2025年航空飞行控制系统冗余试卷及答案

2025年航空飞行控制系统冗余试卷及答案考试时长：120分钟满分：100分试卷名称：2025年航空飞行控制系统冗余试卷及答案考核对象：航空工程专业学生、飞行控制系统从业者题型分值分布：-判断题（20分）-单选题（20分）-多选题（20分）-案例分析（18分）-论述题（22分）总分：100分---###一、判断题（每题2分，共20分）1.冗余飞行控制系统通过增加备份系统来提高可靠性，但不会增加系统复杂性。2.三余度系统（3-out-of-3）的故障容错能力优于双余度系统（2-out-of-2）。3.线性化模型在飞行控制系统冗余设计中常用于简化故障检测逻辑。4.冗余系统中的“多数表决”逻辑适用于所有类型的传感器故障隔离。5.飞行控制系统的冗余切换时间应小于100毫秒以保证飞行安全。6.冗余系统中的“热备份”和“冷备份”在切换机制上没有本质区别。7.冗余控制律设计时需考虑权重分配以避免控制冲突。8.冗余系统中的“健康监测”主要依赖冗余传感器数据对比实现。9.飞行控制系统冗余设计需满足适航标准FAR23或FAR25。10.冗余系统中的“故障注入测试”仅用于实验室环境验证。标准参考答案：1.×2.√3.√4.×5.√6.×7.√8.√9.√10.×---###二、单选题（每题2分，共20分）1.以下哪种冗余架构在故障隔离效率最高？A.多重模块冗余（MMR）B.多通道冗余（MCR）C.多系统冗余（MSR）D.多传感器冗余（MSR）2.冗余飞行控制系统中，以下哪个参数对切换延迟影响最大？A.控制律计算时间B.传感器采样频率C.网络传输带宽D.机械作动器响应速度3.三余度系统的最小故障容忍度是：A.1个故障B.2个故障C.3个故障D.4个故障4.冗余系统中的“多数表决”逻辑适用于：A.传感器数据融合B.控制律加权分配C.故障自诊断D.冗余切换决策5.飞行控制系统冗余设计中，以下哪个属于“冷备份”特征？A.与主系统共享电源B.实时同步主系统状态C.无活动状态监控D.具备独立计算单元6.冗余系统中的“健康监测”主要依赖：A.传感器冗余对比B.控制律一致性检查C.网络延迟测量D.机械作动器振动分析7.冗余控制律设计时，以下哪个参数需优先考虑？A.控制精度B.系统成本C.切换延迟D.适航合规性8.冗余系统中的“故障注入测试”主要验证：A.传感器冗余性能B.控制律鲁棒性C.网络传输可靠性D.机械作动器寿命9.飞行控制系统冗余设计中，以下哪个属于“热备份”特征？A.与主系统物理隔离B.无活动状态监控C.实时同步主系统状态D.需手动激活切换10.冗余系统中的“多数表决”逻辑的典型应用场景是：A.传感器数据融合B.控制律加权分配C.故障自诊断D.冗余切换决策标准参考答案：1.B2.A3.B4.A5.C6.A7.D8.B9.C10.A---###三、多选题（每题2分，共20分）1.冗余飞行控制系统设计时需考虑的故障类型包括：A.传感器故障B.控制律计算错误C.网络传输中断D.机械作动器卡滞E.电源波动2.冗余系统中的“故障检测”方法包括：A.传感器冗余对比B.控制律一致性检查C.神经网络故障诊断D.机械振动分析E.网络延迟测量3.冗余控制律设计时，以下哪些参数需优化？A.控制精度B.切换延迟C.系统成本D.适航合规性E.故障容忍度4.冗余系统中的“切换机制”包括：A.自动切换B.手动切换C.滑模控制D.神经网络优化E.多重模块冗余5.飞行控制系统冗余设计中，以下哪些属于“热备份”特征？A.与主系统共享电源B.实时同步主系统状态C.无活动状态监控D.具备独立计算单元E.需手动激活切换6.冗余系统中的“故障隔离”方法包括：A.传感器冗余对比B.控制律一致性检查C.神经网络故障诊断D.机械振动分析E.网络延迟测量7.冗余飞行控制系统设计时需考虑的适航标准包括：A.FAR23B.FAR25C.EASACS-25D.ICAOAnnex14E.ASTMD69548.冗余系统中的“健康监测”方法包括：A.传感器冗余对比B.控制律一致性检查C.神经网络故障诊断D.机械振动分析E.网络延迟测量9.