飞机在含有过冷水微滴的云层中飞行时,机身部件如发动机、机翼和垂尾等,可能会出现结冰现象。这对于飞机是非常危险的,因为它会改变其原有的气动外形,使得整机升力下降,阻力增加,操控性变差。开展飞机防冰研究,可以使人们更深入认识结冰产生的机理,把握结冰危害飞行安全的规律,为飞机防/除冰装置的设计、积冰条件下飞行和操作规范的制定提供理论基础。飞机表面水滴撞击特性的研究以及防冰部件表面温度的计算,是飞机防冰研究中最基础的内容,本文采用理论分析与数值计算相结合的手段,对其进行了一系列的研究,主要包括以下几点:首先,介绍了用拉格朗日法建立了空气中过冷水滴的运动方程的具体步骤,研究了机翼表面的水滴撞击特性,并介绍了采用CFD软件Fluent计算空气流场的具体方法,开发了适用于计算二维翼型和三维机翼的水滴撞击特性的Fortran程序。其次,研究了飞行速度、水滴直径、温度、重力等对水滴撞击特性的影响,同时得到了过冷大水滴的撞击特性,并对其实际应用做了相应论述。此外,以某型发动机帽罩的截面为例,研究了建模方式以及边界层效应对局部水收集系数的影响。最后,在流场计算以及对机翼表面的水滴撞击特性研究的基础上,本文以目前应用较广的热气防冰系统为研究对象,基于能量平衡原理,考虑传热与传质耦合效果和导热的影响,改进了Messinger能量平衡模型,开发了一套计算防冰表面温度的程序。此外,本文结合实际工程需要,研究了防冰所需热量随水滴直径的变化规律。本文的研究内容包括水滴撞击特性研究和防冰部件表面热平衡分析两部分。本文首次分析了重力对水滴撞击特性的影响并得到SLD的特性,得到了防冰部件所需热量随水滴直径的变化规律,并在提高程序计算效率和结果精度方面提出了一系列新的研究思路和方法。本文所获得的水滴撞击特性及其影响规律、建立的表面温度计算方法、发展的数值计算软件,对开展飞机及发动机部件的防冰机理研究,以及防/除冰装置的优化设计、冰风洞试验技术的完善等均具有重要参考价值。