2025年無人機(jī)駕駛員職業(yè)技能考核試卷：無人機(jī)飛行器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造試題考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請(qǐng)將正確選項(xiàng)的代表字母填入括號(hào)內(nèi)）1.下列哪種材料通常被認(rèn)為最適合用于追求極致輕量化的無人機(jī)結(jié)構(gòu)件？A.鋼鐵B.鋁合金C.碳纖維復(fù)合材料D.銅合金2.多旋翼無人機(jī)的主要承力結(jié)構(gòu)通常不包括？A.翼梁B.主臂C.機(jī)身框D.起落架3.在無人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了提高結(jié)構(gòu)的抗撞性和生存能力，常采用的設(shè)計(jì)原則是？A.盡可能簡化結(jié)構(gòu)B.采用高強(qiáng)度材料C.冗余設(shè)計(jì)D.減小結(jié)構(gòu)重量4.將預(yù)浸料鋪層在模具中，然后加熱或加壓使其固化的復(fù)合材料制造工藝，通常稱為？A.熱壓罐固化B.機(jī)器人焊接C.激光切割D.電鍍5.下列哪種連接方式通常最適合連接碳纖維復(fù)合材料部件？A.氣動(dòng)鉚接B.高強(qiáng)度螺栓連接C.結(jié)構(gòu)膠粘接D.焊接6.無人機(jī)機(jī)架主要承受的載荷類型通常不包括？A.空氣動(dòng)力載荷B.電機(jī)重量載荷C.電池重量載荷D.溫度變化引起的應(yīng)力7.碳纖維復(fù)合材料層壓板中，哪種鋪層方式能提供最好的抗層間剪切強(qiáng)度？A.[0/90]sB.[±45]sC.[30/60]sD.[0/90/0/90]s8.無人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，起落架的主要功能是？A.產(chǎn)生升力B.傳遞動(dòng)力C.保持飛行姿態(tài)D.實(shí)現(xiàn)起飛和著陸9.鋁合金型材在制造無人機(jī)結(jié)構(gòu)件時(shí)，常用的連接方式是？A.膠接B.鉆孔螺接C.激光焊接D.鍍鋅10.下列哪項(xiàng)不是影響無人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命的因素？A.材料疲勞B.蟲害侵蝕C.維護(hù)保養(yǎng)質(zhì)量D.飛行速度二、判斷題（請(qǐng)將“正確”或“錯(cuò)誤”填入括號(hào)內(nèi)）1.無人機(jī)機(jī)翼的翼展越長，其氣動(dòng)效率通常越高。（）2.碳纖維復(fù)合材料的密度通常比鋁合金更小，但比鋼更大。（）3.任何材料的連接方式都可以互換使用，只要強(qiáng)度足夠。（）4.無人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，剛度是指結(jié)構(gòu)抵抗變形的能力。（）5.膠接連接通常比螺栓連接的成本更低。（）6.無人機(jī)在飛行中產(chǎn)生的振動(dòng)會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)造成疲勞損傷。（）7.復(fù)合材料的制造過程對(duì)其最終性能有決定性影響。（）8.無人機(jī)結(jié)構(gòu)維護(hù)的主要目的是增加結(jié)構(gòu)重量以提供更安全著陸。（）9.標(biāo)準(zhǔn)件如螺絲、螺母等在選用時(shí)不需要考慮其材質(zhì)和強(qiáng)度等級(jí)。（）10.無人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要滿足適航要求，這是保證飛行安全的基本前提。（）三、簡答題1.簡述鋁合金型材在無人機(jī)結(jié)構(gòu)制造中的主要優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。2.解釋什么是復(fù)合材料的層壓板鋪層設(shè)計(jì)，并說明為什么需要不同的鋪層方案。3.列舉無人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要考慮的至少五種載荷類型，并簡述其來源。4.簡述結(jié)構(gòu)膠粘接工藝在無人機(jī)制造中的應(yīng)用特點(diǎn)。5.無人機(jī)結(jié)構(gòu)維護(hù)保養(yǎng)需要關(guān)注哪些關(guān)鍵方面？四、論述題1.試述輕量化設(shè)計(jì)在無人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要性，并列舉至少三種實(shí)現(xiàn)輕量化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。2.