航空航天材料科技知识要点梳理及练习题

航空航天材料科技知识要点梳理及练习题姓名_________________________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、选择题1.航空航天材料的主要特点包括（）

a.轻质高强

b.高温功能好

c.耐腐蚀

d.以上都是

2.下列哪种材料不属于航空航天材料（）

a.钛合金

b.钛铝合金

c.钢铁

d.镁合金

3.下列哪种材料属于高温结构材料（）

a.钛合金

b.钛铝合金

c.镁合金

d.钢铁

4.下列哪种材料属于复合材料（）

a.碳纤维

b.玻璃纤维

c.钛合金

d.钢铁

5.下列哪种材料属于耐腐蚀材料（）

a.钛合金

b.钛铝合金

c.镁合金

d.钢铁

答案及解题思路：

1.答案：d

解题思路：航空航天材料需要具备轻质高强、高温功能好、耐腐蚀等特点，以适应其在高空、高速、高温等恶劣环境下的使用需求。

2.答案：c

解题思路：钢铁虽然具有较好的强度和韧性，但其重量较大，不适合航空航天领域，因此不属于航空航天材料。

3.答案：a

解题思路：钛合金具有高强度、耐高温和耐腐蚀等功能，是高温结构材料中的佼佼者。

4.答案：a

解题思路：碳纤维是一种高功能复合材料，具有高强度、高模量、耐高温等特性，广泛应用于航空航天领域。

5.答案：a

解题思路：钛合金具有优异的耐腐蚀功能，可以在腐蚀性较强的环境中使用，是耐腐蚀材料中的优选。二、填空题1.航空航天材料应具备的特点有：轻质高强、（高温功能优良）、耐腐蚀、（热稳定性好）、（良好的可加工性）等。

2.航空航天材料按功能可分为：结构材料、（功能材料）、（复合材料）、（智能材料）等。

3.航空航天材料按应用领域可分为：（航空器结构材料）、（航天器结构材料）、（特殊功能材料）等。

答案及解题思路：

1.答案：高温功能优良、热稳定性好、良好的可加工性

解题思路：

航空航天材料在使用过程中，除了要求轻质高强外，还要承受高温、低温等多种环境，因此高温功能优良、热稳定性好是航空航天材料必须具备的特点。同时良好的可加工性便于制造和加工，保证材料的功能得以发挥。

2.答案：功能材料、复合材料、智能材料

解题思路：

航空航天材料的功能丰富多样，按照材料在航空、航天领域的功能和应用，可以将材料分为结构材料、功能材料、复合材料和智能材料。结构材料主要负责承载和传递载荷；功能材料则具有特殊的功能，如导电、导热、电磁屏蔽等；复合材料是将两种或两种以上材料组合在一起，以发挥各自优点；智能材料能够感知外部环境的变化，并作出响应。

3.答案：航空器结构材料、航天器结构材料、特殊功能材料

解题思路：

航空航天材料的应用领域广泛，主要分为航空器结构材料和航天器结构材料。航空器结构材料主要用于飞机、直升机等飞行器的主体结构，如机身、机翼等；航天器结构材料则用于火箭、卫星、飞船等航天器的主体结构。还有一些特殊功能材料，如耐高温隔热材料、电磁屏蔽材料等，这些材料在特定应用领域具有重要作用。三、判断题1.航空航天材料的质量直接影响飞行器的功能。

答案：√

解题思路：航空航天材料是飞行器结构强度、耐腐蚀性、热稳定性以及重量等功能的决定性因素。高质量的航空航天材料可以提升飞行器的整体功能，如减少能耗、提高载重量、增强安全性等。

2.航空航天材料的发展速度与航空工业的发展速度成正比。

答案：×

解题思路：尽管航空航天材料的发展在很大程度上受到航空工业需求的推动，但两者的增长速度并不一定成正比。航空航天材料的研究往往需要较长的周期和大量的基础研究投入，因此其发展速度可能较航空工业发展速度缓慢。

3.航空航天材料的研究与开发主要依靠航空工业自身的力量。

答案：×

解题思路：航空航天材料的研究与开发是一个复杂的系统工程，需要跨学科、跨领域的合作。除了航空工业自身的研发力量，还需要材料科学、物理学、化学等基础科学领域的支持，以及和研究机构的合作。国际合作在航空航天材料的研究与开发中也扮演着重要角色。四、简答题1.简述航空航天材料的主要特点。

