中国科学院大学《有效载荷结构设计与力学分析》2021-2022学年第一学期期末试卷

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《有效载荷结构设计与力学分析》2021-2022学年第一学期期末试卷题号一二三四总分得分一、单选题（本大题共15个小题，每小题2分，共30分．在每小题给出的四个选项中，只有一项是符合题目要求的．）1、在航天器的电源系统中，不同类型的电源具有各自的特点。以下关于航天器电源类型的描述，错误的是：（）A.太阳能电池板是航天器常用的电源，但其在阴影区无法工作B.燃料电池具有高能量密度，但寿命较短，维护成本高C.核电源能够提供长期稳定的电力，但存在安全和环保问题D.化学电池重量轻、体积小，是航天器电源的首选2、卫星通信在现代通信中发挥着重要作用。以下关于卫星通信的特点，哪一项是不正确的？（）A.覆盖范围广，可以实现全球通信B.通信容量大，能够传输大量的数据和信息C.传播时延小，通信实时性高D.建设成本高，维护难度大3、航天器的热防护系统用于保护航天器在重返大气层时免受高温的损害。热防护材料和结构的选择至关重要。假设一个航天器在重返大气层时热防护系统出现故障。以下关于可能原因的分析中，错误的是：可能是热防护材料的性能下降，无法承受高温。热防护结构的安装不牢固，在高速气流冲击下脱落。航天器的重返角度过大，增加了热流密度。那么，以下哪种情况最不可能导致热防护系统故障？（）A.航天器的速度过快B.热防护材料的制造工艺不合格C.航天器的外形发生微小变形D.大气密度突然减小4、飞行器的导航系统是确保飞行安全和准确到达目的地的关键。关于惯性导航系统，以下哪一项是错误的？（）A.惯性导航系统通过测量飞行器的加速度和角速度，来计算其位置、速度和姿态B.它具有自主性强、不依赖外部信号的优点，但存在累积误差C.惯性导航系统通常与其他导航系统（如卫星导航）组合使用，以提高导航精度D.惯性导航系统在短时间内的精度很高，适用于所有类型的飞行器导航5、飞行器的飞行性能参数包括速度、高度、航程等。以下关于飞行器的最大升限，哪一项是不正确的？（）A.最大升限是指飞行器能够达到的最大飞行高度B.飞机的最大升限受到发动机性能、空气密度、飞机重量等多种因素的限制C.提高飞机的发动机推力和减轻飞机重量可以增加其最大升限D.一旦飞机达到最大升限，就无法再继续上升，即使降低飞机重量也不行6、在飞行器的空气动力学设计中，翼型的选择对飞行性能有重要影响。对于低速飞行器，以下哪种翼型通常更适合？（）A.薄翼型，具有较小的阻力B.厚翼型，具有较大的升力C.对称翼型，升力和阻力特性平衡D.超临界翼型，可提高跨音速性能7、航空航天工程中的飞行试验是验证飞行器性能和设计的重要手段。以下关于飞行试验的目的和内容，哪一项是错误的？（）A.飞行试验的目的是验证飞行器的设计指标、性能参数和飞行品质，发现潜在的问题并进行改进B.飞行试验包括性能试验、操稳试验、可靠性试验等多个方面，需要在不同的飞行条件下进行C.飞行试验的数据采集和分析对于评估飞行器的性能和改进设计具有重要意义D.飞行试验只需要在飞行器研制的末期进行一次，就可以确保飞行器的性能和安全性8、在航空航天材料科学中，材料的性能和选择对于飞行器的制造至关重要。假设需要为一种高超音速飞行器的表面选择一种能够承受高温、高压和高速气流冲刷的材料。以下哪种材料最有可能满足要求？（）A.陶瓷基复合材料B.铝合金C.普通钢材D.塑料9、在飞行器的燃油系统中，需要确保燃油的供应稳定和安全。假设一架飞机的燃油系统出现故障。以下关于燃油系统故障原因和应对措施的描述，哪一项是准确的？（）A.燃油泵故障会导致燃油压力不足，可以通过增加燃油箱数量来解决B.燃油管路泄漏会引发火灾，应立即关闭发动机，放弃飞行C.燃油滤清器堵塞不会影响燃油供应，不需要及时处理D.对燃油系统的故障诊断主要依靠飞行员的经验和直觉10、在航天器的返回过程中，需要经历高温、高压等恶劣环境。以下关于航天器返回技术的描述，哪一项是不正确的？（）A.航天器返回时需要通过大气层，与空气摩擦产生高温，需要采用隔热材料进行防护B.可以通过调整航天器的姿态和飞行轨迹来控制返回过程中的过载和热流分布C.航天器返回后可以在任意地点着陆，不需要特定的着陆场D.航天器返回技术的发展对于载人航天和空间探索具有重要意义11、在航天器的轨道机动技术中，以下关于轨道转移和轨道保持的方法和策略，错误的是（）A.轨道转移可以通过发动机点火提供推力来改变航天器的轨道，需要精确计算推力大小和作用时间B.