結(jié)合實(shí)際，論述復(fù)合材料（如碳纖維）在無人機(jī)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及其面臨的挑戰(zhàn)。3.闡述無人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造過程中，如何確保最終產(chǎn)品的質(zhì)量與可靠性。試卷答案一、選擇題1.C*解析：碳纖維復(fù)合材料具有極高的比強(qiáng)度和比模量，即單位重量下的強(qiáng)度和剛度，非常適合追求輕量化的應(yīng)用。2.A*解析：翼梁是固定翼飛機(jī)的主要承力結(jié)構(gòu)，多旋翼無人機(jī)通常沒有翼梁，其主要承力結(jié)構(gòu)是機(jī)臂、機(jī)身框和電機(jī)安裝點(diǎn)等。3.C*解析：冗余設(shè)計(jì)是指系統(tǒng)中存在備用部分，當(dāng)一部分失效時(shí)，備用部分可以接管，從而提高系統(tǒng)的可靠性和生存能力，這在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常用于提高抗撞性。4.A*解析：熱壓罐固化是復(fù)合材料制造中的一種常用工藝，通過在壓力罐中加熱和加壓，使預(yù)浸料鋪層固化成型。5.C*解析：結(jié)構(gòu)膠粘接能夠?yàn)樘祭w維復(fù)合材料部件提供良好的層間結(jié)合性能，是連接碳纖維部件的常用方法。6.D*解析：溫度變化會(huì)引起材料的熱脹冷縮，產(chǎn)生熱應(yīng)力，這是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要考慮的因素，但不屬于機(jī)架主要承受的主動(dòng)載荷類型（如空氣動(dòng)力、重量、慣性力等）。7.B*解析：[±45]s鋪層能提供很好的抗剪切強(qiáng)度，因?yàn)槠淅w維方向與剪切應(yīng)力方向有45度夾角。8.D*解析：起落架是無人機(jī)實(shí)現(xiàn)與地面接觸、起降的部件。9.B*解析：鉆孔螺接是鋁合金型材連接的常用且可靠的方式，便于拆卸和維護(hù)。10.B*解析：蟲害侵蝕主要影響材料的表面或局部，不是影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命的主要宏觀因素，材料疲勞、設(shè)計(jì)應(yīng)力、環(huán)境腐蝕等影響更大。二、判斷題1.正確*解析：根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理，在一定迎角范圍內(nèi)，翼展越長，翼面積越大，單位重量產(chǎn)生的升力也越大，氣動(dòng)效率通常越高。2.正確*解析：碳纖維復(fù)合材料的密度通常在1.6-2.0g/cm3左右，小于鋁合金（約2.7g/cm3），但大于鋼（約7.8g/cm3）。3.錯(cuò)誤*解析：不同材料的連接方式需要考慮其各自的特性、連接強(qiáng)度要求、環(huán)境條件、是否需要拆卸等因素，不能隨意互換。4.正確*解析：剛度是結(jié)構(gòu)或構(gòu)件抵抗變形能力的度量。5.錯(cuò)誤*解析：膠接連接通常需要額外的工裝、嚴(yán)格的工藝控制，且修復(fù)困難，其成本可能高于螺栓連接。6.正確*解析：飛行中的振動(dòng)會(huì)反復(fù)作用于結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致材料疲勞，是結(jié)構(gòu)損傷的重要原因之一。7.正確*解析：復(fù)合材料的制造工藝（如鋪層順序、固化溫度/壓力、預(yù)浸料質(zhì)量等）直接影響其最終形成的纖維取向、界面結(jié)合等，從而決定其性能。8.錯(cuò)誤*解析：無人機(jī)結(jié)構(gòu)維護(hù)保養(yǎng)的主要目的是保證結(jié)構(gòu)的完好性、安全性，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理損傷，而非增加重量。9.錯(cuò)誤*解析：選用標(biāo)準(zhǔn)件（螺絲、螺母等）必須考慮其材質(zhì)、強(qiáng)度等級(jí)、公差等是否符合設(shè)計(jì)要求，以確保連接強(qiáng)度和可靠性。10.正確*解析：適航要求是針對(duì)航空器（包括無人機(jī)）設(shè)計(jì)和運(yùn)行的安全標(biāo)準(zhǔn)，滿足適航要求是保障飛行安全的基礎(chǔ)。三、簡答題1.鋁合金型材的優(yōu)點(diǎn)包括：密度小，比強(qiáng)度較高，易于加工成型，導(dǎo)電導(dǎo)熱性好，成本相對(duì)較低，表面處理性能好（如陽極氧化）。缺點(diǎn)包括：強(qiáng)度和剛度相對(duì)碳纖維復(fù)合材料較低，耐腐蝕性不如某些合金（如鈦合金），在高溫或低溫環(huán)境下性能可能下降，抗疲勞性能不如復(fù)合材料。2.