结冰现象严重影响飞行器的飞行安全，为了保证飞行器的安全性和可操作性，减少试验资源消耗，并为防除冰系统的设计打下良好的基础，需要通过对数值模拟手段了解结冰情况。目前，基于Messinger思想的结冰模型无法对飞机结冰试验中观察到的微观现象进行描述，且其对明冰和混合冰的模拟结果与试验结果有一定差距，因此，需要对已有结冰模型进行改进。本文围绕飞机蒙皮表面的结冰问题，对飞机结冰现象及结冰数值模拟的研究现状进行了概述；建立了基于Messinger控制体思想的结冰模型，论述了该模型的主要思路和求解方法，对典型工况下的二维冰形进行了模拟，计算结果表明该模型对明冰的模拟精度有待提高；在对水膜模型基本建模理论及水膜破断理论进行分析的基础上，建立了包含连续水膜、水珠和溪流状态的二维水膜结冰模型，论述了该模型的求解方法，对典型工况下的结冰进行了模拟，计算结果表明该模型提高了明冰预测的准确性；通过引入一系列简化假设，将水膜模型由二维拓展到三维，论述了三维水膜结冰模型的求解方法，模拟了带吊舱的三维整机表面的积冰，说明该模型的可行性；在对等效沙粒粗糙度模型进行分析的基础上，建立了基于表面液态水分布状态的多区域粗糙度模型，应用该模型计算了不同结冰温度下二维翼型表面的粗糙度分布，并对粗糙表面对流换热系数计算的等温表面边界层积分模型进行了阐述。本文建立的水膜结冰模型能够对结冰表面液态水分布状态进行更加细致的描述，对开展表面疏水材料研究及液体防冰机理研究具有指导意义，同时也为过冷大水滴结冰现象、表面粗糙度形成机理等微观现象的进一步研究奠定了基础。