建立典型涡轮盘材料GH4169合金的应力应变模型、动态再结晶模型以及亚动态再结晶模型，然后分别模拟了圆柱试样的热压缩过程以及涡轮盘单道次和多道次模锻过程。研究结果表明，应变速率突增后，临界应变突增，动态再结晶速度有所减缓。有限元法在微观组织模拟方面尚存不足，无法全面地描述应变速率突增条件下的微观组织演变。涡轮盘轮芯区域更容易达到目标晶粒组织要求，单道次模锻成形中应注意避免关键点处出现应变速率突增，多道次模锻成形有助于提高模锻结束时的再结晶程度。
碳纤维增强复合材料（CFRP）具有跨尺度、多相等结构特点，呈现显著的各向异性和不均匀性，加工性能差，容易出现明显的毛刺和分层。为了分析CFRP 螺旋铣孔特性，采用球头铣刀针对CFRP 开展了螺旋铣孔工艺技术的研究，着重对切削力、刀具磨损和制孔质量进行了详细分析。首先基于试验结果分析了径向切削力、轴向切削力以及切削温度随切削参数变化而变化的状况，接着分别从侧刃和球面的角度对刀具磨损进行了研究，最后根据制孔深度分析了制孔直径的变化，同时分析了制孔入口和出口的质量情况，并采用分层因子描述了制孔入口的分层情况。结果显示，球头铣刀在CFRP 螺旋铣孔过程中具有较好的切削特性，但制孔质量还有待提高。
以激光熔丝增材制造为基础，结合激光摆动焊接技术，创新性地提出一种激光摆动熔丝增材制造新工艺。首先在无激光摆动的条件下对激光功率P、送丝速度Vs、打印速度Vp 进行工艺调控，在圆形摆动下调试合适的摆动频率f、摆动幅度A 和搭接率η。对TC4 钛合金进行单道试验，通过对比发现，当P = 2500 W、Vs = 3 m/min、Vp = 2.5 m/min、f = 300 Hz、A = 1 mm、η = 50% 时沉积成形质量较好。基于单道试验，进行了多道多层打印，利用XRD、TEM、SEM、EBSD 对沉积态和退火之后的组织和相进行分析。结果表明，单道打印与多层多道打印下，显微组织主要呈现为细长的针状马氏体α′ 和初始柱状β 晶粒；同时，β 晶粒呈现不规则形状，生长取向发生明显变化，α′ 尺寸细小，组织排布紧密，为典型的魏氏组织。经过再结晶退火（800 ℃/2 h，炉冷）之后，出现α 相晶界，并且α 相有长大趋势。
