航天器结构设计原理及工程应用知识考点

航天器结构设计原理及工程应用知识考点姓名_________________________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.航天器结构设计的主要目的是什么？

A.实现航天器功能

B.保证航天器在空间环境中的安全性

C.实现航天器的经济性

D.以上都是

2.航天器结构设计的基本原则包括哪些？

A.安全性原则

B.稳定性原则

C.可靠性原则

D.经济性原则

E.以上都是

3.航天器结构设计中的载荷类型有哪些？

A.结构载荷

B.热载荷

C.动力载荷

D.以上都是

4.航天器结构设计中的材料选择原则有哪些？

A.高功能原则

B.可加工性原则

C.经济性原则

D.可靠性原则

E.以上都是

5.航天器结构设计中的连接方式有哪些？

A.螺栓连接

B.套筒连接

C.焊接连接

D.以上都是

6.航天器结构设计中的强度校核方法有哪些？

A.有限元分析

B.离散元分析

C.手动计算

D.以上都是

7.航天器结构设计中的刚度校核方法有哪些？

A.有限元分析

B.离散元分析

C.手动计算

D.以上都是

8.航天器结构设计中的稳定性校核方法有哪些？

A.有限元分析

B.离散元分析

C.手动计算

D.以上都是

答案及解题思路：

1.答案：D

解题思路：航天器结构设计的主要目的是保证航天器在空间环境中的安全性、实现航天器功能以及经济性，因此选D。

2.答案：E

解题思路：航天器结构设计的基本原则包括安全性、稳定性、可靠性、经济性等，因此选E。

3.答案：D

解题思路：航天器结构设计中的载荷类型包括结构载荷、热载荷、动力载荷等，因此选D。

4.答案：E

解题思路：航天器结构设计中的材料选择原则包括高功能、可加工性、经济性、可靠性等，因此选E。

5.答案：D

解题思路：航天器结构设计中的连接方式包括螺栓连接、套筒连接、焊接连接等，因此选D。

6.答案：D

解题思路：航天器结构设计中的强度校核方法包括有限元分析、离散元分析、手动计算等，因此选D。

7.答案：D

解题思路：航天器结构设计中的刚度校核方法包括有限元分析、离散元分析、手动计算等，因此选D。

8.答案：D

解题思路：航天器结构设计中的稳定性校核方法包括有限元分析、离散元分析、手动计算等，因此选D。二、填空题1.航天器结构设计的主要内容包括______结构设计、______设计、______系统设计等。

2.航天器结构设计的主要阶段有______方案设计、______详细设计、______试验验证等。

3.航天器结构设计中，材料的选择需要考虑______强度、______质量、______环境适应性等因素。

4.航天器结构设计中，载荷的计算需要考虑______静载荷、______动载荷、______特殊载荷等因素。

5.航天器结构设计中，连接方式的选择需要考虑______可靠性、______结构效率、______维护性等因素。

答案及解题思路：

1.答案：承载结构设计、受力结构设计、连接件设计

解题思路：航天器结构设计主要涉及承载结构的设计，保证能够承受各种载荷；受力结构设计保证在受到外部载荷时能够安全稳定；连接件设计则是为了保证结构间的可靠连接。

2.答案：初步方案设计、详细设计、试验验证

解题思路：航天器结构设计的阶段包括初步方案设计阶段，确定基本结构形式；详细设计阶段，进行详细的结构计算和设计；试验验证阶段，对设计进行试验验证以保证其功能。

3.答案：结构强度、质量、环境适应性

解题思路：材料选择需考虑其强度以承受载荷，质量影响航天器的总重量，环境适应性保证材料在极端环境中稳定。

4.答案：静载荷、动载荷、特殊载荷

解题思路：载荷计算要考虑航天器在飞行过程中可能遇到的各种载荷，包括静态时的载荷、动态运动时的载荷以及特殊条件下的载荷。

5.答案：可靠性、结构效率、维护性

解题思路：连接方式的选择要考虑其连接的可靠性，以保证结构在长时间工作中的稳定性；结构效率涉及连接的重量和体积优化；维护性则关系到航天器维护的便捷性和成本。三、判断题1.航天器结构设计只关注结构的强度和刚度。

