2025年大學(xué)《航空運動》專業(yè)題庫——航空運動中的飛行器安全設(shè)計與革新考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（請將正確選項的字母填入括號內(nèi)）1.下列哪種材料在航空運動飛行器結(jié)構(gòu)中，因具有重量輕、強度高、抗疲勞性好等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用？（）A.碳鋼B.鋁合金C.銅合金D.陶瓷2.在航空運動飛行器設(shè)計中，為了確保結(jié)構(gòu)在意外受力下仍能保持一定的完整性和阻止破壞繼續(xù)擴展，通常采用的設(shè)計原則是？（）A.最大強度原則B.最小重量原則C.故障安全（Fail-Safe）原則D.冗余設(shè)計原則3.下列哪種情況屬于航空運動飛行器常見的氣動危險科目？（）A.操控裕度增大B.失速C.氣動彈性顫振D.升力系數(shù)線性增加4.飛行器的起落架系統(tǒng)設(shè)計時，優(yōu)先考慮的關(guān)鍵安全性能指標通常不包括？（）A.起飛滑跑距離B.緩沖減震能力C.地面轉(zhuǎn)彎半徑D.結(jié)構(gòu)抗沖擊強度5.針對航空運動中的無人機，以下哪項技術(shù)是提升其運行安全性的重要發(fā)展方向？（）A.提高最大起飛重量B.增強自主避障能力C.降低電池成本D.減少飛行控制回路數(shù)量6.適航規(guī)章對航空運動飛行器的制造和持續(xù)適航提出了強制性要求，其主要目的是？（）A.促進航空運動產(chǎn)業(yè)發(fā)展B.規(guī)范市場準入，保障飛行安全C.提高飛行器經(jīng)濟性D.方便飛行人員操作7.復(fù)合材料在航空運動飛行器上的應(yīng)用，相比傳統(tǒng)金屬材料，在安全設(shè)計方面可能帶來的一個主要挑戰(zhàn)是？（）A.質(zhì)量更輕B.制造工藝復(fù)雜C.破損后不易發(fā)現(xiàn)（隱傷問題）D.成本更低8.飛行控制系統(tǒng)（FCS）的備份設(shè)計，旨在提高飛行器在主系統(tǒng)發(fā)生故障時的？（）A.運行效率B.經(jīng)濟性C.可靠性和安全性D.裝載能力二、填空題（請將正確答案填入橫線處）1.航空運動飛行器的設(shè)計必須嚴格遵守相關(guān)的__________和__________，確保其滿足安全運行的要求。2.空氣動力學(xué)設(shè)計不僅影響飛行器的__________和__________，也是實現(xiàn)安全飛行的關(guān)鍵。3.為了防止飛行器在空中解體，結(jié)構(gòu)設(shè)計需要考慮冗余度和__________等概念。4.電動航空飛行器面臨的一個顯著的安全挑戰(zhàn)是__________系統(tǒng)的熱管理和安全防護。5.增材制造（3D打印）技術(shù)在航空運動飛行器安全設(shè)計革新中，可以用于制造復(fù)雜的__________，并進行快速原型驗證。6.航空運動飛行器的人機交互界面設(shè)計應(yīng)遵循__________原則，降低飛行員操作失誤的風(fēng)險。7.針對航空運動中的通用航空飛行器，適航標準通常要求進行嚴格的__________和__________試驗。8.滑翔機作為一種航空運動飛行器，其安全設(shè)計在__________（如起落、迫降、空中操控）方面有特殊要求。三、名詞解釋（請解釋下列名詞的含義）1.結(jié)構(gòu)完整性2.失速3.冗余系統(tǒng)4.適航取證5.健康管理系統(tǒng)（PHM）四、簡答題1.簡述航空運動飛行器在結(jié)構(gòu)材料選擇時，需要綜合考慮哪些因素？并舉例說明。2.飛行器設(shè)計中，如何通過氣動布局來提高其飛行穩(wěn)定性和安全性？3.簡述航空運動飛行器中，飛行控制系統(tǒng)（FCS）實現(xiàn)安全備份的幾種常見方式。4.針對航空運動中的無人機，列舉至少三種關(guān)鍵的安全設(shè)計考慮因素。五、論述題1.論述新材料（如先進復(fù)合材料）的應(yīng)用對航空運動飛行器安全設(shè)計帶來的機遇與挑戰(zhàn)。2.結(jié)合航空運動的特點，論述如何平衡飛行器的安全性、經(jīng)濟性和運動性能。---試卷答案一、選擇題1.B2.C3.B4.A5.B6.B7.C8.C二、填空題1.適航規(guī)章，標準2.穩(wěn)定性，操控性3.破損安全（或“損傷容限”）4.電池5.零件/結(jié)構(gòu)6.人機工程學(xué)（或“ergonomics”）7.靜態(tài)，動態(tài)8.起落三、名詞解釋1.結(jié)構(gòu)完整性：指飛行器結(jié)構(gòu)在預(yù)期的使用環(huán)境和載荷作用下，能夠保持其設(shè)計功能、抵抗破壞并阻止破壞繼續(xù)擴展的能力。2.