航空航天技术航天器设计知识点梳理

航空航天技术航天器设计知识点梳理姓名_________________________地址_______________________________学号______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------线--------------------------1.请首先在试卷的标封处填写您的姓名，身份证号和地址名称。2.请仔细阅读各种题目，在规定的位置填写您的答案。一、单选题1.航天器设计的三个基本阶段包括：

a.设计、制造、试验

b.设计、试验、制造

c.试验、设计、制造

d.制造、设计、试验

2.航天器的主要推进系统不包括：

a.火箭发动机

b.涡轮喷气发动机

c.喷气推进发动机

d.电推进发动机

3.以下哪个不是航天器结构设计的主要考虑因素：

a.结构强度

b.结构刚度

c.结构稳定性

d.结构重量

4.航天器热控制系统的基本任务不包括：

a.维持航天器温度平衡

b.调节航天器表面温度

c.减少热辐射损失

d.防止航天器部件因温度变化而损坏

5.航天器电源系统中的蓄电池主要用于：

a.提供稳定的电源输出

b.存储电能，以保证航天器在发射过程中不消耗主电源

c.在航天器工作过程中提供电能

d.以上都是

答案及解题思路：

1.答案：a.设计、制造、试验

解题思路：航天器设计的三个基本阶段是依次进行的设计、制造和试验，保证航天器按照预定要求完成各项任务。

2.答案：b.涡轮喷气发动机

解题思路：航天器的主要推进系统通常包括火箭发动机、喷气推进发动机和电推进发动机，而涡轮喷气发动机主要用于飞机，不是航天器的主要推进系统。

3.答案：d.结构重量

解题思路：航天器结构设计的主要考虑因素包括结构强度、刚度和稳定性，以保证航天器在极端条件下保持功能。结构重量虽然重要，但不属于主要考虑因素。

4.答案：c.减少热辐射损失

解题思路：航天器热控制系统的基本任务是维持航天器温度平衡、调节表面温度和防止部件因温度变化而损坏，减少热辐射损失是热控制系统的目标之一，但不是基本任务。

5.答案：d.以上都是

解题思路：蓄电池在航天器电源系统中具有多重作用，包括提供稳定的电源输出、存储电能以供发射过程中使用以及在航天器工作过程中提供电能。二、多选题1.航天器设计过程中，需要考虑的力学因素包括：

a.重力

b.惯性力

c.阻力

d.热应力

2.航天器热控制系统的基本功能有：

a.维持航天器内部温度稳定

b.控制航天器表面温度

c.降低热辐射损失

d.提高热效率

3.航天器结构设计需要满足以下哪些要求：

a.强度高

b.刚度大

c.质量轻

d.成本低

4.航天器推进系统的主要部件包括：

a.发动机

b.推进剂储存箱

c.推进剂输送系统

d.控制系统

5.航天器电源系统的主要组成部分有：

a.电池

b.太阳能电池帆板

c.电源管理系统

d.蓄电池

答案及解题思路：

1.答案：a,b,c,d

解题思路：航天器设计过程中，需要考虑的力学因素是航天器在飞行过程中所受的各种力，包括重力、惯性力、阻力和热应力。这些因素对航天器的稳定性和安全性。

2.答案：a,b,c,d

解题思路：航天器热控制系统是保证航天器内部和表面温度稳定的关键系统，其基本功能包括维持内部温度稳定、控制表面温度、降低热辐射损失以及提高热效率。

3.答案：a,b,c,d

解题思路：航天器结构设计需要满足强度高、刚度大、质量轻和成本低的要求，以保证航天器在复杂环境下的可靠性和经济性。

4.答案：a,b,c,d

解题思路：航天器推进系统是航天器飞行和姿态控制的核心，其主要部件包括发动机、推进剂储存箱、推进剂输送系统和控制系统。

5.答案：a,b,c,d

解题思路：航天器电源系统为航天器提供动力，其主要组成部分包括电池、太阳能电池帆板、电源管理系统和蓄电池。这些组件共同保证航天器在任务过程中的电力需求。三、判断题1.航天器设计的主要目标是在满足功能要求的前提下，降低制造成本。

