以复合梁模型和拉梅方程为基础，结合熔滴沉积过程，提出了涂层应力模型，并采用该模型分析了涂层的残余应力。分析认为回转体涂层比平面涂层更适合制备厚涂层；经实验验证，实验室条件下制备的平面涂层和回转体涂层的最大厚度分别为1.8mm和2.5mm。分析应力模型得出，纤维缠绕产生的径向压应力抑制了裂纹的扩展，可以显著地提高了涂层的结合强度和极限厚度；连续纤维增韧模型表明，连续纤维对裂纹的终止和偏转作用将明显改善涂层性能，特别是涂层的内聚力将大大增加。基于纤维的力学性能和耐高温性能考虑，实验选择SiC纤维作为复合涂层的连续增强体；根据应力模型和纤维性质，将纤维缠绕热障烧蚀复合厚涂层设计成多层纤维堆叠的复合结构。实验研究了烧蚀材料对等离子喷涂工艺的适应性，结果表明POB和Cu不宜用来制备复合厚涂层。n-ZrO2粉末沉积厚度仅6.8μm，涂层在力学性能测试中从内部断裂，内聚力较差，结合强度仅9.37MPa，不适合制备厚涂层；粒径30~40μm的μ-ZrO2粉末沉积厚度达到24.0μm，涂层结合强度达到19.5MPa，内聚力较强，同时在600℃下有低至0.54W/m·K的热导率；综合涂层力学性能、沉积效率、隔热能力等因素，实验选择粒径30~40μm的微米氧化锆粉末作为制备复合涂层的材料。实验采用10%SiO2/ZrO2复合粉末制备纤维保护层。SiO2的加入提高了熔滴的液相含量，减小了纤维在沉积过程中受到的冲击，起到了良好的纤维保护作用；同时SiO2良好的成膜性能改善了纤维与保护层之间的结合，保证了连续纤维对涂层的增韧效果。设计了纤维缠绕热障烧蚀复合涂层的评价体系，并采用热循环实验和等离子烧蚀试验对纤维缠绕热障烧蚀复合涂层的性能进行了评价。结果表明，复合涂层各项性能优异，在热循环和烧蚀过程中纤维保护层能够提高纤维的抗氧化能力，而且SiO2在烧蚀过程中的液化和气化带走了大量的热量，冷却了涂层与纤维，提高了涂层的烧蚀性能。