南開大學(xué)濱海學(xué)院《航天器結(jié)構(gòu)與機構(gòu)技術(shù)》2023-2024學(xué)年第二學(xué)期期末試卷

學(xué)校________________班級____________姓名____________考場____________準考證號學(xué)校________________班級____________姓名____________考場____________準考證號…………密…………封…………線…………內(nèi)…………不…………要…………答…………題…………第1頁，共3頁南開大學(xué)濱海學(xué)院

《航天器結(jié)構(gòu)與機構(gòu)技術(shù)》2023-2024學(xué)年第二學(xué)期期末試卷題號一二三四總分得分一、單選題（本大題共25個小題，每小題1分，共25分．在每小題給出的四個選項中，只有一項是符合題目要求的．）1、在航天器的電源系統(tǒng)中，關(guān)于太陽能電池陣和蓄電池的組合使用，以下說法正確的是：（）A.太陽能電池陣在有光照時為航天器供電，并為蓄電池充電；在陰影區(qū)或光照不足時，蓄電池為航天器供電，兩者相互配合，確保航天器的電力供應(yīng)穩(wěn)定可靠B.太陽能電池陣和蓄電池各自獨立工作，互不影響，根據(jù)任務(wù)需求選擇使用C.蓄電池是航天器的主要電源，太陽能電池陣僅作為輔助電源D.太陽能電池陣效率高，可靠性好，完全可以替代蓄電池為航天器提供持續(xù)穩(wěn)定的電力2、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由多顆衛(wèi)星組成星座，為用戶提供定位、導(dǎo)航和授時服務(wù)。全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有GPS、北斗等。那么，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位精度主要取決于？（）A.衛(wèi)星的數(shù)量B.衛(wèi)星的軌道高度C.地面接收設(shè)備的性能D.以上都是3、對于飛行器的可靠性和安全性設(shè)計，以下關(guān)于故障模式和影響分析（FMEA）和故障樹分析（FTA）的方法和作用，錯誤的是（）A.FMEA通過分析系統(tǒng)中每個部件的故障模式及其對系統(tǒng)的影響，確定潛在的故障源和風(fēng)險B.FTA則從系統(tǒng)故障的結(jié)果出發(fā)，通過構(gòu)建故障樹來追溯導(dǎo)致故障的根本原因C.FMEA和FTA是相互獨立的分析方法，在可靠性和安全性設(shè)計中只需要選擇其中一種進行分析D.這兩種方法可以幫助設(shè)計師識別系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，采取相應(yīng)的改進措施提高飛行器的可靠性和安全性4、飛行器的自動駕駛系統(tǒng)正在逐漸發(fā)展和完善。以下關(guān)于自動駕駛系統(tǒng)的描述，不正確的是：（）A.自動駕駛系統(tǒng)可以減輕飛行員的工作負擔(dān)，提高飛行安全性B.自動駕駛系統(tǒng)能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的航線和參數(shù)自動控制飛機的飛行C.自動駕駛系統(tǒng)在任何情況下都能比飛行員做出更準確的決策D.飛行員需要時刻監(jiān)控自動駕駛系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并在必要時接管控制5、對于飛機的飛行性能參數(shù)，以下關(guān)于升阻比和巡航速度的含義和影響因素，錯誤的是（）A.升阻比是飛機升力與阻力的比值，升阻比越大，飛機的飛行效率越高B.巡航速度是飛機在經(jīng)濟狀態(tài)下長時間飛行的速度，受到飛機的氣動外形、發(fā)動機性能和重量等因素的影響C.提高飛機的升阻比可以通過優(yōu)化機翼設(shè)計、減小飛機的阻力等方式實現(xiàn)D.巡航速度是固定不變的，不會隨著飛行條件和飛機重量的變化而改變6、飛行器的燃油系統(tǒng)需要具備可靠和高效的性能。以下關(guān)于飛行器燃油系統(tǒng)的描述，不正確的是：（）A.燃油系統(tǒng)要能夠在不同飛行姿態(tài)下保證燃油的正常供應(yīng)B.燃油系統(tǒng)需要具備過濾和除雜功能，以防止雜質(zhì)進入發(fā)動機C.