近年来,世界范围冰雪霜冻恶劣天气频发,对航空交通运输安全产生了巨大的威胁,及时清除飞机表面的积冰对保障航天飞行安全及其重要,航空领域专业化、高效率的飞机除冰技术不可或缺。目前,国际上飞机除冰普遍采用飞机除冰作业车进行喷洒化学除冰液的方法实施除冰,存在除冰液消耗巨大,成本高,容易造成水资源二次污染等突出问题。本文创新性的提出来一种直接除冰和间接除冰方法相结合的新型蒸汽微波复合除冰方法。经过试验证明,蒸汽微波复合除冰是一种安全有效环保的除冰方法。本文为蒸汽复合除冰方法设计了一套实施方案,并对其作业执行系统中的核心装置作业臂架系统,开展了一系列研究。首先根据中小型飞机除冰车开发目标和蒸汽微波除冰车的工艺特性,开展飞机除冰作业执行系统的构型方案选型设计,提出臂架作业的空间区域、作业高度等指标要求;设计臂架系统主要运动学参数;采用D-H坐标建模方法,开展臂架系统机器人操作臂机构运动学建模研究,推导正向运动学和逆向运动学问题的解析解,为臂架系统的动力学分析和实现其作业跟踪控制提供运动学模型;建立了飞机除冰车作业臂的动力学模型,确定了各臂架运动动力学方程,通过导入模型到ADAMS动力学模块,对臂架作业过程进行动力学仿真分析,确定液压系统的推力参数,完成了液压系统的匹配设计。最后建立了飞机除冰车臂架的有限元模型,进行臂架的静力学和模态分析,得到臂架的六阶弹性模态,并对臂架做了频率和振型分析。在基本设计尺寸的力学分析基础上,进行关键尺寸的参数建模及优化分析,满足轻量化设计和强度要求,并通过ADAMS的动力学分析模块比较优化前后液压系统的能耗水平。本文涉及的典型臂架动力学分析及参数优化模型,具有一定的通用性,可用于分析相似的大型臂架结构及其优化过程。