2026年航空航天工程师专业知识竞赛题含航空材料应用

2026年航空航天工程师专业知识竞赛题含航空材料应用一、单选题（共10题，每题2分，合计20分）考察方向：航空材料基础性能与选用1.某型号战斗机起落架减震支柱采用高强度钢，其主要失效模式为疲劳断裂。为提高其疲劳寿命，应优先选用以下哪种表面处理工艺？A.氮化处理B.渗碳处理C.滚压强化D.淬火处理2.某航空发动机涡轮盘在工作过程中承受高温（1200°C）和应力，常用材料为镍基单晶高温合金。其优异性能主要得益于以下哪种强化机制？A.晶界强化B.固溶强化C.位错强化D.细晶强化3.某商用飞机结构件采用铝合金Al-2.5Cu，在长期服役后出现腐蚀现象。其主要腐蚀类型为？A.应力腐蚀开裂B.电偶腐蚀C.点蚀D.脱碳腐蚀4.某直升机传动轴需承受高转速和冲击载荷，选用钛合金TC4的主要原因在于其？A.高比强度B.良好的导电性C.高导热率D.易于焊接5.某新型复合材料结构件（碳纤维增强树脂基体）在湿热环境下使用时，主要失效机制为？A.热膨胀不匹配B.纤维分层C.基体开裂D.纤维断裂6.某航天器热防护系统（TPS）需承受再入大气层时的极端温度（>2000°C），常用材料为碳/碳复合材料。其主要优势在于？A.高导热率B.高比模量C.高抗氧化性D.良好的导电性7.某军用飞机发动机叶片采用DirectedEnergyDeposition（DED）增材制造技术，其主要优势在于？A.降低材料成本B.实现复杂结构C.提高生产效率D.减少废料产生8.某飞机燃油箱采用聚合物复合材料，其主要抗老化性能取决于以下哪种因素？A.塑化温度B.环氧树脂含量C.玻璃化转变温度D.热氧化稳定性9.某航空发动机燃烧室壁采用陶瓷基复合材料（CMC），其主要挑战在于？A.高温蠕变性能差B.脆性断裂倾向C.热震稳定性差D.碳化物析出10.某飞机结构件需承受低温环境（-60°C），选用钢铝钎焊（AlSiB）的主要原因是其？A.高导电性B.良好的低温韧性C.高强度D.耐腐蚀性二、多选题（共5题，每题3分，合计15分）考察方向：航空材料加工与性能优化1.某钛合金结构件采用氢化热处理工艺，其主要目的是？A.提高蠕变抗力B.降低应力腐蚀敏感性C.改善高温性能D.提高疲劳强度2.某复合材料结构件在制造过程中需注意以下哪些缺陷？A.纤维弯曲B.基体富集C.孔隙率过高D.纤维取向偏差3.某航空发动机涡轮盘采用定向凝固技术，其主要目的是？A.减少热节B.提高蠕变寿命C.降低热应力D.提高热导率4.某飞机结构件采用扩散连接技术，其工艺需注意以下哪些因素？A.温度梯度B.压力控制C.时间匹配D.润滑剂选择5.某航天器热防护系统（TPS）需满足以下哪些性能要求？A.高比热容B.高热导率C.高比强度D.良好的热稳定性三、判断题（共10题，每题1分，合计10分）考察方向：航空材料应用规范与缺陷识别1.铝合金的疲劳强度与其时效程度成正比。（×）2.钛合金在高温环境下易发生石墨化腐蚀。（×）3.复合材料层合板在单向受力时，其强度等于单层纤维强度。（×）4.陶瓷基复合材料（CMC）在高温下具有优异的抗蠕变性能。（√）5.DirectedEnergyDeposition（DED）技术可制造具有晶间偏析的铸件。（×）6.聚合物基复合材料的密度与其力学性能成正比。（×）7.钢铝钎焊（AlSiB）在高温环境下易发生石墨化。（√）8.碳纤维复合材料在紫外线照射下易发生老化，主要原因是光氧化。（√）9.高温合金的持久强度主要取决于晶界结合强度。（×）10.镁合金在潮湿环境中易发生电偶腐蚀。（√）四、简答题（共4题，每题5分，合计20分）考察方向：航空材料性能分析与工艺选择1.简述铝合金Al-2024-T3在高温环境下性能下降的主要原因。