答案：正确。

解题思路：航天器设计是一个综合性的过程，其中成本控制是的一个方面。设计人员需要在满足航天器功能需求的同时尽量降低制造成本，以提高航天项目的经济效益。

2.航天器结构设计的主要目的是保证航天器在空间环境中具有良好的结构功能。

答案：正确。

解题思路：航天器结构设计的目标是保证航天器在极端空间环境（如高真空、微重力、极端温度变化等）下能够保持稳定、可靠的结构功能，从而保证航天任务的成功。

3.航天器热控制系统的主要任务是在航天器运行过程中维持内部温度平衡。

答案：正确。

解题思路：热控制系统是航天器热管理的重要组成部分，其主要任务是通过调整航天器内部的温度，使其保持在一个适宜的范围内，以保证航天器内部设备和宇航员的生命安全。

4.航天器推进系统的主要作用是为航天器提供动力。

答案：正确。

解题思路：推进系统是航天器实现轨道转移、变轨、姿态调整等功能的关键系统，其主要作用是为航天器提供动力，使其在太空中进行必要的操控。

5.航天器电源系统的主要功能是为航天器提供稳定的电能。

答案：正确。

解题思路：电源系统是航天器正常运行的重要保障，其主要功能是为航天器内的设备提供稳定的电能，保证航天任务的顺利完成。四、填空题1.航天器设计分为______、______、______三个阶段。

初步设计

详细设计

集成与测试

2.航天器热控制系统的主要任务是维持航天器内部______，控制航天器表面______。

温度平衡

热辐射

3.航天器推进系统的主要部件包括______、______、______、______。

燃料

氧化剂

推力室

推力器

4.航天器电源系统的主要组成部分有______、______、______、______。

电源模块

燃料电池

太阳能电池

电池

5.航天器结构设计需要满足______、______、______、______等要求。

耐久性

强度

轻量化

耐腐蚀性

答案及解题思路：

答案：

1.初步设计、详细设计、集成与测试

2.温度平衡、热辐射

3.燃料、氧化剂、推力室、推力器

4.电源模块、燃料电池、太阳能电池、电池

5.耐久性、强度、轻量化、耐腐蚀性

解题思路：

1.航天器设计是一个复杂的过程，通常分为初步设计、详细设计和集成与测试三个阶段，每个阶段都有其特定的任务和目标。

2.热控制系统是航天器保证内部设备正常工作和外部表面安全的关键系统，其任务包括维持内部温度平衡和控制表面热辐射。

3.推进系统是航天器实现太空移动的核心，其主要部件包括提供动力的燃料和氧化剂，以及将动力转换为推力的推力室和推力器。

4.电源系统为航天器提供所需的电力，其组成部分包括直接提供电力的电源模块、通过化学反应提供电力的燃料电池、通过太阳能转换电力的太阳能电池，以及存储电力的电池。

5.航天器结构设计需要综合考虑多方面的要求，如保证结构长期使用不损坏的耐久性、满足承载要求的强度、减轻整体重量以降低发射成本和提升功能的轻量化，以及抵御太空恶劣环境的耐腐蚀性。五、简答题1.简述航天器设计的主要任务和目标。

航天器设计的主要任务和目标包括：

保证航天器能够按照预定轨道和任务要求进行飞行；

提高航天器的可靠性和安全性；

优化航天器的功能，包括速度、轨道、姿态等；

降低航天器的成本和发射重量；

保证航天器能够适应复杂的外部环境，如太空辐射、微重力等。

2.简述航天器热控制系统的基本组成和工作原理。

航天器热控制系统的基本组成包括：

热辐射器：用于将航天器内部的余热辐射到太空中；

热交换器：用于在航天器内部实现热量交换；

绝热材料：用于减少航天器与外部环境的直接热交换；

温度传感器：用于监测航天器内部的温度；

控制系统：用于根据温度传感器反馈的信息，调节热控制系统的运行。

工作原理：航天器热控制系统通过调节航天器内部的温度，使其保持在合适的范围内，以保证航天器内部设备的正常工作。具体过程是：温度传感器监测到航天器内部温度异常时，控制系统会根据预设程序，通过调节热辐射器、热交换器等部件的工作状态，实现热量的转移和调节。

