航空航天知识竞赛试题及答案

航空航天知识竞赛试题及答案1.单项选择题（每题2分，共20题）1.在地球静止轨道上运行的卫星，其轨道高度约为A.160km B.800km C.20200km D.35786km答案：D解析：地球静止轨道（GEO）的轨道周期与地球自转周期相同，对应的地心距约为42164km，减去地球赤道半径6378km，得轨道高度约35786km。2.液体火箭发动机中，燃气发生器循环与分级燃烧循环的根本区别在于A.推进剂种类 B.涡轮工质是否再次进入主燃烧室 C.喷管面积比 D.冷却方式答案：B解析：燃气发生器循环的涡轮废气直接排出，不再参与主燃烧；分级燃烧循环则将驱动涡轮后的富燃或富氧燃气重新引入主燃烧室，提高比冲。3.国际空间站每90分钟绕地球一圈，其轨道速度最接近A.2.8km/s B.5.4km/s C.7.7km/s D.11.2km/s答案：C解析：近地轨道（LEO）环绕速度由√(GM/R)计算，取R≈6678km，得v≈7.7km/s。4.下列关于“引力弹弓”的描述正确的是A.仅适用于月球探测 B.可增大探测器日心速度 C.会显著改变行星轨道 D.需消耗大量推进剂答案：B解析：探测器借行星引力偏转并交换动量，可在不消耗推进剂情况下获得日心坐标系下的加速或减速。5.飞机在11km高度以Ma=0.85巡航，外界静温−56.5℃，则当地音速约为A.263m/s B.295m/s C.340m/s D.573m/s答案：B解析：音速a=√(γRT)，γ=1.4，R=287J/(kg·K)，T=216.5K，得a≈295m/s。6.卫星热控中，OSR代表A.有机硅反射片 B.光学太阳反射器 C.轨道保持火箭 D.氧化剂稳压阀答案：B解析：OSR（OpticalSolarReflector）为镀银石英镜，低吸收高发射，用于散热。7.火箭垂直起飞段采用“重力转向”的主要目的是A.节省结构质量 B.降低动压峰值 C.提高比冲 D.减少推进剂蒸发答案：B解析：缓慢倾斜可推迟穿越稠密大气层的时间，降低动压q=½ρv²，减轻气动载荷。8.在火星再入过程中，采用“气动捕获”技术可以A.完全取消热防护 B.利用大气阻力减速并入轨 C.增加着陆质量 D.缩短通信延迟答案：B解析：气动捕获通过一次或多次穿越大气，利用阻力将双曲线轨道变为椭圆轨道，无需消耗推进剂。9.北斗三号系统提供的B2b信号频率落在A.L波段 B.S波段 C.C波段 D.X波段答案：A解析：B2b中心频率1207.14MHz，属于L波段（1–2GHz）。10.火箭贮箱采用“共底”结构的主要优势是A.增大容积 B.减少级间段长度 C.降低液氧与液氢之间热传导 D.提高燃烧效率答案：C解析：共底为两层薄壁夹真空或填充隔热材料，可阻断低温液氢与常温液氧之间的热流。11.航天器采用“三轴稳定”对地定向时，通常不需要A.反作用飞轮 B.推力器 C.太阳敏感器 D.旋转平台答案：D解析：三轴稳定靠飞轮与推力器联合控制姿态，无需整体旋转平台。12.在超音速进气道中，设置“斜激波串”是为了A.提高总压恢复 B.降低燃烧室入口马赫数 C.增加进气量 D.防止喘振答案：B解析：多级斜激波将高超声速气流逐步减速至亚声速，减少总压损失并满足燃烧室要求。13.火箭级间分离常用的“爆炸螺栓”属于A.火工装置 B.电动伺服 C.液压锁 D.形状记忆合金答案：A解析：爆炸螺栓内置少量炸药，通电后剪切连接，分离可靠、冲击大。14.卫星电源系统采用“MPPT”技术，其目标是A.最大化太阳电池阵输出功率 B.最小化蓄电池质量 C.稳定母线电压 D.降低线圈损耗答案：A解析：MPPT（MaximumPowerPointTracking）实时调节工作点，使太阳电池阵始终输出最大功率。15.在轨道力学中，“霍曼转移”所需的总速度增量与两轨道半径的关系为A.