飛行器的燃油消耗率與飛行速度和高度無關(guān)D.為了提高安全性，燃油系統(tǒng)通常采用冗余設(shè)計7、航天器的通信系統(tǒng)對于與地面站的信息傳輸至關(guān)重要。假設(shè)一個深空探測器需要與地球保持穩(wěn)定的通信。以下關(guān)于通信系統(tǒng)的頻段選擇和天線設(shè)計的描述，哪一項是正確的？（）A.選擇低頻段通信，信號傳播損耗小，無需考慮帶寬B.通信天線的設(shè)計只考慮增益，不考慮方向性和極化特性C.綜合考慮頻段的傳播特性、帶寬需求和天線的性能，選擇合適的方案D.航天器的通信系統(tǒng)不受距離和空間環(huán)境的影響8、在太空探索任務(wù)中，生命支持系統(tǒng)是保障宇航員生存的關(guān)鍵。假設(shè)進行一次長期的載人火星任務(wù)。以下關(guān)于生命支持系統(tǒng)的功能和設(shè)計要求的描述，哪一項是最重要的？（）A.生命支持系統(tǒng)只需提供氧氣，其他物質(zhì)可以忽略B.系統(tǒng)的重量和體積不重要，只要能滿足基本需求C.能夠?qū)崿F(xiàn)水、氧氣和食物的循環(huán)再生，同時有效處理廢物D.生命支持系統(tǒng)不需要考慮可靠性和可維護性，一次性使用即可9、航空航天領(lǐng)域中的導(dǎo)航和制導(dǎo)系統(tǒng)是實現(xiàn)精確飛行和任務(wù)完成的重要保障。以下關(guān)于導(dǎo)航和制導(dǎo)系統(tǒng)的描述，哪一項是錯誤的？（）A.慣性導(dǎo)航系統(tǒng)依靠測量飛行器的加速度和角速度來確定其位置和姿態(tài)，具有自主性強、精度高的優(yōu)點B.衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)如GPS可以為飛行器提供全球范圍內(nèi)的高精度定位信息C.制導(dǎo)系統(tǒng)根據(jù)導(dǎo)航系統(tǒng)提供的信息和任務(wù)要求，計算并控制飛行器的飛行軌跡D.導(dǎo)航和制導(dǎo)系統(tǒng)只適用于飛行器，在衛(wèi)星等航天器上不需要使用10、在飛行器的飛行控制系統(tǒng)中，自動駕駛儀起著重要的作用。假設(shè)一架客機在巡航階段使用自動駕駛儀，突然遇到強烈的氣流顛簸。以下哪種情況最有可能發(fā)生？（）A.自動駕駛儀能夠自動調(diào)整飛機姿態(tài)，保持平穩(wěn)飛行B.自動駕駛儀會自動斷開，飛行員需要手動控制飛機C.自動駕駛儀會出現(xiàn)故障，導(dǎo)致飛機失控D.飛機的飛行速度會急劇下降11、航空材料的性能直接影響飛行器的結(jié)構(gòu)強度和重量。碳纖維復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，以下關(guān)于碳纖維復(fù)合材料的特點，哪一項是錯誤的？（）A.碳纖維復(fù)合材料具有高強度、高模量的特點，比強度和比模量優(yōu)于傳統(tǒng)金屬材料B.碳纖維復(fù)合材料具有良好的抗疲勞性能和耐腐蝕性能，使用壽命長C.碳纖維復(fù)合材料的制造工藝復(fù)雜，成本較高，限制了其大規(guī)模應(yīng)用D.碳纖維復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)與金屬材料相近，便于與金屬部件連接12、衛(wèi)星的姿態(tài)控制對于其正常運行和任務(wù)執(zhí)行至關(guān)重要。以下關(guān)于衛(wèi)星姿態(tài)控制的方式，哪一項描述不準確？（）A.自旋穩(wěn)定，利用衛(wèi)星自身的旋轉(zhuǎn)保持姿態(tài)B.重力梯度穩(wěn)定，利用地球引力梯度來穩(wěn)定姿態(tài)C.三軸穩(wěn)定，通過多個姿態(tài)控制執(zhí)行機構(gòu)精確控制姿態(tài)D.衛(wèi)星的姿態(tài)控制一旦設(shè)定好，就不需要再進行調(diào)整13、在航空電子系統(tǒng)中，通信系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用。衛(wèi)星通信、甚高頻通信和高頻通信等是常見的通信方式。衛(wèi)星通信具有覆蓋范圍廣、通信質(zhì)量高的優(yōu)點，但也存在成本高、延遲大等問題。在遠程飛行中，如果需要實時傳輸大量數(shù)據(jù)，以下哪種通信方式最為合適？（）A.衛(wèi)星通信B.甚高頻通信C.高頻通信D.以上三種方式結(jié)合使用14、在航空發(fā)動機的壓氣機設(shè)計中，需要提高壓氣機的效率和穩(wěn)定性。