南开大学滨海学院《航天器结构与机构技术》2023-2024学年第二学期期末试卷

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《航天器结构与机构技术》2023-2024学年第二学期期末试卷题号一二三四总分得分一、单选题（本大题共25个小题，每小题1分，共25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，关于太阳能电池阵和蓄电池的组合使用，以下说法正确的是：（）A.太阳能电池阵在有光照时为航天器供电，并为蓄电池充电；在阴影区或光照不足时，蓄电池为航天器供电，两者相互配合，确保航天器的电力供应稳定可靠B.太阳能电池阵和蓄电池各自独立工作，互不影响，根据任务需求选择使用C.蓄电池是航天器的主要电源，太阳能电池阵仅作为辅助电源D.太阳能电池阵效率高，可靠性好，完全可以替代蓄电池为航天器提供持续稳定的电力2、卫星导航系统由多颗卫星组成星座，为用户提供定位、导航和授时服务。全球卫星导航系统有GPS、北斗等。那么，卫星导航系统的定位精度主要取决于？（）A.卫星的数量B.卫星的轨道高度C.地面接收设备的性能D.以上都是3、对于飞行器的可靠性和安全性设计，以下关于故障模式和影响分析（FMEA）和故障树分析（FTA）的方法和作用，错误的是（）A.FMEA通过分析系统中每个部件的故障模式及其对系统的影响，确定潜在的故障源和风险B.FTA则从系统故障的结果出发，通过构建故障树来追溯导致故障的根本原因C.FMEA和FTA是相互独立的分析方法，在可靠性和安全性设计中只需要选择其中一种进行分析D.这两种方法可以帮助设计师识别系统中的薄弱环节，采取相应的改进措施提高飞行器的可靠性和安全性4、飞行器的自动驾驶系统正在逐渐发展和完善。以下关于自动驾驶系统的描述，不正确的是：（）A.自动驾驶系统可以减轻飞行员的工作负担，提高飞行安全性B.自动驾驶系统能够根据预设的航线和参数自动控制飞机的飞行C.自动驾驶系统在任何情况下都能比飞行员做出更准确的决策D.飞行员需要时刻监控自动驾驶系统的工作状态，并在必要时接管控制5、对于飞机的飞行性能参数，以下关于升阻比和巡航速度的含义和影响因素，错误的是（）A.升阻比是飞机升力与阻力的比值，升阻比越大，飞机的飞行效率越高B.巡航速度是飞机在经济状态下长时间飞行的速度，受到飞机的气动外形、发动机性能和重量等因素的影响C.提高飞机的升阻比可以通过优化机翼设计、减小飞机的阻力等方式实现D.巡航速度是固定不变的，不会随着飞行条件和飞机重量的变化而改变6、飞行器的燃油系统需要具备可靠和高效的性能。以下关于飞行器燃油系统的描述，不正确的是：（）A.燃油系统要能够在不同飞行姿态下保证燃油的正常供应B.燃油系统需要具备过滤和除杂功能，以防止杂质进入发动机C.飞行器的燃油消耗率与飞行速度和高度无关D.为了提高安全性，燃油系统通常采用冗余设计7、航天器的通信系统对于与地面站的信息传输至关重要。假设一个深空探测器需要与地球保持稳定的通信。以下关于通信系统的频段选择和天线设计的描述，哪一项是正确的？（）A.选择低频段通信，信号传播损耗小，无需考虑带宽B.通信天线的设计只考虑增益，不考虑方向性和极化特性C.综合考虑频段的传播特性、带宽需求和天线的性能，选择合适的方案D.航天器的通信系统不受距离和空间环境的影响8、在太空探索任务中，生命支持系统是保障宇航员生存的关键。假设进行一次长期的载人火星任务。以下关于生命支持系统的功能和设计要求的描述，哪一项是最重要的？（）A.生命支持系统只需提供氧气，其他物质可以忽略B.系统的重量和体积不重要，只要能满足基本需求C.能够实现水、氧气和食物的循环再生，同时有效处理废物D.生命支持系统不需要考虑可靠性和可维护性，一次性使用即可9、航空航天领域中的导航和制导系统是实现精确飞行和任务完成的重要保障。以下关于导航和制导系统的描述，哪一项是错误的？（）A.惯性导航系统依靠测量飞行器的加速度和角速度来确定其位置和姿态，具有自主性强、精度高的优点B.卫星导航系统如GPS可以为飞行器提供全球范围内的高精度定位信息C.