与半径比的自然对数成正比 B.与√(r₂/r₁)成正比 C.与√(2μ/r₁−μ/r₂)相关 D.与半径平方成正比答案：C解析：霍曼转移两次切向加速，Δv=√(μ/r₁)(√(2r₂/(r₁+r₂))−1)+√(μ/r₂)(1−√(2r₁/(r₁+r₂)))，表达式含√(2μ/r₁−μ/r₂)项。16.飞机机翼采用“超临界翼型”可显著A.降低激波阻力 B.提高失速迎角 C.增大展弦比 D.减小诱导阻力答案：A解析：超临界翼型上表面平坦、后加载，延迟激波形成，降低跨声速波阻。17.深空探测中，“X波段”测控相比“S波段”具有A.更强的雨衰 B.更低的天线增益 C.更高的自由空间损耗 D.更窄的波束宽度答案：D解析：频率越高，同样口径波束越窄，增益越高，利于远距离高码率通信。18.火箭推进剂“UDMH”化学式为A.(CH₃)₂NNH₂ B.N₂H₄ C.CH₃NHNH₂ D.C₂H₈N₂答案：A解析：偏二甲肼UDMH，(CH₃)₂NNH₂，常温液态，与四氧化二氮可自燃。19.卫星激光通信终端采用“相干探测”相比“直接探测”优势在于A.对背景光更不敏感 B.可抑制太阳风暴 C.灵敏度接近量子极限 D.无需捕获对准答案：C解析：相干探测保留相位信息，理论灵敏度达散粒噪声极限，比直接探测高20dB以上。20.在返回式航天器再入走廊设计中，“下边界”由下列哪项决定A.最大制动过载 B.热流密度峰值 C.最小开伞高度 D.通信黑区长度答案：B解析：下边界对应再入角过大，驻点热流q∝ρ^0.5v³超限，防热系统无法承受。2.多项选择题（每题3分，共10题，每题至少两个正确答案，多选少选均不得分）21.关于“电推进”下列说法正确的有A.比冲可达3000s以上 B.推力密度通常低于化学推进 C.需要额外电源 D.无法用于地球静止轨道卫星南北保持 E.羽流对太阳电池阵有污染风险答案：ABCE解析：电推进高比冲、低推力，需大功率电源，羽流中的带电粒子可沉积在电池表面；GEO南北保持正是其典型应用之一，故D错误。22.造成“卡门涡街”现象的必要条件包括A.钝体绕流 B.雷诺数大于临界值 C.超声速来流 D.存在逆压梯度 E.流体不可压答案：AB解析：卡门涡街是雷诺数在47<Re<10⁵范围内钝体后周期性脱落涡，与压缩性无必然联系。23.下列属于“全球导航卫星系统”的有A.GPS B.Galileo C.GLONASS D.IRNSS（NavIC） E.GOCE答案：ABCD解析：GOCE为重力场探测卫星，非导航星座。24.火箭发射窗口受哪些因素限制A.轨道面光照条件 B.地面站测控弧段 C.上面级电池寿命 D.落区安全 E.太阳活动周期答案：ABCD解析：太阳活动周期对近地任务影响有限，不构成窗口主因。25.关于“碳纤维复合材料”在航天器上的应用，正确的有A.比模量高于铝合金 B.可设计各向异性 C.耐空间辐射极佳 D.与液氧长期接触需防燃处理 E.热膨胀系数为负答案：ABD解析：碳纤维树脂基复合材料空间辐射下易降解；热膨胀系数沿纤维方向接近零，但非负；C、E错误。26.飞机增升装置包括A.前缘缝翼 B.襟翼 C.扰流板 D.边界层吹气 E.翼梢小翼答案：ABD解析：扰流板用于减速卸升；翼梢小翼降低诱导阻力，非增升。27.卫星姿态敏感器有A.星敏感器 B.磁强计 C.陀螺仪 D.红外地球敏感器 E.微波辐射计答案：ABCD解析：微波辐射计用于遥感，非姿态测量。28.火箭飞行中“POGO振动”的抑制措施包括A.蓄压器 B.改变推进剂温度 C.增加结构阻尼 D.降低燃烧室压力 E.采用隔振支承答案：ACE解析：POGO由结构与推进系统耦合共振引起，蓄压器调频、阻尼器耗能、隔振支承降耦合；B、D效果有限。29.关于“火星大气”描述正确的有A.主要成分为CO₂ B.