参考答案：Al-2024-T3属Al-Cu-Mg系时效强化铝合金，高温下会发生以下变化：①CuMg相（θ相）溶解，导致强度下降；②Mg2Si相可能析出，降低塑性；③基体发生蠕变软化。此外，高温还加速氧化膜破坏，易发生应力腐蚀。2.钛合金TC4在焊接时需注意哪些关键问题？参考答案：-焊接热输入需控制，避免晶粒粗化；-湿气回火易导致氢脆，需预热去氢；-焊接区需缓冷，防止冷裂纹；-焊后需进行稳定化处理或时效处理。3.复合材料层合板在湿热环境下使用时，如何通过设计提高其耐久性？参考答案：-选择耐湿热树脂基体（如双马树脂）；-优化纤维铺层顺序，提高抗剪切强度；-添加防老剂或阻隔层；-控制界面黏结质量，防止水汽侵入。4.陶瓷基复合材料（CMC）在航空发动机应用中的主要挑战是什么？参考答案：-热震稳定性差，易产生裂纹；-碳化物析出问题（如SiC-C反应）；-高温抗氧化性仍需提升；-制造工艺复杂、成本高。五、计算题（共2题，每题10分，合计20分）考察方向：航空材料性能设计与评估1.某铝合金结构件尺寸为200mm×100mm×10mm，承受弯曲载荷F=50kN。若材料的许用应力σ=150MPa，问该结构件是否满足强度要求？参考答案：-弯曲应力计算：σ=6FL/(bh²)=6×50×10³×200/(100×10²)=60MPa；-许用应力150MPa>60MPa，故满足强度要求。2.某复合材料层合板厚度t=3mm，单向铺层顺序为[0/90/0]，纤维体积含量Vf=60%，纤维拉伸模量Ef=150GPa，基体模量Em=5GPa。求该层合板沿0°方向的单向拉伸模量E₀。参考答案：-界面剪切因子η=Vf/(1-Vf)=0.60/(1-0.60)=1.5；-E₀=ηEfVf+Em(1-Vf)=1.5×150×0.60+5×(1-0.60)=97.5+2=99.5GPa。六、论述题（共1题，20分）考察方向：航空材料前沿技术与工程应用题目：试论述航空材料在下一代商用飞机（如NEO、E2）中的应用趋势，并分析其对飞机性能的影响。参考答案：1.轻量化趋势：-碳纤维复合材料占比提升（如空客A350、波音787），可减重20%-30%，提高燃油效率；-金属基复合材料（MMCs）（如Al-SiC）用于结构件，兼顾轻质与高强。2.高温性能需求：-先进高温合金（如单晶叶片）用于发动机热端部件，支持更高推重比；-陶瓷基复合材料（CMC）逐步应用于燃烧室壁，耐温可达2000°C。3.增材制造技术：-DirectedEnergyDeposition（DED）实现复杂结构一体化制造，减少零件数量；-粉末冶金技术用于钛合金结构件，降低成本。4.耐环境性能：-耐腐蚀铝合金（如Al-Li）用于机身结构件，适应潮湿环境；-自修复复合材料（如纳米颗粒增强基体）延长服役寿命。影响分析：-轻量化技术显著降低油耗，提升航程；-高温材料使发动机效率提高，噪音降低；-增材制造加速定制化生产，缩短研发周期。答案与解析一、单选题答案1.C；氮化处理可提高表面硬度和疲劳寿命。2.D；单晶高温合金通过细晶强化机制提升高温性能。3.B；Al-2.5Cu易形成电偶腐蚀。4.A；钛合金TC4具有优异的高比强度。5.C；湿热环境加速基体开裂。6.C；碳/碳复合材料抗氧化性优异。7.B；DED技术适合制造复杂几何结构。8.D；热氧化稳定性决定抗老化性能。9.B；CMC脆性大，易发生断裂。10.B；钢铝钎焊在低温下保持韧性。二、多选题答案1.AB；氢化处理降低氢脆敏感性，改善高温性能。2.ABC；缺陷会降低结构可靠性。3.AB；定向凝固减少热节，提高蠕变寿命。4.ABCD；扩散连接需精确控制工艺参数。5.AC；高比强度和高热稳定性是关键。三、判断题答案1.×；铝合金高温时效强度下降。2.×；钛合金高温易氧化，石墨化发生在较低温度。3.×；层合板强度受纤维角度影响。4.√；CMC热导率低，抗蠕变性好。5.×；