结冰是造成飞行安全事故的主要隐患之一。结冰会恶化飞机气动特性,增大重量,影响通讯设备及传感器的性能,导致飞机失控甚至造成事故。现有防除冰方法面临着能耗大、结构复杂等问题,并且无人机尚无有效的防除冰手段,亟需发展新型防除冰技术。本文针对飞机防除冰技术的重大需求,将流动控制领域中具备结构简单、能耗低、响应快等优势的电弧放电激励器引入到防除冰领域,提出了电热与电弧放电激励器组合式除冰技术,并对此开展了一系列实验研究。除此之外,为使激励器特性不受高度变化及飞行结冰气象中雾气、微小液滴等因素影响,发明撞杆式电弧放电破除冰装置实现对腔体的密封。主要研究内容如下:首先开展了使用电弧放电激励器破除冰的研究工作。纹影实验表明,除冰时流场中的波系结构以及射流相对于非除冰时有明显减弱,放电能量为23.52J时2mm厚的冰会被高压气完全贯穿。高速摄影表明,非粘附冰出现了典型的脆性破坏。其特征为径向与环向裂纹的出现,以及紧邻激励器出口处细碎冰屑的生成。对于3mm厚的粘附冰而言,冰首先出现了内聚破坏,内聚破坏面从中心处逐渐发展至冰的边缘。随后,内聚破坏面以上的冰继续发生了类似于3mm厚非粘附冰的破坏;而内聚破坏面以下的冰仍然粘附在表面。厚度增大至8mm时,由于粘附力无法被破坏且冰的断裂能随厚度增大而增大,冰没有明显破坏产生。随后开展了电热与电弧放电激励器组合式除冰研究。将冰加热脱粘所需要的时间通过侧放冰加热掉落实验测试预先测试。高速摄影表明,在确保加热脱粘后,直径200mm、厚度10mm的冰在激励器放电开始后26ms内被击碎并完全分散。电热与电弧放电组合式除冰过程中,电弧放电能耗仅相当于电热脱粘的0.27%。理论上,该组合式除冰方法比传统电热除冰方法中的热刀策略能耗低86%。最后,为使激励器除冰能力免受飞行环境变化（大气压强、湿度等）的严重影响,在电弧放电激励器的基础上发明了撞杆式电弧放电破除冰装置,实现了激励器宽包络工作,并开展了运动部件质量、撞杆形状对破冰性能影响的实验研究。根据其设计,撞杆式电弧放电破除冰装置具有结构简单且对飞机蒙皮伤害很小的优点。实验表明,撞杆式电弧放电破除冰装置可以在放电开始数百微秒内使冰破裂,并且其运动部件可以在数十毫秒内返回到其初始位置。这表明撞杆式电弧放电破除冰装置响应速度快,对气动特性的影响也很小。此外,撞杆式电弧放电破除冰装置的破冰性能可与使用典型电弧放电激励器进行破冰的效果相媲美,这证明了撞杆式电弧放电破除冰装置仍具有能耗低的优点。考虑到驻点线附近冰的形状特性,进一步提出尖劈撞杆配置,其目的是产生平面内作用力,以给冰造成高效单向劈裂破坏。在10cm长2cm宽的长条形冰上比较了尖劈撞杆和平头撞杆的破冰性能。当放电能量为19.36J且尖劈棱线平行于冰的长边时,尖劈撞杆会使冰产生贯穿长边的“长裂纹”。而平头撞杆仅给冰造成了弯曲破坏,没有径向裂纹可以传播到最外侧的环向裂纹之外。通过提出两种假设并进行实验验证,最终证明了这种“长裂纹”属于劈裂破坏。另一方面,尽管尖劈撞杆产生弯曲破坏的能力弱于平头撞杆,但仍能够使冰发生弯曲破坏。这确保了尖劈撞杆能够使长条形冰产生劈裂破坏的同时,在其他情况下也具有良好的破冰性能。