飞机蒙皮除漆主要采用化学清洗与手工打磨方法,但均存在难以避免的弊端,如大量化学除漆剂的使用造成环境污染且危害健康、手工打磨劳动强度大且质量稳定性难以保证等。激光除漆已成为极具绿色高效、智能化优势的自动化清洗技术。在国外,飞机蒙皮激光除漆技术已得到美国联邦航空管理局（FAA）认可,已经规模化应用。我国虽然在理论研究方面取得了一系列成果,但关键技术掌握不足,实现产业化、工程化应用还需时日。激光多参数耦合机制复杂、智能化激光除漆系统路径规划的精度难以保证、清洗工件轮廓适应性受限等因素限制了其工程应用。其中除漆对象的几何轮廓、系统随形运动的稳定性会影响除漆效果。飞机蒙皮激光除漆涉及如槽型、铆钉邻域等自由曲面或几何突变区域,可能导致激光入射角、离焦量在时间及空间维度不断变化,光斑能量分布发生畸变;激光光束类型的不同,如高斯、平顶光束的光斑能量分布均匀性不同,均会影响除漆效果与效率。光斑能量分布对材料作用机制、除漆效果及效率有重要影响,建立材料微观损伤形式及宏观清除效果的关联成为研究重点和热点之一。针对飞机蒙皮激光除漆涉及自由曲面导致光斑能量分布畸变的问题,论文首先开展高斯光束单脉冲损伤特性研究。采用控制变量法研究激光入射角、离焦量对材料损伤阈值、损伤凹坑尺寸及微观形貌的影响,获得了焦点-工件位置关系对损伤特性的影响规律,揭示了激光-材料作用机制。在材料单脉冲损伤特性基础上,进一步研究单脉冲、多脉冲光斑能量分布。建立了点-线能量分布模型,验证了材料损伤特性与模拟结果的相关性,获得了飞机蒙皮激光除漆的最佳工艺参数组。参照光斑能量分布模型与单脉冲损伤特性研究结果,开展除漆效果与效率研究。通过表征微观形貌、去除深度、表面粗糙度及单位时间除漆面积计算方法,验证了光斑能量分布模拟方法的有效性,获得了激光入射角、离焦量对除漆效果与效率的影响规律。结果表明,激光入射角及离焦量的改变会影响材料损伤阈值、损伤凹坑直径及作用深度,其中凹坑直径、作用深度的实验值与理论值具有较好的相关性;阐述了焦点-工件在空间维度的位置关系对二者作用机制的影响;模拟结果指导下的激光除漆工艺可实现铝合金表面漆层彻底清除且不损伤基体,表面粗糙度略有增加;相对于激光常规入射（入射角90°、离焦量0 mm）,激光入射角减小至45°、离焦量增加至+4 mm均可提高除漆效率,分别提高了1.7倍、3.1倍。针对不同的光束类型导致光斑能量分布、激光-材料作用机制不同的问题,开展高斯光束与平顶光束单脉冲损伤特性、光斑能量分布研究。采用控制变量方法探索光束类型对漆层损伤凹坑形貌、尺寸、光斑能量分布的影响规律,澄清了两种光束的激光-材料作用机制,建立了两种光束的点-线光斑能量分布模型,获得了高斯与平顶光束的除漆工艺参数组。基于两种光束的工艺参数组,开展激光除漆实验研究光束类型对除漆效果及效率的影响,获得了光束类型对除漆效果与效率的影响规律。结果表明,高斯光束与平顶光束的损伤凹坑尺寸的实验结果、模拟结果具有相关性,阐述了光束类型对激光-材料作用机制的影响;相同能量密度时,平顶光束作用损伤凹坑直径约为高斯光束的15倍,说明采用平顶光束可有效增加激光作用面积;高斯与平顶光束均实现了铝合金表面漆层彻底清除,且平顶光束的除漆效率约为高斯光束的37.6倍。研究成果可为涉及自由曲面的飞机蒙皮激光除漆这一应用场景提供技术参考。