3.简述航天器推进系统的主要类型及其特点。

航天器推进系统的主要类型包括：

火箭推进系统：利用火箭发动机产生推力，具有高推力、高比冲的特点；

电推进系统：利用电磁力产生推力，具有低推力、高比冲的特点；

纳米推进系统：利用纳米技术实现微推力，具有高精度、低能耗的特点。

特点：

火箭推进系统：适用于高速、大推力的航天器；

电推进系统：适用于长寿命、低能耗的航天器；

纳米推进系统：适用于精密操控、微推力的航天器。

4.简述航天器电源系统的主要组成部分和功能。

航天器电源系统的主要组成部分包括：

太阳能电池板：将太阳能转换为电能；

蓄电池：储存电能，用于航天器在太阳光照不足时使用；

控制器：监测太阳能电池板和蓄电池的工作状态，调节电源系统的输出；

输出接口：为航天器内部设备提供电能。

功能：

为航天器内部设备提供稳定的电能；

实现航天器电源系统的监控和管理；

保证航天器在太阳光照不足时，仍能正常工作。

5.简述航天器结构设计的主要考虑因素和设计原则。

航天器结构设计的主要考虑因素包括：

航天器任务需求：根据航天器任务需求，确定结构设计的强度、刚度、稳定性等指标；

航天器环境：考虑航天器在太空中的环境，如微重力、辐射等；

材料选择：根据任务需求和航天器环境，选择合适的材料；

成本和重量：在满足任务需求的前提下，尽量降低成本和重量。

设计原则：

保证航天器结构强度和刚度；

保证航天器结构稳定性；

优化结构布局，降低成本和重量；

考虑航天器在太空中的环境适应性。

答案及解题思路：

1.答案：航天器设计的主要任务和目标包括保证航天器按照预定轨道和任务要求进行飞行，提高航天器的可靠性和安全性，优化航天器的功能，降低航天器的成本和发射重量，保证航天器能够适应复杂的外部环境。解题思路：根据航天器设计的基本要求，梳理出航天器设计的主要任务和目标。

2.答案：航天器热控制系统的基本组成包括热辐射器、热交换器、绝热材料、温度传感器和控制系统。工作原理是调节航天器内部的温度，使其保持在合适的范围内，以保证航天器内部设备的正常工作。解题思路：根据航天器热控制系统的组成和工作原理，进行简要阐述。

3.答案：航天器推进系统的主要类型包括火箭推进系统、电推进系统和纳米推进系统。特点分别是火箭推进系统适用于高速、大推力的航天器；电推进系统适用于长寿命、低能耗的航天器；纳米推进系统适用于精密操控、微推力的航天器。解题思路：根据航天器推进系统的类型和特点，进行简要描述。

4.答案：航天器电源系统的主要组成部分包括太阳能电池板、蓄电池、控制器和输出接口。功能是为航天器内部设备提供稳定的电能，实现航天器电源系统的监控和管理，保证航天器在太阳光照不足时，仍能正常工作。解题思路：根据航天器电源系统的组成和功能，进行简要阐述。

5.答案：航天器结构设计的主要考虑因素包括航天器任务需求、航天器环境、材料选择和成本及重量。设计原则包括保证航天器结构强度和刚度，保证航天器结构稳定性，优化结构布局，降低成本和重量，考虑航天器在太空中的环境适应性。解题思路：根据航天器结构设计的主要考虑因素和设计原则，进行简要描述。六、论述题1.结合实例，论述航天器设计过程中如何考虑结构强度和刚度的平衡。