表面平均气压约600Pa C.密度为地球1% D.存在沙尘暴 E.可支持降落伞减速答案：ABCDE解析：火星大气稀薄但仍可利用降落伞辅助减速，需大尺寸伞。30.下列属于“可重复使用运载器”关键技术A.垂直起降制导 B.热防护系统可维护 C.多次启动发动机 D.轻质复合材料贮箱 E.固体火箭分段装药答案：ABCD解析：分段装药为一次性固体火箭技术，与复用无关。3.判断题（每题1分，共10题，正确写“T”，错误写“F”）31.火箭喷管面积比越大，海平面比冲一定越高。答案：F解析：面积比过大导致海平面过膨胀，分离流损失，反而降低比冲。32.地球同步转移轨道（GTO）的远地点高度约为35786km。答案：T解析：GTO远地点与GEO高度一致，近地点约200km。33.飞机在等表速爬升时，真速随高度增加而减小。答案：T解析：表速固定，密度下降，真速TAS=IAS/√σ，σ<1，故TAS增大，题干表述“减小”为错误，应判F。修正答案：F解析：真速随高度增加而增大，题干说“减小”故错误。34.卫星太阳电池阵的“温度系数”为负，意味着温度升高输出功率下降。答案：T解析：硅与砷化镓电池开路电压随温度升高而降低，功率下降。35.液体火箭的“密度比冲”等于比冲乘以推进剂混合密度。答案：T解析：密度比冲Isp·ρ，衡量容积效率，单位m/s·kg/m³=kg/(m²·s)。36.采用锂铝合金可使卫星结构比强度提高30%以上。答案：T解析：锂铝8090比强度约220kN·m/kg，优于传统铝锂合金。37.火箭发射时听到的“隆隆”低频声主要来源于超音速喷流激波噪声。答案：T解析：喷流马赫盘振荡产生低频声压，远场可听。38.在真空环境下，两航天器对接时撞击力完全消失。答案：F解析：无气动阻尼，但惯性仍在，撞击力由质量与相对速度决定。39.航天器“被动热控”不需要任何功耗。答案：T解析：依赖涂层、热管、隔热层，无主动加热器或泵。40.高超声速飞行器采用“乘波体”布局可利用激波产生升力。答案：T解析：乘波体将激波固定在前缘，高压区在下方，升阻比高。4.填空题（每空2分，共20空）41.地球第一宇宙速度为________km/s，第二宇宙速度为________km/s。答案：7.9；11.242.液体火箭发动机中，衡量燃烧效率的指标通常用________效率，定义为实际特征速度与理论值之比。答案：燃烧43.飞机机翼展弦比AR=________，其中b为翼展，S为机翼面积。答案：b²/S44.卫星轨道六要素中，描述轨道平面与地球赤道面夹角的要素称为________。答案：轨道倾角45.火箭推进剂“液氧”的沸点为________℃（1atm）。答案：−18346.在返回式航天器再入中，最大制动过载常用________单位表示，即地球重力加速度的倍数。答案：g47.全球卫星导航系统中的“电离层延迟”与信号频率的平方成________比。答案：反48.电推进中，霍尔推力器利用________场约束电子，电离并加速推进剂。答案：磁49.飞机高升力系统“克鲁格襟翼”安装在机翼________缘。答案：前50.航天器热控涂层“太阳吸收比”定义为吸收的太阳辐射通量与________太阳辐射通量之比。答案：入射51.火箭贮箱“共底”夹层常填充________材料，以降低传热。答案：泡沫/气凝胶（任填一种）52.卫星激光通信中，捕获、跟踪、________合称ATP系统。答案：对准53.高超声速边界层转捩由________数决定，其值越高越易转捩。答案：雷诺54.在轨道摄动中，地球扁率造成的节点进动率与轨道半长轴的________次方成反比。答案：3.555.火箭喷管“过膨胀”时，出口压力________外界静压，产生流动分离。答案：小于56.国际空间站舱外航天服“EMU”最大工作压力为________psi。