假設(shè)正在優(yōu)化一款壓氣機的設(shè)計。以下關(guān)于壓氣機設(shè)計參數(shù)和改進措施的描述，哪一項是正確的？（）A.增加壓氣機的級數(shù)可以無限提高壓比，不需要考慮其他因素B.減小葉片的弦長可以提高壓氣機效率，但會降低其穩(wěn)定性C.采用先進的葉型設(shè)計可以同時提高壓氣機的效率和穩(wěn)定性D.壓氣機的進口氣流速度對其性能沒有影響，不需要進行控制15、衛(wèi)星的軌道類型多種多樣，包括地球同步軌道、太陽同步軌道和極地軌道等。地球同步軌道衛(wèi)星的軌道高度約為36000千米，其繞地球運行的周期與地球自轉(zhuǎn)周期相同。太陽同步軌道衛(wèi)星的特點是：（）A.軌道平面與太陽始終保持固定的夾角B.軌道高度固定不變C.軌道周期固定不變D.軌道形狀為圓形16、在航天器的返回過程中，需要經(jīng)歷高溫、高壓等極端環(huán)境。假設(shè)一個返回式衛(wèi)星在再入大氣層時，表面溫度急劇升高。為了保護衛(wèi)星內(nèi)部的設(shè)備和人員安全，以下哪種熱防護措施最關(guān)鍵？（）A.燒蝕防熱B.輻射防熱C.隔熱瓦D.熱沉式防熱17、航空航天中的飛行力學(xué)研究飛行器的運動規(guī)律和受力情況。假設(shè)一架戰(zhàn)斗機在進行高速俯沖時，受到的氣動力和重力作用發(fā)生變化。此時，以下哪種力對飛機的姿態(tài)和運動影響最大？（）A.升力B.阻力C.重力D.側(cè)向力18、航空航天中的數(shù)值模擬技術(shù)在設(shè)計和分析中發(fā)揮著重要作用。假設(shè)在對一種新型飛行器的外流場進行數(shù)值模擬時，發(fā)現(xiàn)計算結(jié)果與風(fēng)洞試驗存在較大偏差。以下哪種原因最有可能導(dǎo)致這種偏差？（）A.網(wǎng)格劃分不夠精細B.物理模型不準確C.邊界條件設(shè)置錯誤D.以上都有可能19、在航空航天工程中，飛行器的結(jié)構(gòu)強度分析是確保其安全性和可靠性的重要環(huán)節(jié)。結(jié)構(gòu)需要承受飛行中的各種載荷，包括靜載荷和動載荷。例如，飛機在飛行中會受到氣流顛簸產(chǎn)生的動載荷。那么，以下哪種分析方法常用于飛行器結(jié)構(gòu)強度的評估？（）A.有限元分析B.理論計算C.實驗測試D.以上都是20、飛行器的氣動外形優(yōu)化是提高性能的重要途徑。以下關(guān)于氣動外形優(yōu)化的方法，不正確的是：（）A.通過風(fēng)洞試驗獲取數(shù)據(jù)，改進外形設(shè)計B.利用數(shù)值模擬計算分析氣流特性C.只關(guān)注飛行器的升力特性，忽略阻力特性D.綜合考慮多種飛行條件和任務(wù)需求21、航空航天中的通信系統(tǒng)面臨著諸多挑戰(zhàn)。以下關(guān)于通信系統(tǒng)的描述，不正確的是：（）A.衛(wèi)星通信可以實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的實時通信，但存在信號延遲B.微波通信具有較高的帶寬，但傳輸距離有限C.激光通信具有高速率和保密性好的優(yōu)點，但容易受到大氣干擾D.航空航天通信系統(tǒng)只需要考慮數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，不需要考慮可靠性22、航天器在太空中運行時，面臨著復(fù)雜的空間環(huán)境。例如，太陽風(fēng)會帶來高能粒子，可能對航天器的電子設(shè)備和材料造成損害。此外，微流星體和空間碎片也可能撞擊航天器。為了保護航天器免受這些威脅，通常會采取多種防護措施。以下哪種材料不適合用于航天器的防護層？（）A.鈦合金B(yǎng).凱夫拉纖維C.陶瓷D.鋁合金23、航空航天工程中的飛行器設(shè)計過程是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程。以下關(guān)于飛行器設(shè)計流程，哪一項是不正確的？（）A.飛行器設(shè)計通常從任務(wù)需求分析開始，確定飛行器的性能指標和功能要求B.概念設(shè)計階段需要提出多種設(shè)計方案，并進行初步的性能評估和篩選C.詳細設(shè)計階段包括結(jié)構(gòu)設(shè)計、系統(tǒng)集成、性能分析等工作，需要生成詳細的設(shè)計圖紙和技術(shù)文件D.