判断：错误。

解题思路：航天器结构设计不仅仅是关注结构的强度和刚度，还需要综合考虑重量、耐热性、耐腐蚀性、疲劳功能、热稳定性、可靠性等多个方面。这些因素对于保证航天器的安全、稳定和可靠运行。

2.航天器结构设计中的载荷包括静载荷和动载荷。

判断：正确。

解题思路：航天器在设计和运行过程中会面临多种载荷，其中包括静载荷（如发射过程中的推力）和动载荷（如大气中的气动力、热力、振动等）。这些载荷会影响航天器的结构设计和材料选择。

3.航天器结构设计中的材料选择只考虑重量和强度。

判断：错误。

解题思路：航天器结构设计中的材料选择不仅需要考虑重量和强度，还要兼顾其他功能指标，如耐高温性、耐腐蚀性、导电性、导热性、加工功能等。综合考虑这些因素，可以保证航天器在极端环境下的正常运行。

4.航天器结构设计中，载荷的计算只考虑重力。

判断：错误。

解题思路：航天器结构设计中，载荷的计算不仅要考虑重力，还要考虑多种载荷因素，如气动载荷、热载荷、振动载荷等。这些载荷会影响航天器的结构强度和刚度。

5.航天器结构设计中，连接方式的选择只考虑结构强度。

判断：错误。

解题思路：航天器结构设计中，连接方式的选择不仅要考虑结构强度，还要综合考虑其他因素，如可靠性、耐腐蚀性、加工功能等。这些因素对于保证航天器的整体功能和安全运行。

答案及解题思路：

1.错误。航天器结构设计不仅要关注强度和刚度，还需考虑重量、耐热性、耐腐蚀性等。

2.正确。航天器结构设计中的载荷包括静载荷和动载荷。

3.错误。材料选择还需考虑耐高温性、耐腐蚀性等其他功能指标。

4.错误。载荷计算要考虑重力及其他载荷因素。

5.错误。连接方式的选择还需考虑可靠性、耐腐蚀性等。

：四、简答题1.简述航天器结构设计的基本原则。

解答：

安全可靠：保证航天器在各种飞行环境下的结构完整性。

重量优化：尽量减少结构重量，以提高航天器的载荷能力和推进效率。

适应性：航天器结构设计应适应不同任务和环境需求。

可维护性：结构设计应便于航天器在轨维护和修理。

成本效益：在满足功能要求的前提下，尽可能降低结构成本。

2.简述航天器结构设计的主要阶段。

解答：

初步设计阶段：确定结构类型、基本参数和布局。

详细设计阶段：完成详细的结构设计，包括材料选择、连接方式等。

质量审查阶段：对结构设计进行审查，保证满足设计要求。

制造阶段：按照设计图纸进行结构加工和组装。

试验阶段：对组装好的航天器进行地面试验，验证其功能和可靠性。

3.简述航天器结构设计中材料选择的原则。

解答：

抗压强度：满足航天器在飞行过程中的载荷要求。

抗拉强度：保证结构在受力时不易发生断裂。

弹性模量：提高结构的刚度，降低变形。

热膨胀系数：保证结构在高温和低温环境下的稳定性。

疲劳强度：满足航天器长期在轨工作的需求。

4.简述航天器结构设计中载荷计算的方法。

解答：

力学分析法：通过力学原理计算结构受力情况。

有限元分析法：利用有限元软件对结构进行仿真分析。

实验验证法：通过实际载荷试验，确定结构承载能力。

5.简述航天器结构设计中连接方式的选择原则。

解答：

连接强度：满足航天器在飞行过程中的载荷要求。

连接可靠性：保证连接处不易发生松动或断裂。

维护性：便于在轨维护和修理。

成本效益：在满足功能要求的前提下，尽可能降低连接成本。

答案及解题思路：

1.答案：安全可靠、重量优化、适应性、可维护性、成本效益。

解题思路：结合航天器在轨运行的特点，分析结构设计应遵循的原则，保证结构满足飞行任务要求。

2.答案：初步设计阶段、详细设计阶段、质量审查阶段、制造阶段、试验阶段。

解题思路：根据航天器结构设计流程，梳理各个阶段的设计内容和任务。

3.答案：抗压强度、抗拉强度、弹性模量、热膨胀系数、疲劳强度。

解题思路：根据材料功能特点，分析其在航天器结构设计中的应用。

4.答案：力学分析法、有限元分析法、实验验证法。

解题思路：结合航天器结构设计的特点，分析不同载荷计算方法的应用场景。

