飞机结冰严重危害飞机的飞行安全,电热防冰系统是防止飞机表面发生冰层积聚,保证飞行安全的重要有效手段。目前飞机上使用的电热防冰系统均采用金属丝材料作为加热元件,然而金属丝存在升温速度慢,能量利用率低,不易弯曲、使用寿命较短等缺点。新型碳纳米材料由于具有优良的导电导热性能,升温速率极快,且具有良好的结构相容性,在不影响传热性能的前提下能够承受较大的变形,使得其在电热防除冰领域具有广阔的应用前景。本文采用数值仿真和试验相结合的方法,针对基于碳纳米组件的电热防冰系统设计和性能评估方法进行了研究。通过研究防冰热载荷分析方法,建立了防冰表面液态水的质量和能量守恒方程,计算了湿防冰和干防冰状态下机翼所需热载荷,并对防冰热载荷的影响因素进行了分析;研究了碳纳米组件热力学性能计算方法,建立了碳纳米组件多层结构的热力学模型,采用有限体积法对非稳态导热方程进行了求解,并通过地面试验对计算方法进行了验证,同时对碳纳米组件进行了加热组件结构设计,分析了不同因素对加热组件热力学性能的影响;研究了基于碳纳米组件的电热防冰系统性能计算方法,设计并加工安装了碳纳米加热组件和金属丝加热组件的机翼模型,在结冰风洞内进行了电热防冰系统性能实验,验证了本文建立的电热防冰性能计算方法的正确性,并对比了传统加热元件与新型碳纳米加热组件的防冰性能,结果表明,在达到相同防冰效果时,碳纳米加热组件相比于金属丝加热组件可节能26.9%以上。