机翼是飞机的主要承重部件,碳纤维复合材料因其比强度高、比重小等良好特性在新一代高性能飞机,特别是大飞机机翼中的占比越来越高。但是复合材料在黏着固化、机翼部件装配和长期在役飞行中都会产生应力集中,必须定期对机翼的应力进行测量,防患于未然。由于机翼复合材料的各向异性导致声弹性效应不能直接应用,加上平面应力存在应力方向的问题,测量难度较大,目前没有成熟的测量方案,所以面向机翼复合材料的平面应力场的测量具有很大的研究意义。本文利用对应力较敏感的LCR波（临界折射纵波）提出阵列式探头的复合材料平面应力场测量方案,并通过实验验证了方案的可行性。首先,对超声波在各向异性的复合材料中的传播规律进行了研究,得到了各向异性介质中的声弹性效应关系,分析克里斯托菲尔方程的平面波解,得到了声速的各向异性以及超声波传播方向和检测方向存在夹角。之后利用COMSOL仿真软件建立了仿真模型,使用2MHz中心频率,5个周期的窄带信号激励,得出的结论与理论分析一致,与理论分析相互验证。其次结合应力圆理论,得出主应力可表征平面应力状态下的平面应力,并考虑到超声波在复合材料中的传播特性,定义表征复合材料属性的声弹性系数矩阵,提出了阵列式复合材料平面应力场检测方案。采用多分辨率小波,基于sym N小波基设计了回波信号的去噪算法,并使用互相关算法验证了其在复合材料应力测量中计算声时差的适用性。然后设计了声速测量实验,根据折射定律得出LCR波入射角,设计出阵列楔块。对渗透深度进行研究,得出了不同频率下3个检测方向的渗透深度,实现了同一深度应力测量的频率匹配。进行了实验平台搭建和系统集成,并设计了上位机界面。最后,采用2个阵列工装对四个平面应力系数中间量进行了标定,通过对0度和15度纤维方向的复合材料层合板试样进行0-160MPa范围内,以20MPa步进的应力加载验证实验,得到应力值误差为±8.96MPa,角度误差为±6.87°,验证了方案的可行性。并对机翼小盒段试样的装配应力进行测量,得到了Mises应力云图。