轨道保持是为了克服各种摄动因素的影响，定期对航天器的轨道进行调整C.采用电推进系统进行轨道机动具有比化学推进系统更高的比冲，但推力较小D.轨道机动技术只在卫星等航天器中应用，载人飞船和空间站不需要进行轨道机动12、在航空航天材料的选择中，关于钛合金和铝合金的性能特点及应用范围，以下描述恰当的是：（）A.钛合金具有高强度、高耐热性和良好的耐腐蚀性，但价格昂贵，主要用于航空发动机的关键部件；铝合金密度小，强度适中，价格较低，广泛应用于飞机机身和机翼结构B.钛合金和铝合金在强度、耐热性和耐腐蚀性方面性能相似，因此在航空航天领域的应用可以相互替代C.钛合金由于其重量大、加工难度高，在航空航天领域的应用逐渐减少；铝合金则由于性能有限，只适用于一些次要结构D.钛合金主要用于制造飞机的内饰和非承力部件，铝合金则用于制造发动机叶片等高负荷部件13、在航空发动机的设计中，关于涡轮叶片的材料选择，以下哪种特性是最为关键的（）A.高强度和高硬度，以承受巨大的离心力和热应力B.良好的导热性，迅速将热量传递出去，防止叶片过热C.低密度，减轻发动机整体重量，提高推重比D.低成本，便于大规模生产和应用14、航天器的热防护系统用于保护航天器在再入大气层时免受高温的损害。热防护材料需要具备耐高温、隔热性能好等特点。那么，以下哪种热防护材料常用于航天器的再入阶段？（）A.陶瓷材料B.金属材料C.碳纤维材料D.高分子材料15、关于飞行器的空气动力学研究方法，以下对于理论分析、实验研究和数值模拟的优缺点，错误的是（）A.理论分析可以深入理解空气动力学现象的本质，但对于复杂的流动问题往往难以得到精确解B.实验研究能够获得真实的流动数据，但实验成本高、周期长，且存在测量误差C.数值模拟可以快速模拟各种复杂的流动情况，但结果的准确性依赖于数学模型和计算方法D.在飞行器空气动力学研究中，只需要采用一种方法即可，不需要多种方法相结合二、简答题（本大题共3个小题，共15分)1、（本题5分）详细论述飞行管理系统中的飞行计划优化算法，考虑燃油消耗、飞行时间、气象条件等因素，分析如何制定最优的飞行路线和速度剖面。2、（本题5分）深入探讨航天器的姿态控制系统，包括姿态敏感器（如陀螺仪、太阳敏感器、地球敏感器）、姿态执行机构（如动量轮、反作用轮、推力器）和控制算法等。分析姿态控制系统如何实现航天器的姿态稳定和姿态机动，以及在受到干扰时的姿态恢复策略。3、（本题5分）全面剖析航天器的热试验技术，包括真空热试验、热平衡试验、热循环试验等，解释试验的目的、方法和设备，分析热试验结果对航天器热设计的验证和改进作用。三、论述题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）全面论述飞机的导航系统融合技术。探讨如何将惯性导航、卫星导航、无线电导航等多种导航方式进行融合，提高导航精度和可靠性。研究导航系统融合算法和误差校正方法。2、（本题5分）详细阐述航空发动机的叶轮机设计理论与方法，包括压气机和涡轮叶片的气动设计、强度分析和振动特性。分析叶轮机内部的三维流动现象和损失机制，以及如何通过优化叶片形状和级间匹配提高效率和喘振裕度。研究先进叶轮机设计技术（如弯掠叶片、复合倾斜叶片）的发展和应用。3、（本题5分）航空航天飞行器的飞行性能优化是一个综合性的研究课题。请全面论述飞行性能优化的目标和约束条件，包括航程、速度、燃油消耗和载荷能力等方面，研究优化算法和工具在飞行器设计中的应用，分析气动外形优化、动力系统匹配和飞行轨迹规划等对飞行性能的影响，以及多学科设计优化在飞行性能提升中的挑战和解决方案。4、（本题5分）全面论述飞机的电子设备电磁兼容性设计。探讨飞机上各类电子设备之间的电磁干扰问题及解决方法。研究如何通过合理的布线、屏蔽和滤波设计，保证电子设备的正常工作。5、（本题5分）全面论述飞机的噪声产生机制和降噪方法，分析发动机噪声、空气动力噪声和机体结构噪声的来源和传播途径。探讨通过发动机设计改进、机体外形优化和声学处理等手段降低飞机噪声的技术途径，以及降噪措施对飞机性能和经济性的影响。四、案例分析题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10分）一家航天企业研发的新型航天发动机在地面测试中，多次出现燃烧不稳定的问题。请剖析燃烧不稳定的原因，可能是燃料混合比例不当、燃烧室设计缺陷还是点火系统故障，评估测试方法和数据分析的有效性，并提出解决燃烧不稳定问题的技术途