空气预冷器是空天飞行器组合发动机的核心部件,其优劣直接影响整个发动机方案的成败。飞行器高超声速飞行时,预冷器需要在极短时间内(~0.01s)将高温空气(~1250K)深度冷却(~120K),但当空气中的水蒸气接触到超低温预冷器细管时,会立刻结霜,引起主流压力损失增大和热交换量降低。为了保证组合发动机吸气模式下的性能,需要有效抑制空气冷却过程中预冷器的结霜现象,结霜问题成为深度预冷技术的核心。针对结霜问题,本研究从研制低粘附涂层角度出发,主要研究内容如下:通过两步法制备了超疏水低粘附涂层,该涂层分为底漆粘结层和面漆功能层,底漆粘结层为氟碳树脂、聚氨酯树脂和颗粒的混合涂料,面漆功能层为以二氧化硅为主体的超疏水涂料。采用浸渍提拉的方法将涂层涂覆于细管表面,探究了面漆功能层的涂覆工艺:半固化1h后涂覆,涂覆时下降速度3000μm/s,浸渍时间1min,循环次数1次,提拉速度100μm/s。该超疏水低粘附涂层表面水滴接触角为159.6°,滚动角为3.6°,冰粘附强度为12.5kPa,呈微纳米复合多孔结构,表现出良好的超疏水性,延迟结冰效果明显,且具有优良的耐磨性,磨耗仪磨损20圈后,表面冰粘附强度仍在20kPa以内,耐高温、耐低温、结冰-融冰循环稳定性均较好。冷凝过程中,液滴覆盖率低,易发生自弹跳现象,液滴在表面难以合并形成水膜。通过一步法制备了疏水低粘附涂层,该涂层以本身冰粘附强度较低的41082氟碳树脂为成膜物质,添加二丁基二月桂酸锡、丙二醇甲醚醋酸酯、二氧化钛和其他助剂,通过控制变量法研究得到最优配方。同样采用浸渍提拉法将涂层涂覆于细管表面,涂覆工艺为:下降速度3000μm/s,浸渍时间30s,循环次数1次,提拉速度为3000μm/s。该疏水低粘附涂层表面水滴接触角为105.1°,滑动角为47.7°,冰粘附强度为31.4kPa,呈较为规整的纳米结构,F元素含量丰富,该表面漆膜结合力强,硬度高,耐油污性好,但耐磨性一般,外力磨损易导致其冰粘附强度迅速增高,且冷凝结露情况与裸表面无太大区别。对裸表面、超疏水低粘附涂层表面和疏水低粘附涂层表面的结霜特性进行了对比,发现-20℃低温静态环境下,超疏水表面抑制结霜效果最好,7min霜晶才铺满表面,疏水表面次之,裸表面最差,其完全结霜时间分别为5min和3min,同时,超疏水表面融霜最快,故选用超疏水涂层涂覆预冷器模块。对不同环境参数展开研究,发现湿度对结霜影响不大,但风速、甲醇喷洒速度均严重影响结霜。对涂覆以及未涂覆超疏水低粘附涂层的预冷器模块在-50°C和-150℃静态环境、70m/s高速气流剪切环境、10m/s甲醇喷洒环境下的结霜情况展开研究,发现涂层在超低温下无明显的抑制结霜效果,但高速气流剪切和喷洒甲醇可有效抑制预冷器模块结霜。这一研究成果,对促进深度预冷技术的发展,拓宽吸气式组合发动机的工作范围,发展可重复使用的空天飞行器动力具有十分重要的现实意义。