制导系统根据导航系统提供的信息和任务要求，计算并控制飞行器的飞行轨迹D.导航和制导系统只适用于飞行器，在卫星等航天器上不需要使用10、在飞行器的飞行控制系统中，自动驾驶仪起着重要的作用。假设一架客机在巡航阶段使用自动驾驶仪，突然遇到强烈的气流颠簸。以下哪种情况最有可能发生？（）A.自动驾驶仪能够自动调整飞机姿态，保持平稳飞行B.自动驾驶仪会自动断开，飞行员需要手动控制飞机C.自动驾驶仪会出现故障，导致飞机失控D.飞机的飞行速度会急剧下降11、航空材料的性能直接影响飞行器的结构强度和重量。碳纤维复合材料在航空航天领域得到了广泛应用，以下关于碳纤维复合材料的特点，哪一项是错误的？（）A.碳纤维复合材料具有高强度、高模量的特点，比强度和比模量优于传统金属材料B.碳纤维复合材料具有良好的抗疲劳性能和耐腐蚀性能，使用寿命长C.碳纤维复合材料的制造工艺复杂，成本较高，限制了其大规模应用D.碳纤维复合材料的热膨胀系数与金属材料相近，便于与金属部件连接12、卫星的姿态控制对于其正常运行和任务执行至关重要。以下关于卫星姿态控制的方式，哪一项描述不准确？（）A.自旋稳定，利用卫星自身的旋转保持姿态B.重力梯度稳定，利用地球引力梯度来稳定姿态C.三轴稳定，通过多个姿态控制执行机构精确控制姿态D.卫星的姿态控制一旦设定好，就不需要再进行调整13、在航空电子系统中，通信系统起着至关重要的作用。卫星通信、甚高频通信和高频通信等是常见的通信方式。卫星通信具有覆盖范围广、通信质量高的优点，但也存在成本高、延迟大等问题。在远程飞行中，如果需要实时传输大量数据，以下哪种通信方式最为合适？（）A.卫星通信B.甚高频通信C.高频通信D.以上三种方式结合使用14、在航空发动机的压气机设计中，需要提高压气机的效率和稳定性。假设正在优化一款压气机的设计。以下关于压气机设计参数和改进措施的描述，哪一项是正确的？（）A.增加压气机的级数可以无限提高压比，不需要考虑其他因素B.减小叶片的弦长可以提高压气机效率，但会降低其稳定性C.采用先进的叶型设计可以同时提高压气机的效率和稳定性D.压气机的进口气流速度对其性能没有影响，不需要进行控制15、卫星的轨道类型多种多样，包括地球同步轨道、太阳同步轨道和极地轨道等。地球同步轨道卫星的轨道高度约为36000千米，其绕地球运行的周期与地球自转周期相同。太阳同步轨道卫星的特点是：（）A.轨道平面与太阳始终保持固定的夹角B.轨道高度固定不变C.轨道周期固定不变D.轨道形状为圆形16、在航天器的返回过程中，需要经历高温、高压等极端环境。假设一个返回式卫星在再入大气层时，表面温度急剧升高。为了保护卫星内部的设备和人员安全，以下哪种热防护措施最关键？（）A.烧蚀防热B.辐射防热C.隔热瓦D.热沉式防热17、航空航天中的飞行力学研究飞行器的运动规律和受力情况。假设一架战斗机在进行高速俯冲时，受到的气动力和重力作用发生变化。此时，以下哪种力对飞机的姿态和运动影响最大？（）A.升力B.阻力C.重力D.侧向力18、航空航天中的数值模拟技术在设计和分析中发挥着重要作用。假设在对一种新型飞行器的外流场进行数值模拟时，发现计算结果与风洞试验存在较大偏差。以下哪种原因最有可能导致这种偏差？（）A.网格划分不够精细B.物理模型不准确C.边界条件设置错误D.以上都有可能19、在航空航天工程中，飞行器的结构强度分析是确保其安全性和可靠性的重要环节。结构需要承受飞行中的各种载荷，包括静载荷和动载荷。例如，飞机在飞行中会受到气流颠簸产生的动载荷。那么，以下哪种分析方法常用于飞行器结构强度的评估？（）A.有限元分析B.理论计算C.实验测试D.以上都是20、飞行器的气动外形优化是提高性能的重要途径。以下关于气动外形优化的方法，不正确的是：（）A.通过风洞试验获取数据，改进外形设计B.利用数值模拟计算分析气流特性C.只关注飞行器的升力特性，忽略阻力特性D.综合考虑多种飞行条件和任务需求21、航空航天中的通信系统面临着诸多挑战。以下关于通信系统的描述，不正确的是：（）A.卫星通信可以实现全球范围内的实时通信，但存在信号延迟B.微波通信具有较高的带宽，但传输距离有限C.