飛行器設(shè)計完成后，不需要進行后續(xù)的優(yōu)化和改進，可以直接投入生產(chǎn)和使用24、航空航天工程中的可靠性和安全性設(shè)計是至關(guān)重要的，任何一個小的故障都可能導(dǎo)致嚴重的后果。通過采用冗余設(shè)計、故障診斷和容錯技術(shù)等可以提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。那么，以下哪種冗余設(shè)計方式在飛行控制系統(tǒng)中最常用？（）A.硬件冗余B.軟件冗余C.信息冗余D.時間冗余25、在飛機的結(jié)構(gòu)強度分析中，需要考慮多種載荷和工況。以下關(guān)于結(jié)構(gòu)強度分析的方法，哪一項是不正確的？（）A.可以采用有限元分析方法對飛機結(jié)構(gòu)進行建模和計算B.靜力試驗可以驗證飛機結(jié)構(gòu)在靜載荷下的強度和變形C.疲勞試驗用于評估飛機結(jié)構(gòu)在重復(fù)載荷下的壽命D.結(jié)構(gòu)強度分析只需要考慮正常飛行情況下的載荷，不需要考慮意外事故和極端情況二、簡答題（本大題共4個小題，共20分)1、（本題5分）闡述衛(wèi)星通信中的多址接入技術(shù)（如頻分多址、時分多址等）的原理和特點，分析其在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。2、（本題5分）論述可靠性試驗的分類和目的，包括環(huán)境試驗、壽命試驗和加速壽命試驗等。分析如何制定可靠性試驗方案和評估試驗結(jié)果，以及如何將試驗數(shù)據(jù)應(yīng)用于產(chǎn)品改進和質(zhì)量控制。3、（本題5分）論述航空航天領(lǐng)域中的飛行器風(fēng)洞試驗的目的和方法，解釋如何通過風(fēng)洞試驗獲取飛行器的氣動特性數(shù)據(jù)。4、（本題5分）一架無人機在執(zhí)行偵察任務(wù)時，突然失去與地面控制站的通信連接，自主返航功能也失效。經(jīng)過搜尋，最終在偏遠地區(qū)找到墜毀的無人機。請?zhí)接懲ㄐ胖袛嗪妥灾鞣岛绞У目赡茉?，分析此次事故對偵察任?wù)的影響，并提出提高無人機通信穩(wěn)定性和自主飛行可靠性的方案。三、案例分析題（本大題共5個小題，共25分)1、（本題5分）一架貨機在起飛爬升階段，遭遇強風(fēng)切變，飛機高度急劇下降。請分析強風(fēng)切變對飛機飛行性能的影響，評價機組的應(yīng)對操作和飛機的抗風(fēng)切變能力，探討如何提高飛機在風(fēng)切變環(huán)境下的飛行安全性和預(yù)警系統(tǒng)的有效性。2、（本題5分）一家航空公司新引進的客機在飛行中，客艙內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)制冷效果不佳。請?zhí)接懣赡軐?dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)故障的原因，如制冷劑泄漏、壓縮機故障等，分析對乘客舒適度的影響，并提出維修和改進空調(diào)系統(tǒng)的方案。3、（本題5分）一顆通信衛(wèi)星在軌道運行一段時間后，出現(xiàn)了信號傳輸質(zhì)量下降的問題。經(jīng)過地面監(jiān)測和分析，發(fā)現(xiàn)可能是衛(wèi)星的天線指向偏差、電子設(shè)備老化或者能源供應(yīng)不足等原因。請深入探討這些可能的原因，提出相應(yīng)的檢測和修復(fù)方案，并思考如何避免類似問題在未來的衛(wèi)星中出現(xiàn)。4、（本題5分）一家航空公司的客機在航線飛行中，遭遇雷電天氣，飛機的電子設(shè)備受到一定干擾。請研究雷電對飛機電子系統(tǒng)的可能干擾途徑，如直接電擊、感應(yīng)電流等，評估對飛行安全的威脅，并提出飛機雷電防護和應(yīng)急處置措施。5、（本題5分）某型航空發(fā)動機在進行耐久性測試時，發(fā)現(xiàn)渦輪葉片出現(xiàn)了裂紋。請分析可能導(dǎo)致渦輪葉片裂紋的原因，如材料疲勞、熱應(yīng)力、氣流沖擊等，提出相應(yīng)的改進措施，包括材料選擇、制造工藝優(yōu)化和冷卻設(shè)計等，以提高渦輪葉片的可靠性和壽命。四、論述題（本大題共3個小題，共30分)1、（本題10分）深入研究飛機結(jié)構(gòu)的有限元分析方法和應(yīng)用，分析如何建立飛機結(jié)構(gòu)的有限元模型，考慮材料特性、邊界條件和載荷情況。探討有限元分析在結(jié)構(gòu)強度評估、優(yōu)化設(shè)計和故障預(yù)測中的作用