摘要
摘要
飞机飞行时，空气中如果存在有过冷水滴，则会在气流的作用下逐渐在飞
机机翼上凝结并聚集，最终形成冰层，这将会带来一系列的安全隐患。因此必
须对飞机机翼进行防冰，避免冰层在飞机机翼上生长。近年来复合材料在各个
领域不断发展并获得了广泛的应用，飞机机翼也不例外，这就出现了传统电加
热防冰在复合材料机翼上适用性不高的问题。因此，对复合材料机翼上的电加
热防冰材料进行制备，并对其结冰与防冰问题进行研究具有重要意义。本文针
对复合材料机翼的防冰问题，制备了一系列碳纳米纸，并将其与碳纤维预浸料
进行复合制备出碳纳米纸复合材料，通过实验以及仿真的方式探究碳纳米纸作
为复合材料机翼电加热防冰材料的可行性。
本文为达到调节碳纳米纸电阻率以及防止碳纳米纸与复合材料机翼之间短
路的目的，首先对碳纳米纸制备工艺以及性能分析进行了研究，以多壁碳纳米
纸管、2mm短切碳纤维以及石英纤维为原料，制备出多壁碳纳米纸、可调节电
阻率的掺杂有石英纤维的碳纳米纸以及单侧绝缘的带有绝缘层的碳纳米纸。此
外，还对所制备的碳纳米纸的热稳定性、导电性能以及微观形貌进行了研究，
讨论不同规格对其各项性能的影响。
接着，本文利用碳纤维预浸料以及碳纳米纸作为原材料，制备出一系列碳
纳米纸复合材料。然后，对所制备的碳纳米纸复合材料的力学性能、树脂浸润
效果、导电性能、微观形貌以及电加热性能进行了研究，分析制备工艺以及碳
纳米纸种类对性能的影响，以确定最终制备的压力。
最后，本文针对GOE796翼型，利用FENSAP-ICE软件，结合不同工况对
该翼型在二维以及三维情况下的结冰的影响进行了研究。其中，三维情况下还
分析了沿着翼展方向结冰情况的变化以及后掠角对结冰情况的影响。最后，以
结冰情况以及FENSAP-ICE防冰对碳纳米纸电加热区域以及电加热功率密度选
取了几个工况，对该工况下电加热防冰方案进行了设计。
关键词：碳纳米纸；多功能复合材料；防冰；热流固耦合
--I
Abastract
Abstract
Whentheaircraftisflying,iftherearesupercooledwaterdropletsintheair,they
willgraduallycondenseandgatheronthewingoftheaircraftundertheactionof
airflow,andeventuallyformanicelayer,whichwillbringaseriesofsafetyhazards.
Therefore,itisnecessarytoanti-icetheaircraftwingtoavoidthegrowthoficeon
theaircraftwing.Inrecentyears,compositematerialshavebeencontinuously
developedandwidelyusedinvariousfields,andaircraftwingsarenoexception.
Thishasledtotheproblemthattraditionalelectricheatinganti-icingisnot
applicabletocompositewings.Therefore,itisofgreatsignificancetoprepare
electricheatinganti-icingmaterialsoncompositewingsandstudytheiricingand
anti-icingproblems.Inthispaper,aseriesofbuckypaperswerepreparedforthe
anti-icingproblemofcompositewings,andbuckypapercompo