冗余控制律设计时，以下哪些参数需优先考虑？A.控制精度B.切换延迟C.系统成本D.适航合规性E.故障容忍度10.冗余系统中的“切换机制”包括：A.自动切换B.手动切换C.滑模控制D.神经网络优化E.多重模块冗余标准参考答案：1.A,B,C,D2.A,B,C,D,E3.A,B,C,D,E4.A,B,C5.A,B,D6.A,B,C,D7.A,B,C8.A,B,C,D9.D,A,B,C,E10.A,B,C---###四、案例分析（每题6分，共18分）案例1：某商用飞机采用双余度飞行控制系统，传感器数据通过冗余网络传输至飞控计算机。某次飞行中，右侧作动器突然失效，系统自动切换至左侧作动器。但切换后飞机出现短暂姿态抖动，随后恢复稳定。试分析可能的原因及解决方案。案例2：某军用飞机采用三余度飞行控制系统，传感器数据通过冗余网络传输。某次地面测试中，发现三个冗余通道的控制律输出存在微小差异（±0.02%）。试分析该差异的潜在风险及解决方案。案例3：某无人机采用热备份飞行控制系统，主系统故障时需手动切换至备份系统。某次飞行中，飞行员发现备份系统响应延迟超过500毫秒，导致飞机偏离预定航线。试分析可能的原因及解决方案。评分标准：-案例分析需包含故障原因分析、潜在风险及解决方案（每项2分）。-解答需结合冗余系统设计原理（如传感器冗余、控制律一致性、切换机制等）。---###五、论述题（每题11分，共22分）论述题1：论述冗余飞行控制系统设计中，传感器冗余与控制律冗余的优缺点及适用场景。论述题2：论述冗余飞行控制系统设计中，故障检测与故障隔离的原理、方法及挑战。评分标准：-论述题需包含理论原理、方法对比、优缺点分析及适用场景（每项3分）。-解答需结合实际工程案例或适航标准要求。---标准答案及解析###一、判断题解析1.×冗余系统通过增加备份组件提高可靠性，但会显著增加系统复杂性（硬件、软件、网络、测试等）。2.√三余度系统（3-out-of-3）允许两个组件故障仍保持运行，优于双余度系统（2-out-of-2）。3.√线性化模型简化了动态特性，便于设计故障检测逻辑（如参数漂移检测）。4.×多数表决适用于传感器数据融合，但控制律冗余需考虑加权分配或一致性检查。5.√冗余切换时间需小于100毫秒（如FAR25要求），以保证飞行安全。6.×热备份实时同步主系统状态，冷备份无活动状态监控。7.√控制律权重分配需避免控制冲突（如过度补偿）。8.√健康监测主要依赖冗余数据对比（如传感器值差异）。9.√FAR23适用于通用航空，FAR25适用于运输类航空。10.×故障注入测试需覆盖全生命周期（实验室、飞行测试）。###二、单选题解析1.B多通道冗余（MCR）通过多路信号传输提高数据可靠性。2.A控制律计算时间直接影响切换延迟（如DSP处理时间）。3.B双余度系统允许一个故障，三余度系统允许两个故障。4.A多数表决适用于传感器数据融合（如传感器投票）。5.C冷备份无活动状态监控，需手动激活。6.A传感器冗余对比是健康监测的典型方法。7.D适航合规性是冗余设计的首要约束。8.B故障注入测试验证控制律的鲁棒性。9.C热备份实时同步主系统状态。10.A多数表决适用于传感器数据融合。###三、多选题解析1.A,B,C,D传感器、控制律、网络、机械故障均需考虑。2.A,B,C,D,E多种方法结合提高故障检测精度。3.A,B,C,D,E所有参数均需权衡优化。4.A,B,C切换机制包括自动、手动、控制律调整。5.A,B,D热备份特征包括共享电源、实时同步、独立计算单元。6.A,B,C,D多种方法结合提高故障隔离精度。7.A,B,C冗余设计需满足适航标准。8.A,B,C,D多种方法结合提高健康监测精度。9.D,A,B,C,E适航合规性优先，控制精度次之。10.A,B,C切换机制包括自动、手动、控制律调整。###四、案例分析解析案例1：-原因：切换延迟过大或作动器响应不匹配。-解决方案：优化切换逻辑、校准作动器响应时间。案例2：-风险：微小差异可能导致控制律输出不一致。-解决方案：增加传感器校准精度、优化控制律权重分配。案例3：-原因：备份系统响应延迟过大。-解决方案：优