2025年大学航空航天工程（无人机研发）试题及答案

2025年大学航空航天工程（无人机研发）试题及答案

（考试时间：90分钟满分100分）班级______姓名______第I卷（选择题共30分）答题要求：本卷共6小题，每小题5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.无人机飞行原理中，关于升力的产生，以下正确的是A.依靠发动机直接产生升力B.通过机翼上下表面气流速度差产生压力差形成升力C.由机身形状决定升力大小D.靠螺旋桨的拉力转化为升力答案：B2.无人机的飞控系统主要功能不包括A.姿态稳定与控制B.航线规划C.发动机动力调节D.飞行数据记录答案：C3.以下哪种材料常用于无人机机身制造，具有重量轻、强度高的特点A.铝合金B.钢铁C.木材D.陶瓷答案：A4.无人机的动力系统中，哪种电机效率较高且适用于多旋翼无人机A.直流有刷电机B.直流无刷电机C.步进电机D.交流异步电机答案：B5.关于无人机的通信链路，以下说法错误的是A.常见的有无线射频通信B.通信距离不受环境影响C.可采用卫星通信增强覆盖D.数据传输速率会影响飞行控制答案：B6.无人机的导航系统不包括以下哪项A.全球定位系统（GPS）B.惯性测量单元（IMU）C.气压高度计D.图像传感器答案：D第II卷（非选择题共70分）（一）简答题（共20分）答题要求：简要回答问题，条理清晰，逻辑连贯。1.简述无人机研发中空气动力学设计的要点。（10分）要点包括合理设计机翼形状，如采用翼型以优化气流流动，提高升力系数；考虑机翼的展弦比，影响机翼效率和稳定性；关注机身外形对气流的影响，减少阻力；研究螺旋桨的空气动力学性能，确保高效产生拉力和推力等。2.说明无人机飞控系统中姿态控制的原理。（10分）飞控系统通过IMU感知无人机的姿态信息，如俯仰、滚转和偏航角度。根据预设的姿态目标，计算偏差，然后通过控制电机转速来调整无人机各旋翼的拉力，改变合力的大小和方向，从而纠正姿态偏差，使无人机保持稳定的飞行姿态。（二）分析题（共20分）答题要求：对给定的问题进行深入分析，阐述观点和理由。1.分析多旋翼无人机与固定翼无人机在飞行性能上的差异及各自适用场景。（10分）多旋翼无人机垂直起降灵活，可悬停，适合近距离、小范围的作业，如航拍、室内物流配送等。但其飞行速度相对较慢，续航能力有限。固定翼无人机飞行速度快，续航长，适合长距离侦察、测绘等任务，但起降需要跑道等条件，灵活性较差。2.分析无人机动力系统中电池技术对无人机性能的影响。（10分）电池能量密度影响无人机续航，能量密度高可使无人机飞行更远时间。电池放电倍率关系到无人机的瞬间动力输出，高放电倍率能让无人机快速响应动作，提升机动性。电池的重量和体积也影响无人机整体的负载能力和飞行效率，较轻较小的电池有利于提高无人机性能。（三）设计题（共15分）答题要求：根据题目要求进行无人机相关的设计阐述。设计一款用于农业植保的无人机，简述其主要设计参数和功能特点。（15分）设计参数：采用四旋翼布局，机身选用轻质高强度复合材料。配备高精度GPS用于定位，飞行高度可在1-5米灵活调整。农药箱容量5升，可满足一定面积农田作业。续航时间2小时左右。功能特点：具备自动航线规划功能，可根据农田形状和面积规划高效作业航线。能精准控制农药喷洒量，通过传感器感知农作物生长情况和地形，调整喷洒参数，确保农药均匀覆盖且不浪费。（四）材料分析题（共10分）答题材料：在无人机研发过程中，某团队遇到了无人机在强风环境下飞行姿态不稳定的问题。经过研究发现，无人机的外形设计导致在强风作用下产生较大的侧向力，影响了飞行姿态。同时，飞控系统对这种复杂气流环境的适应性不足。答题要求：分析该问题产生的原因，并提出改进措施。原因分析：无人机外形设计不合理，未充分考虑强风环境下的气流特性，导致侧向力过大。飞控系统算法和参数设置未针对强风环境优化调整，不能有效处理复杂气流带来的干扰。改进措施：重新设计无人机外形，采用更符合空气动力学原理的形状，减少侧向力产生。对飞控系统进行升级优化，增加对强风环境的自适应算法，提高其在复杂气流下的姿态控制能力。（五）综合应用题（共5分）答题材料：已知一款无人机的最大起飞重量为5千克，搭载了一台功率为1000瓦的电机，电池容量为5000毫安时，电压为25.2伏。在一次飞行测试中，记录了不同飞行阶段的功率消耗情况。假设飞行过程中空气密度为1.225千克/立方米，无人机的升力系数为0.5，机翼面积为0.5平方米。答题要求：根据上述材料，计算该无人机在某一时刻保持悬停时电机的转速（假设电机效率为80%）。首先计算悬停时所需的拉力F，根据重力公式F=mg（m为无人机质量，g取9.8N/kg），最大起飞重量5千克，F=5×9.8=49N。根据升力公式F=C×ρ×V²×S/2（C为升力系数，ρ为空气密度，V为气流速度，S为机翼面积），悬停时气流速度V与电机转速相关，设电机转速为n，电机功率P=F×V/η（η为电机效率），P=1000瓦，η=0.8，F=49N，可得V=P×η/F=1000×0.8/49≈16.33m/s。再由升力公式可得V²=2