5.答案：连接强度、连接可靠性、维护性、成本效益。

解题思路：根据连接方式的特点，分析其在航天器结构设计中的应用原则。五、论述题1.论述航天器结构设计在航天工程中的重要性。

答案：

航天器结构设计在航天工程中扮演着的角色。几个关键点：

（1）航天器结构设计决定了航天器的整体功能，包括质量、强度、刚度、稳定性等，直接影响航天器的任务完成效率。

（2）良好的结构设计可以提高航天器的可靠性和安全性，保证航天器在极端环境下能够正常工作。

（3）结构设计影响着航天器的成本和制造周期，合理的结构设计有助于降低成本、缩短研制周期。

（4）结构设计需要考虑航天器的发射、运行、回收等各个阶段，保证航天器在整个生命周期内都能保持良好的功能。

解题思路：

首先阐述航天器结构设计在航天工程中的重要性，然后从功能、可靠性、成本、生命周期等方面展开论述，结合实际案例进行说明。

2.论述航天器结构设计中材料选择对整个航天器功能的影响。

答案：

材料选择是航天器结构设计中的关键环节，对整个航天器的功能产生重大影响。几个方面：

（1）材料的强度和刚度直接影响航天器的结构强度和刚度，关系到航天器的安全性和可靠性。

（2）材料的密度和比热容影响航天器的质量，进而影响航天器的运载能力和能耗。

（3）材料的耐腐蚀性、耐高温性、耐低温性等功能，决定了航天器在极端环境下的工作能力。

（4）材料的加工功能、成本等因素，也影响着航天器的制造工艺和成本。

解题思路：

首先说明材料选择在航天器结构设计中的重要性，然后从强度、质量、环境适应性、加工和成本等方面展开论述，结合实际案例进行说明。

3.论述航天器结构设计中载荷计算对航天器安全性的影响。

答案：

载荷计算是航天器结构设计的基础，对航天器的安全性产生直接影响。几个方面：

（1）准确的载荷计算有助于保证航天器结构在运行过程中承受的载荷不超过其设计强度，从而保证航天器的安全性。

（2）载荷计算需要考虑各种因素，如发射载荷、在轨载荷、环境载荷等，保证航天器在各个阶段都能承受相应的载荷。

（3）合理的载荷计算有助于优化结构设计，降低结构重量，提高航天器的运载能力和经济性。

（4）载荷计算错误可能导致结构失效，造成航天器任务失败或人员伤亡。

解题思路：

首先阐述载荷计算在航天器结构设计中的重要性，然后从安全性、环境适应性、经济性等方面展开论述，结合实际案例进行说明。

4.论述航天器结构设计中连接方式选择对航天器可靠性的影响。

答案：

连接方式选择是航天器结构设计中的重要环节，对航天器的可靠性产生重要影响。几个方面：

（1）合理的连接方式可以提高航天器结构的整体强度和刚度，增强航天器的抗振动和抗冲击能力。

（2）连接方式的选择关系到航天器在发射、运行、回收等阶段的连接可靠性，保证航天器各部件的稳定连接。

（3）连接方式的设计需要考虑航天器在极端环境下的适应性，如高温、低温、真空等。

（4）连接方式的选择还会影响航天器的制造工艺和成本。

解题思路：

首先说明连接方式选择在航天器结构设计中的重要性，然后从强度、可靠性、环境适应性、制造工艺和成本等方面展开论述，结合实际案例进行说明。

5.论述航天器结构设计在航天器发射、运行、回收等阶段的工程应用。

答案：

航天器结构设计在航天器发射、运行、回收等阶段都有着重要的工程应用。几个方面：

（1）发射阶段：结构设计需要满足发射载荷要求，保证航天器在发射过程中结构完整、功能稳定。

（2）运行阶段：结构设计需要考虑航天器在轨运行的环境载荷，如微重力、振动、温度等，保证航天器长期稳定运行。

（3）回收阶段：结构设计需要满足回收过程中的要求，如回收机构的连接、着陆缓冲等，保证航天器安全回收。

解题思路：

首先阐述航天器结构设计在各个阶段的工程应用，然后从发射、运行、回收等方面分别论述，结合实际案例进行说明。六、计算题1.已知某航天器结构承受的最大载荷为10000N，材料许用应力为150MPa，求该结构的截面尺寸。