答案：4.357.飞机涡扇发动机“涵道比”定义为________空气质量流量与核心空气质量流量之比。答案：外涵/旁通58.卫星三轴姿态控制中，飞轮“饱和”后需使用________进行角动量卸载。答案：推力器/磁矩器（任填一种）59.火星车“毅力号”使用的核电源为________同位素热电发生器。答案：钚-23860.火箭垂直回收制导律中，最优燃料消耗问题通常用________算法求解。答案：凸优化/庞特里亚金最小值原理（任填一种）5.简答题（每题8分，共5题）61.简述火箭“级间热分离”与“冷分离”的区别及各自优缺点。答案：热分离指上面级发动机在两级仍机械连接时点火，利用推力加速分离，无需分离火箭，结构简单、冲击小，但需上面级喷管穿过级间段，设计复杂，且存在燃气回流风险。冷分离先由分离火箭或弹簧将两级推开，上面级后点火，避免燃气干扰，级间段可敞开，适应性强，但需额外分离火箭，增加质量与成本，且分离冲击较大。62.说明卫星太阳电池阵“光照角”变化对功率输出的影响，并给出功率随光照角θ变化的近似公式。答案：光照角θ为太阳光线与电池阵法线夹角，功率P=Pmax·cosθ·η(θ)，其中η(θ)考虑余弦损失、镜面反射及温度升高导致的效率下降。θ增大，cosθ减小，反射损失增加，电池温度升高，η进一步下降，故功率近似按cosθ规律衰减，θ=90°时功率趋近于零。63.阐述高超声速飞行器“双锥乘波体”设计如何兼顾升阻比与容积效率。答案：双锥乘波体前体采用两级压缩锥，第一锥产生斜激波，第二锥调整激波角，使高压区集中在下表面，提高升力；后体向内收缩，增大有效容积，容纳燃料与载荷。通过优化锥角、长度与上表面倾角，可在保持乘波高升阻比的同时降低浸湿面积，减少摩擦阻力，实现升阻比>4、容积效率>0.7。64.说明“星间链路”对北斗全球系统服务性能提升的具体机制。答案：星间链路采用Ka波段相控阵天线，实现卫星之间双向测距与通信，无需全球地面站即可自主定轨，将轨道确定精度从米级提高到分米级；同时支持电文广播，减少地面注入频次，提高系统抗毁性；通过星间链路同步钟差，全球钟差预报精度优于2ns，URE改善30%，直接提升用户定位精度至1m以内。65.分析火箭回收“格栅舵”在超音速阶段的气动热防护难点及解决途径。答案：格栅舵位于箭体尾部，再入马赫数可达6，驻点温度>1000°C，难点：1.薄壁结构热容小，瞬态热流高；2.焊缝多，热应力集中；3.需保持气动外形。解决途径：选用镍基高温合金薄壁蜂窝夹层，表面喷涂氧化锆热障涂层；内部设计冷却通道，利用燃料再生冷却；边缘采用主动热管将热量导入液氧贮箱；通过有限元瞬态热分析优化舵轴隔热套，使结构温度<500°C，确保舵机工作。6.计算题（共3题，共30分）66.（8分）一枚两级火箭，起飞质量500t，一级比冲300s，二级比冲450s，一级结构比0.08，二级结构比0.10，载荷3t。忽略重力与气动损失，求理想速度增量（采用齐奥尔科夫斯基公式串联）。答案：一级推进剂质量mp1=500t×(1−0.08)=460t，一级末质量mf1=500−460+二级及载荷=40+200+3=243t，Δv1=300×9.81×ln(500/243)=300×9.81×0.722=2124m/s。二级：mp2=200×(1−0.10)=180t，mf2=20+3=23t，Δv2=450×9.81×ln(200/23)=450×9.81×2.163=9550m/s。总Δv=2124+9550=11674m/s≈11.67km/s。67.（10分）某卫星在高度600km圆轨道运行，采用电推进器，比冲4000s，推力220mN，初始质量2500kg，任务需求将轨道提升至800km圆轨道，计算所需推进剂质量（假设瞬时脉冲，忽略地球扁率与日月摄动）。答案：轨道速