復(fù)合材料的層壓板鋪層設(shè)計(jì)是指根據(jù)結(jié)構(gòu)受力需求，在模具上按特定順序和角度鋪放多層纖維預(yù)浸料，并固化成型的過程。不同的鋪層方案（如纖維方向、層數(shù)、鋪層順序）會(huì)影響層壓板的剛度（軸向、剪切、扭轉(zhuǎn)）、強(qiáng)度、穩(wěn)定性和損傷容限等性能。通過優(yōu)化鋪層設(shè)計(jì)，可以在滿足結(jié)構(gòu)功能要求的前提下，實(shí)現(xiàn)輕量化和成本控制。3.無人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中需要考慮的載荷類型包括：空氣動(dòng)力載荷（升力、阻力、扭矩）、慣性載荷（加速度引起的力）、重力載荷（結(jié)構(gòu)自重、有效載荷重量）、地面沖擊載荷（著陸時(shí)）、振動(dòng)載荷（來自電機(jī)、旋翼、氣動(dòng)干擾）、溫度載荷（溫度變化引起的熱應(yīng)力）、疲勞載荷（循環(huán)載荷作用）。4.結(jié)構(gòu)膠粘接在無人機(jī)制造中的應(yīng)用特點(diǎn)：能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜形狀部件的連接；可提供光滑、密封的連接表面；連接強(qiáng)度可以很高（特別是承力結(jié)構(gòu)件）；層間結(jié)合性能好；工藝相對(duì)靈活，可用于現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)；但通常對(duì)工藝環(huán)境要求高（清潔度、溫濕度），固化時(shí)間長，成本相對(duì)較高，且連接件通常不可拆卸。5.無人機(jī)結(jié)構(gòu)維護(hù)保養(yǎng)需要關(guān)注的關(guān)鍵方面：定期進(jìn)行外觀檢查，目視識(shí)別裂紋、分層、凹陷、腐蝕、磨損等損傷；使用無損檢測(cè)技術(shù)（如超聲波、射線、渦流）對(duì)關(guān)鍵承力部件進(jìn)行內(nèi)部檢測(cè)；檢查緊固件（螺栓、螺母）的緊固狀態(tài)和防松措施；評(píng)估材料老化和疲勞損傷情況；根據(jù)使用環(huán)境和損傷情況，進(jìn)行必要的修復(fù)或更換；記錄維護(hù)保養(yǎng)歷史。四、論述題1.輕量化設(shè)計(jì)在無人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要性體現(xiàn)在：直接降低結(jié)構(gòu)自身重量，從而大幅增加有效載荷能力或延長續(xù)航時(shí)間，這是無人機(jī)性能提升的關(guān)鍵途徑。減輕結(jié)構(gòu)重量也意味著降低了慣性，可以使無人機(jī)響應(yīng)更靈活，機(jī)動(dòng)性更好。同時(shí)，減輕結(jié)構(gòu)重量也減小了結(jié)構(gòu)自身需要承受的載荷，有利于提高結(jié)構(gòu)安全裕度。實(shí)現(xiàn)輕量化需要采用高性能材料（如碳纖維）、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（如拓?fù)鋬?yōu)化、桁架結(jié)構(gòu)）、改進(jìn)制造工藝等多種方法。2.復(fù)合材料（如碳纖維）在無人機(jī)結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：極高的比強(qiáng)度和比模量，允許在保證足夠強(qiáng)度的前提下實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)輕量化；優(yōu)秀的抗疲勞性能和耐腐蝕性，有助于提高無人機(jī)的使用壽命和可靠性；可設(shè)計(jì)性強(qiáng)，可以通過調(diào)整鋪層方案實(shí)現(xiàn)各向異性的力學(xué)性能，滿足復(fù)雜受力需求；減震性能好。面臨的挑戰(zhàn)：成本相對(duì)較高；制造工藝復(fù)雜，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境和設(shè)備要求高；損傷具有隱蔽性，不易發(fā)現(xiàn)內(nèi)部損傷；修復(fù)技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)金屬材料復(fù)雜；材料性能對(duì)環(huán)境（如溫度、濕度）敏感。3.無人機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造過程中確保產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性的方法：設(shè)計(jì)階段，遵循設(shè)計(jì)規(guī)范和適航要求，進(jìn)行充分的力學(xué)分析和仿真驗(yàn)證，采用冗余設(shè)計(jì)和容錯(cuò)設(shè)計(jì)，進(jìn)行失效模式與影響分析（FMEA）；材料選擇