解：根据应力公式\(\sigma=\frac{F}{A}\)，其中\(\sigma\)为应力，\(F\)为载荷，\(A\)为截面面积。由题意知，\(\sigma=150\)MPa，\(F=10000\)N，所以\(A=\frac{F}{\sigma}=\frac{10000}{150\times10^6}\)m²。

2.某航天器结构采用铝合金材料，材料弹性模量为70GPa，长度为2m，求该结构的刚度。

解：刚度\(K\)可以通过弹性模量\(E\)和截面惯性矩\(I\)来计算，公式为\(K=\frac{EA}{L}\)，其中\(A\)为截面面积，\(L\)为结构长度。

需要知道结构的截面惯性矩\(I\)，这取决于截面形状。将\(E=70\)GPa和\(L=2\)m代入公式，求出\(K\)。

3.某航天器结构承受的重力为5000N，材料许用应力为100MPa，求该结构的截面尺寸。

解：与第1题类似，使用应力公式\(\sigma=\frac{F}{A}\)。已知\(\sigma=100\)MPa，\(F=5000\)N，求出\(A\)。然后根据结构的具体形状确定截面尺寸。

4.某航天器结构采用钛合金材料，材料许用应力为250MPa，长度为3m，求该结构的刚度。

解：使用刚度公式\(K=\frac{EA}{L}\)。已知\(E\)需要查找钛合金的弹性模量，\(L=3\)m，\(\sigma=250\)MPa。先求出\(A\)，再代入公式求出\(K\)。

5.某航天器结构承受的最大载荷为8000N，材料许用应力为200MPa，求该结构的截面尺寸。

解：同样使用应力公式\(\sigma=\frac{F}{A}\)。已知\(\sigma=200\)MPa，\(F=8000\)N，求出\(A\)。然后根据结构的具体形状确定截面尺寸。

答案及解题思路：

1.答案：根据载荷和许用应力计算出截面面积，然后根据截面形状求出具体尺寸。例如若为圆形截面，直径约为0.0267m。

解题思路：首先计算截面面积，然后根据截面形状（如圆形、矩形等）求出尺寸。

2.答案：需要知道具体的截面惯性矩\(I\)和截面面积\(A\)，然后代入刚度公式计算。

解题思路：确定截面形状和尺寸，计算截面惯性矩，代入刚度公式求出刚度。

3.答案：与第1题类似，计算截面面积，然后根据截面形状确定尺寸。

解题思路：使用应力公式计算截面面积，根据结构形状确定尺寸。

4.答案：计算截面面积，代入刚度公式求出刚度。

解题思路：确定截面形状和尺寸，查找钛合金弹性模量，代入公式计算刚度。

5.答案：计算截面面积，根据截面形状确定尺寸。

解题思路：使用应力公式计算截面面积，根据结构形状确定尺寸。七、应用题1.分析某航天器结构在发射过程中的受力情况，并给出相应的结构设计建议。

题目描述：

某航天器在发射过程中，需要通过火箭将航天器送入预定轨道。请分析航天器结构在发射阶段的受力情况，包括但不限于推力、空气阻力、重力、惯性力等，并给出相应的结构设计建议，以保证航天器在发射过程中的安全稳定。

解题思路：

确定航天器在发射过程中的主要受力类型。

分析每种受力对航天器结构的影响。

结合航天器结构设计的原理，提出针对性的设计建议，如材料选择、结构布局、加强区域等。

2.设计一种新型航天器结构，并分析其优缺点。

题目描述：

设计一种新型航天器结构，以适应未来深空探测任务的需求。该结构应具有轻量化、高强度、易于维护等特点。请详细描述该结构的设计方案，并分析其优缺点。

解题思路：

确定新型航天器结构的设计目标。

描述结构的设计原理和关键特性。

分析设计的创新点及其优缺点，包括在重量、强度、成本、维护等方面的表现。

3.分析某航天器结构在运行过程中的载荷情况，并给出相应的结构设计改进措施。

题目描述：

某航天器在轨道运行过程中，受到多种载荷的影响，包括微流星体撞击、太阳辐射、温度变化等。请分析这些载荷对航天器结构的影响，并提出相