（1）高比强度和高比刚度：航空航天材料需要在轻质的同时具备足够的强度和刚度，以承受高速度飞行和复杂环境带来的应力。

（2）耐高温和耐腐蚀：航空航天材料需要能够承受高温和恶劣环境，如空气中的高温气体、腐蚀性物质等。

（3）良好的抗疲劳功能：航空航天材料在长时间使用过程中，需要具备抗疲劳功能，防止因疲劳而导致的结构失效。

（4）低热膨胀系数：航空航天材料的热膨胀系数应尽量低，以减少因温度变化而引起的结构变形。

（5）良好的可加工功能：航空航天材料需要具备良好的可加工功能，以便于制造和装配。

2.简述航空航天材料的应用领域。

（1）航空航天器结构材料：如铝合金、钛合金、复合材料等，用于制造飞机、火箭、卫星等。

（2）热系统材料：如高温合金、耐热不锈钢等，用于制造发动机、燃烧室等高温部件。

（3）热防护材料：如碳纤维复合材料、陶瓷基复合材料等，用于保护飞行器免受高温气体、等离子体等的侵蚀。

（4）电子材料：如半导体材料、电子陶瓷等，用于制造飞行器的电子设备。

3.简述航空航天材料的发展趋势。

（1）高功能复合材料：材料科学的发展，复合材料在航空航天领域的应用越来越广泛，未来将继续向高功能、轻质、高强、高模量等方向发展。

（2）高温合金：为满足航空发动机功能提升的需求，高温合金将向耐高温、耐腐蚀、长寿命等方向发展。

（3）陶瓷基复合材料：陶瓷基复合材料具有优异的高温功能和抗氧化功能，未来在航空航天领域的应用将得到进一步拓展。

（4）纳米材料：纳米材料具有独特的功能，如高强度、高韧性、优异的耐腐蚀功能等，未来在航空航天材料领域具有广阔的应用前景。

答案及解题思路：

1.答案：航空航天材料的主要特点包括高比强度和高比刚度、耐高温和耐腐蚀、良好的抗疲劳功能、低热膨胀系数、良好的可加工功能。

解题思路：理解航空航天材料的主要特点，然后结合航空航天材料在实际应用中的需求，分析各特点的具体表现。

2.答案：航空航天材料的应用领域包括航空航天器结构材料、热系统材料、热防护材料、电子材料。

解题思路：列举航空航天材料在实际应用中的各个领域，并简要介绍各领域的应用情况。

3.答案：航空航天材料的发展趋势包括高功能复合材料、高温合金、陶瓷基复合材料、纳米材料。

解题思路：了解航空航天材料的发展现状，分析未来材料发展的方向，并结合新材料的研究进展进行阐述。五、论述题1.论述航空航天材料在航空工业中的重要性。

【解答】

航空航天材料在航空工业中的重要性体现在以下几个方面：

（1）重量减轻：航空航天材料的轻量化设计有助于减少航空器的自重，从而提高载重量和燃油效率，降低运营成本。

（2）功能提升：航空航天材料的高强度、高刚度、耐高温、耐腐蚀等特性，使得航空器能够在极端环境下安全可靠地运行。

（3）创新驱动：航空航天材料的研究与开发推动了航空工业的技术进步，促进了新材料的广泛应用。

（4）国家安全：航空航天材料的研究对国家安全具有重要意义，保障了国家在航空领域的战略利益。

2.论述航空航天材料在航空器设计中的影响。

【解答】

航空航天材料在航空器设计中的影响主要表现在以下几方面：

（1）材料选择：航空航天材料的选择直接影响航空器的功能、结构、重量和成本。高功能材料的运用可以优化航空器的设计，提高其飞行功能。

（2）结构设计：材料功能对航空器结构设计有直接影响。例如复合材料的应用使得飞机结构设计更加轻量化、高强度。

（3）系统集成：航空航天材料在系统集成中的应用，如机载设备、动力系统等，对航空器功能的提升起到关键作用。

（4）维修与维护：航空航天材料的使用寿命和耐久性，直接关系到航空器的维修与维护周期。

答案及解题思路：

1.答案：航空航天材料在航空工业中的重要性体现在重量减轻、功能提升、创新驱动和国家安全等方面。

解题思路：从航空航天材料的重量、功能、创新和国家安全四个方面阐述其在航空工业中的重要性。

2.答案：航空航天材料在航空器设计中的影响主要体现在材料选择、结构设计、系统集成和维修与维护等方面。

解题思路：分别从材料选择、结构设计、系统集成和维修与维护四个方面论述航空航天材料在航空器设计中的影响。六、计算题1.已知钛合金的密度为4.5g/cm³，弹性模量为110GPa，求其比强度。

解题步骤：

（1）比强度的计算公式为：比强度=弹性模量/密度。

（2）将已知数值代入公式进行计算。

2.已知某航空器材料的屈服强度为600MPa，抗拉强度为800MPa，求其安全系数。

解题步骤：

（1）安全系数的计算公式为：安全系数=抗拉强度/屈服强度。

（2）将已知数值代入公式进行计算。

答案及解题思路：

1.比强度计算：

答案：比强度=110GPa/4.5g/cm³

解题思路：首先将弹性模量单位从GPa转换为g/cm²，因为密度的单位是g/cm³。1GPa=1×10⁹g/cm²，所以110GPa=110×10⁹g/cm²。然后进行除法运算得到比强度。

2.安全系数计算：

答案：安全系数=800MPa/600MPa

解题思路：直接将抗拉强度除以屈服强度，得到安全系数。注意单位要保持一致，这里都是MPa。七、应用题1.根据航空器结构设计要求，选择合适的航空航天材料。

a.题目描述：

假设某新型飞机需要设计一款新型的机翼结构，该机翼需承受高速度飞行时的气动载荷，同时要保证轻量化和高强度。请根据以下条件，选择合适的航空航天材料，并说明选择理由。

条件：

工作温度：55°C至120°C

抗拉强度：≥600MPa

弹性模量：≥70GPa

密度：≤1.8g/cm³

抗疲劳功能：优异

b.解答示例：

答案：碳纤维增强塑料（CFRP）

解题思路：根据条件，选择材料时需综合考虑强度、重量、热稳定性和抗疲劳功能。碳纤维增强塑料（CFRP）具有高强度、低密度和良好的热稳定性，且抗疲劳功能优异，是满足上述条件的理想材料。

2.分析航空航天材料在航空器中的应用，并提出改进措施。

a.题目描述：

请分析当前航空航天材料在以下航空器部件中的应用情况，并针对其中一种材料提出至少一种改进措施，以提高其功能或降低成本。

部件：

航空发动机叶片

航空机身结构

航空器起落架

b.解答示例：

答案：航空发动机叶片

解题思路：航空发动机叶片是承受高温、高压和高速气流的关键部件，目前主要使用镍基高温合金。针对这种材料，可以提出以下改进措施：

采用定向凝固技术，提高叶片的微观结构和功能；

研究和开发新型合金材料，如钨钴合金，以提高耐高温功能；

优化叶片设计，减少热应力集中，延长使