失速：指飛行器機翼與氣流之間的附著層發(fā)生分離，導(dǎo)致機翼升力突然急劇下降，阻力急劇增加的現(xiàn)象，是航空運動中常見的飛行危險。3.冗余系統(tǒng)：指為了提高系統(tǒng)的可靠性和安全性，在關(guān)鍵功能上設(shè)置備用系統(tǒng)或備份手段的設(shè)計方式，當(dāng)主系統(tǒng)失效時，備用系統(tǒng)能夠接替工作。4.適航取證：指飛行器制造方為了證明其產(chǎn)品符合國家或國際適航規(guī)章的要求，而向適航管理部門申請審查、驗證并最終獲得批準頒發(fā)適航證書的過程。5.健康管理系統(tǒng)（PHM）：指通過監(jiān)測、診斷、預(yù)測飛行器部件或系統(tǒng)的狀態(tài)，以維護其性能、預(yù)防故障、優(yōu)化維護計劃，從而提高飛行安全性和可靠性的技術(shù)。四、簡答題1.答案要點：*需要綜合考慮因素：強度要求（抗拉、抗壓、抗彎、抗扭）、剛度要求（變形控制）、重量（直接影響性能和燃油效率）、疲勞壽命（承受循環(huán)載荷）、耐久性（環(huán)境適應(yīng)性，如溫度、濕度、腐蝕）、成本、可制造性、以及適航規(guī)章的特定要求。*舉例：選擇鋁合金作為輕型運動飛機的結(jié)構(gòu)材料，是因為它強度重量比高、易于加工、成本相對較低，且滿足適航要求；選擇復(fù)合材料（如碳纖維增強塑料）制造滑翔機機翼，是為了獲得極高的剛度重量比，以實現(xiàn)更輕的重量和更好的氣動性能。2.答案要點：*提高穩(wěn)定性：通過合理的機身布局（如尾翼位置）、恰當(dāng)?shù)囊砻婷娣e和形狀分布（如上反角、后掠角）、設(shè)置操縱舵面（副翼、升降舵、方向舵）等，使飛行器具有自動回正到穩(wěn)定飛行狀態(tài)的趨勢。*提高安全性：優(yōu)化氣動布局可以減小失速迎角、增加失速警告的提前性；設(shè)計良好的操縱響應(yīng)可以提高飛行員應(yīng)對突發(fā)狀況的能力；合理的氣動外形可以降低結(jié)冰、側(cè)風(fēng)等不利天氣條件下的飛行風(fēng)險。3.答案要點：*備份操縱通道：設(shè)置獨立的操縱系統(tǒng)（如機械備份、液壓備份）。*冗余傳感器和計算單元：使用多個傳感器（如冗余GPS、氣壓計）和計算單元（如主飛控計算機+備份飛控計算機）提供冗余信息和支持。*緊急模式切換：設(shè)計自動或手動的系統(tǒng)，在主系統(tǒng)故障時自動切換到備份系統(tǒng)運行。4.答案要點：*飛行控制安全性：確?？刂浦噶顐鬏斂煽俊⒖垢蓴_能力強、具備故障安全保護功能（如失控告警、自動返航）。*電池安全性：電池管理系統(tǒng)（BMS）功能完善，具備過充、過放、過流、過溫保護，熱失控防護措施。*感知與避障能力：具備有效的環(huán)境感知能力（視覺、雷達、超聲波等），并能根據(jù)感知信息執(zhí)行可靠的避障動作。*網(wǎng)絡(luò)安全：防止未經(jīng)授權(quán)的遠程控制或數(shù)據(jù)篡改。*結(jié)構(gòu)強度：機身結(jié)構(gòu)能承受預(yù)期載荷，特別是碰撞載荷。五、論述題1.答案要點：*機遇：*提高結(jié)構(gòu)性能：更輕、更強、更高剛度，有助于減輕結(jié)構(gòu)重量，提升飛行性能和燃油效率。*設(shè)計自由度大：可以實現(xiàn)更復(fù)雜、更優(yōu)化的氣動外形和結(jié)構(gòu)布局。*減少維護：某些復(fù)合材料具有自修復(fù)或低維護特性。*提升抗腐蝕性：延長飛行器使用壽命。*挑戰(zhàn)：*破損檢測困難：復(fù)合材料內(nèi)部損傷不易發(fā)現(xiàn)，可能存在安全隱患。*設(shè)計分析復(fù)雜：材料性能非線性、各向異性，給結(jié)構(gòu)設(shè)計和分析帶來挑戰(zhàn)。*制造工藝要求高：需要專門的設(shè)備和技能。*成本較高：原材料和制造費用可能高于傳統(tǒng)材料。*適航標準待完善：對于新型復(fù)合材料的應(yīng)用，相關(guān)適航標準和驗證方法可能仍在發(fā)展中。2.答案要點：*安全性優(yōu)先：航空運動飛行器的所有設(shè)計都必須將飛行安全放在首位。任何設(shè)計改進或性能提升都不得以犧牲安全性為代價。這要求在設(shè)計中充分考慮各種潛在風(fēng)險，并采取嚴格的安全措施。*經(jīng)濟性考量：航空運動市場對成本較為敏感。在滿足安全要求的前提下，應(yīng)通過優(yōu)化設(shè)計、選用合適的材料、簡化制造工藝等方式，控制飛行器的制造成本和使用成本，使其更具市場競爭力。*運動性能匹配：航空運動飛行器的種類繁多，其設(shè)計需與其預(yù)期的運動性能和競賽類別相匹配。例如，競速飛機追求高速，滑翔機追求長時間滯空和效率，特技飛機則要求優(yōu)異的操控性和穩(wěn)定性。安全設(shè)計需結(jié)合這些特定的運動性能要求。*法規(guī)約束：設(shè)計必須嚴格遵守相關(guān)