解答：

航天器设计过程中，结构强度和刚度的平衡是的。一个实例分析：

实例：中国载人航天工程中的“神舟”飞船。

在“神舟”飞船的设计中，工程师们通过以下方式考虑结构强度和刚度的平衡：

采用高强度轻质材料，如铝合金和钛合金，以减轻飞船自重，提高载荷能力。

设计合理的结构布局，通过增加壁厚和优化梁、柱结构，提高结构强度。

采用复合材料，如碳纤维增强塑料，以增强结构的刚度和抗弯功能。

在关键部位增加加强筋，提高局部结构的刚度。

解题思路：

阐述结构强度和刚度在航天器设计中的重要性。

结合具体实例，分析航天器设计中如何实现结构强度和刚度的平衡。

总结设计过程中的关键技术和方法。

2.论述航天器热控制系统在航天器运行过程中的作用和意义。

解答：

航天器热控制系统在航天器运行过程中扮演着的角色。其作用和意义的论述：

作用：

保持航天器内部温度稳定，保证设备正常运行。

排除航天器产生的热量，防止过热。

防止航天器表面温度过低，影响材料功能和设备寿命。

意义：

提高航天器任务成功率，延长航天器寿命。

保证航天器内部设备和人员的安全。

提高航天器任务执行效率。

解题思路：

阐述热控制系统在航天器运行过程中的重要性。

分析热控制系统的作用，包括保持温度稳定、排除热量、防止过热和低温影响。

总结热控制系统对航天器任务执行的意义。

3.论述航天器推进系统在航天器发射和飞行过程中的重要性。

解答：

航天器推进系统在航天器发射和飞行过程中具有重要性。其重要性的论述：

重要性：

提供航天器发射所需的推力，使航天器脱离地球引力。

在轨飞行过程中，调整航天器姿态和轨道，保证任务执行。

实现航天器变轨、机动和姿态控制，提高任务执行效率。

解题思路：

阐述推进系统在航天器发射和飞行过程中的重要性。

分析推进系统的作用，包括提供推力、调整姿态和轨道、实现机动和姿态控制。

总结推进系统对航天器任务执行的重要性。

4.论述航天器电源系统在航天器任务执行过程中的关键作用。

解答：

航天器电源系统在航天器任务执行过程中具有关键作用。其关键作用的论述：

关键作用：

为航天器内部设备和仪器提供稳定电源，保证任务执行。

为航天器通信、导航、测控等系统提供能源支持。

保证航天器在任务执行过程中能源供应充足，延长任务寿命。

解题思路：

阐述电源系统在航天器任务执行过程中的关键作用。

分析电源系统的作用，包括提供稳定电源、支持通信、导航、测控系统、保证能源供应充足。

总结电源系统对航天器任务执行的重要性。

5.论述航天器结构设计在航天器任务执行过程中的重要地位。

解答：

航天器结构设计在航天器任务执行过程中具有重要地位。其重要地位的论述：

重要地位：

保证航天器结构强度和刚度，保证任务执行过程中的安全。

提高航天器内部空间利用率，优化设备布局。

为航天器热控制系统、推进系统、电源系统等提供必要的结构支撑。

解题思路：

阐述结构设计在航天器任务执行过程中的重要地位。

分析结构设计的作用，包括保证安全、提高空间利用率、提供结构支撑。

总结结构设计对航天器任务执行的重要性。

答案及解题思路：

答案及解题思路内容如上所述，每道题目的解答都结合了实例、论述了航天器设计过程中的关键技术和方法，以及各系统在任务执行过程中的作用和意义。七、计算题1.航天器在地球轨道上的向心加速度

问题描述：设航天器在地球轨道上运行，地球质量为5.97×10^24kg，地球半径为6.371×10^6m，航天器质量为1000kg，求航天器在轨道上的向心加速度。

2.辐射散热器的散热功率

问题描述：航天器热控制系统中的辐射散热器，其表面积为10m^2，表面温度为300K，环境温度为200K，求辐射散热器的散热功率。

3.推进剂的燃烧时间

问题描述：航天器推进系统中，火箭发动机的推力为10000N，推进剂质量流量为2kg/s，求推进剂的燃烧时间。

4.蓄电池支持航天器运行的时长

问题描述：航天器电源系统中，太阳能电池帆板发电功率为200W，蓄电池储存电能为2000J，求蓄电池能够支持航天器运行的时长。

5.部件的最大承载能力

问题描述：航天器结构设计中，某部件的许用应力为200MPa，材料屈服强度为500MPa，求该部件的最大承载能力。

答案及解题思路：

1.答案：向心加速度a=9.81m/s²

解题思路：向心加速度由公式\(a=\frac{v^2}{r}\)计算，其中\(v\)为轨道速度，\(r\)为轨道半径。轨道速度可以通过万有引力公式\(\frac{GMm}{r^2}=\fra