近年来,随着我国航空工业的快速发展,飞机结冰问题已引起高度关注。飞机结冰严重影响飞行安全,传统的防除冰技术如气囊、热气、电热等防除冰技术都存在相应的不足,无法满足未来飞机发展需求。现有研究表明,超疏水表面具有一定的防冰能力,然而单纯依赖超疏水表面进行防冰其效果并不理想,且结冰延迟时间较为有限,一旦超疏水表面结冰后,结冰将迅速增加。本文提出将聚酰亚胺超疏水表面与电热薄膜复合,形成低能耗超疏水电热防冰蒙皮,并开展了相关性能研究及冰风洞试验验证。本文主要包含以下研究内容:(1)针对某型无人机的防除冰需求,分析机翼表面的各项热流,结合超疏水防冰表面的特殊防冰情况,确定了该防冰表面热流主要为对流换热热流q_a与附面层摩擦导致的表面加热热流q_v,计算得出超疏水电热蒙皮的加热功率密度。(2)完成超疏水电热蒙皮的总体设计。在确定了翼型模型的重点防护区域的基础上,完成了电热薄膜的设计制备,以及超疏水薄膜与电热薄膜的复合。(3)对设计制备的超疏水电热蒙皮开展润湿性能表征。主要对蒙皮表面静态接触角及接触角滞后进行表征,结果表明该蒙皮表面具有超疏水低粘附的性能。利用高速相机研究了蒙皮表面液滴的撞击、弹跳等行为,分析对比两种蒙皮表面的动态润湿性能,结果表明超疏水电热蒙皮表面水滴撞击行为表现为:铺展-破碎-收缩-弹跳-脱离,与普通聚酰亚胺电热蒙皮具有显著的差异。(4)对超疏水电热防冰蒙皮的电热性能进行表征及分析。利用红外热像仪实现对蒙皮的电热温度分布进行实验研究,分析其是否满足设计要求。根据GJB150A在-30℃、-40℃、-55℃低温条件下完成蒙皮的电热响应特性表征及分析,结果表明设计制备的防冰蒙皮加热温度响应性能良好。(5)利用设计制备的防冰蒙皮,在不同冰风洞实验条件下开展防冰性能研究,包括防冰能耗、防冰温度阈值、防冰延迟时间、溢流冰情况等。通过对比普通聚酰亚胺电热蒙皮与超疏水聚酰亚胺电热蒙皮,实验结果表明后者可降低防冰能耗52%~90%。中国空气动力研究与发展中心测试报告认为“与目前公开报道的国际上同类研究相比,超过国际先进水平”。本文为新型防除冰领域提供了技术基础及试验依据,并有望解决无人机的防冰工程需求。