激光通信具有高速率和保密性好的优点，但容易受到大气干扰D.航空航天通信系统只需要考虑数据传输的速度，不需要考虑可靠性22、航天器在太空中运行时，面临着复杂的空间环境。例如，太阳风会带来高能粒子，可能对航天器的电子设备和材料造成损害。此外，微流星体和空间碎片也可能撞击航天器。为了保护航天器免受这些威胁，通常会采取多种防护措施。以下哪种材料不适合用于航天器的防护层？（）A.钛合金B.凯夫拉纤维C.陶瓷D.铝合金23、航空航天工程中的飞行器设计过程是一个复杂的系统工程。以下关于飞行器设计流程，哪一项是不正确的？（）A.飞行器设计通常从任务需求分析开始，确定飞行器的性能指标和功能要求B.概念设计阶段需要提出多种设计方案，并进行初步的性能评估和筛选C.详细设计阶段包括结构设计、系统集成、性能分析等工作，需要生成详细的设计图纸和技术文件D.飞行器设计完成后，不需要进行后续的优化和改进，可以直接投入生产和使用24、航空航天工程中的可靠性和安全性设计是至关重要的，任何一个小的故障都可能导致严重的后果。通过采用冗余设计、故障诊断和容错技术等可以提高系统的可靠性和安全性。那么，以下哪种冗余设计方式在飞行控制系统中最常用？（）A.硬件冗余B.软件冗余C.信息冗余D.时间冗余25、在飞机的结构强度分析中，需要考虑多种载荷和工况。以下关于结构强度分析的方法，哪一项是不正确的？（）A.可以采用有限元分析方法对飞机结构进行建模和计算B.静力试验可以验证飞机结构在静载荷下的强度和变形C.疲劳试验用于评估飞机结构在重复载荷下的寿命D.结构强度分析只需要考虑正常飞行情况下的载荷，不需要考虑意外事故和极端情况二、简答题（本大题共4个小题，共20分)1、（本题5分）阐述卫星通信中的多址接入技术（如频分多址、时分多址等）的原理和特点，分析其在卫星通信系统中的应用。2、（本题5分）论述可靠性试验的分类和目的，包括环境试验、寿命试验和加速寿命试验等。分析如何制定可靠性试验方案和评估试验结果，以及如何将试验数据应用于产品改进和质量控制。3、（本题5分）论述航空航天领域中的飞行器风洞试验的目的和方法，解释如何通过风洞试验获取飞行器的气动特性数据。4、（本题5分）一架无人机在执行侦察任务时，突然失去与地面控制站的通信连接，自主返航功能也失效。经过搜寻，最终在偏远地区找到坠毁的无人机。请探讨通信中断和自主返航失效的可能原因，分析此次事故对侦察任务的影响，并提出提高无人机通信稳定性和自主飞行可靠性的方案。三、案例分析题（本大题共5个小题，共25分)1、（本题5分）一架货机在起飞爬升阶段，遭遇强风切变，飞机高度急剧下降。请分析强风切变对飞机飞行性能的影响，评价机组的应对操作和飞机的抗风切变能力，探讨如何提高飞机在风切变环境下的飞行安全性和预警系统的有效性。2、（本题5分）一家航空公司新引进的客机在飞行中，客舱内空调系统制冷效果不佳。请探讨可能导致空调系统故障的原因，如制冷剂泄漏、压缩机故障等，分析对乘客舒适度的影响，并提出维修和改进空调系统的方案。3、（本题5分）一颗通信卫星在轨道运行一段时间后，出现了信号传输质量下降的问题。经过地面监测和分析，发现可能是卫星的天线指向偏差、电子设备老化或者能源供应不足等原因。请深入探讨这些可能的原因，提出相应的检测和修复方案，并思考如何避免类似问题在未来的卫星中出现。4、（本题5分）一家航空公司的客机在航线飞行中，遭遇雷电天气，飞机的电子设备受到一定干扰。请研究雷电对飞机电子系统的可能干扰途径，如直接电击、感应电流等，评估对飞行安全的威胁，并提出飞机雷电防护和应急处置措施。5、（本题5分）某型航空发动机在进行耐久性测试时，发现涡轮叶片出现了裂纹。请分析可能导致涡轮叶片裂纹的原因，如材料疲劳、热应力、气流冲击等，提出相应的改进措施，包括材料选择、制造工艺优化和冷却设计等，以提高涡轮叶片的可靠性和寿命。四、论述题（本大题共3个小题，共30分)1、（本题10分）深入研究飞机结构的有限元分析方法和应用，分析如何建立飞机结构的有限元模型，考虑材料特性、边界条件和载荷情况。探讨有限元分析在结构强度评估、优化设计和故障预测中的作用