2025年大學(xué)《航空運(yùn)動(dòng)》專業(yè)題庫——航空器飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每題2分，共20分。請將正確選項(xiàng)字母填入括號內(nèi)）1.下列哪一項(xiàng)不是飛行控制系統(tǒng)的主要功能？(A)維持飛行器的穩(wěn)定(B)實(shí)現(xiàn)飛行員的操縱指令(C)自動(dòng)調(diào)節(jié)飛行姿態(tài)(D)負(fù)責(zé)飛行器的導(dǎo)航2.開環(huán)飛行控制系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是？(A)結(jié)構(gòu)簡單(B)對外界干擾不敏感(C)無法自我修正偏差(D)響應(yīng)速度快3.在機(jī)械飛行控制系統(tǒng)中，將駕駛員的操縱輸入轉(zhuǎn)換為舵面偏轉(zhuǎn)的主要部件是？(A)傳感器(B)中央計(jì)算機(jī)(C)操縱機(jī)構(gòu)傳動(dòng)鏈(D)增穩(wěn)系統(tǒng)4.液壓作動(dòng)器在飛行控制系統(tǒng)中通常用于？(A)測量飛行姿態(tài)(B)產(chǎn)生控制指令(C)執(zhí)行控制律計(jì)算(D)提供能量驅(qū)動(dòng)5.衡量閉環(huán)飛行控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)是？(A)上升時(shí)間(B)增益裕度(C)控制力矩大小(D)線性度6.姿態(tài)控制系統(tǒng)主要控制飛行器的哪個(gè)運(yùn)動(dòng)參數(shù)？(A)俯仰角(B)橫滾角(C)航向角(D)高度7.電傳飛控系統(tǒng)（FBW）的核心部件是？(A)液壓泵(B)飛行控制計(jì)算機(jī)（FCC）(C)機(jī)械連桿(D)操縱盤8.飛行控制系統(tǒng)中，通常使用陀螺儀來測量？(A)高度(B)速度(C)角速度(D)溫度9.“最小控制配置（MCC）”是指？(A)飛行員可以使用的最大控制量(B)系統(tǒng)故障時(shí)保證安全飛行所需的最少控制能力(C)自動(dòng)駕駛儀工作時(shí)的控制精度要求(D)系統(tǒng)達(dá)到最佳性能時(shí)的控制參數(shù)設(shè)置10.在航空運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域，飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)特別強(qiáng)調(diào)？(A)高度自動(dòng)化(B)極致性能(C)安全可靠與成本效益(D)復(fù)雜冗余二、填空題（每空1分，共15分。請將正確答案填入橫線上）1.飛行控制系統(tǒng)通常由______、______、______和______等主要部分組成。2.飛行控制計(jì)算機(jī)（FCC）接收傳感器信號，執(zhí)行______，并向作動(dòng)器發(fā)出指令。3.比例-積分（PI）控制器可以同時(shí)提供______控制和______控制，以消除穩(wěn)態(tài)誤差。4.在三余度電傳飛控系統(tǒng)中，通常采用______或______的方式來檢測和隔離故障。5.飛行控制系統(tǒng)對______和______的響應(yīng)直接影響飛行員的操縱感和系統(tǒng)的穩(wěn)定性。6.為了提高飛行安全性，現(xiàn)代飛行控制系統(tǒng)廣泛采用______技術(shù)。7.滑翔機(jī)通常采用______式飛行控制系統(tǒng)，以滿足其獨(dú)特的飛行特性。三、名詞解釋（每題3分，共12分。請簡要解釋下列名詞的含義）1.閉環(huán)飛行控制系統(tǒng)2.增穩(wěn)系統(tǒng)3.電液飛控系統(tǒng)4.健康管理系統(tǒng)（HealthManagementSystem）四、簡答題（每題5分，共20分。請簡要回答下列問題）1.簡述飛行控制系統(tǒng)對飛行安全的主要貢獻(xiàn)。2.與機(jī)械飛控系統(tǒng)相比，電傳飛控系統(tǒng)的主要優(yōu)勢是什么？3.什么是飛行控制系統(tǒng)的余度設(shè)計(jì)？為什么在航空領(lǐng)域（尤其是運(yùn)輸類飛機(jī)和運(yùn)動(dòng)飛機(jī)）很重要？4.飛行員通過操縱盤或駕駛桿輸入指令，簡要說明該指令在典型電傳飛控系統(tǒng)中的傳遞和處理過程。五、計(jì)算題（共18分）1.（8分）已知某飛機(jī)的俯仰角運(yùn)動(dòng)微分方程（線性化，小擾動(dòng)）為：q''(t)+2ζω_nq'(t)+ω_n^2q(t)=M(t)其中q(t)為俯仰角速率，M(t)為總俯仰力矩。假設(shè)系統(tǒng)在無輸入M(t)=0時(shí)處于穩(wěn)定狀態(tài)?，F(xiàn)施加一個(gè)階躍輸入力矩M_s，系統(tǒng)單位階躍響應(yīng)的超調(diào)量σ_p為10%，上升時(shí)間t_r為1.5秒。請計(jì)算該系統(tǒng)的阻尼比ζ和自然頻率ω_n。（提示：利用二階系統(tǒng)階躍響應(yīng)特性公式）2.（10分）簡述三余度電傳飛控系統(tǒng)中的“1outof3”故障檢測邏輯的基本原理。假設(shè)系統(tǒng)正常工作時(shí)的三個(gè)傳感器輸出（例如三個(gè)姿態(tài)陀螺儀的輸出）分別為：S1=1.0°/s,S2=1.0°/s,S3=1.0°/s?，F(xiàn)在假設(shè)傳感器S3因故障開始輸出錯(cuò)誤值S3'=1.5°/s，試根據(jù)“1outof3”邏輯說明如何檢測出該故障。六、論述題（共15分）結(jié)合航空運(yùn)動(dòng)飛機(jī)（如運(yùn)動(dòng)飛機(jī)）的具體特點(diǎn)，論述飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)在安全性、可靠性和成本之間應(yīng)如何權(quán)衡。請至少從兩個(gè)方面進(jìn)行論述，并說明在滿足航空運(yùn)動(dòng)需求時(shí)，飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)可能有哪些特殊考慮。試卷答案一、選擇題1.D2.C3.C4.D5.B6.A,B,C7.B8.C9.B10.C二、填空題1.操縱機(jī)構(gòu)，傳感器，作動(dòng)器，飛行控制計(jì)算機(jī)（或中央計(jì)算機(jī)）2.控制律計(jì)算3.比例，積分4.端到端比較，通道間比較5.操縱指令的響應(yīng)特性，系統(tǒng)阻尼特性6.冗余7.機(jī)械三、名詞解釋1.閉環(huán)飛行控制系統(tǒng)：指輸出信號（如飛行姿態(tài)）被反饋到輸入端，與指令信號進(jìn)行比較，并通過誤差信號進(jìn)行修正的飛行控制系統(tǒng)。2.增穩(wěn)系統(tǒng)：通過引入反饋控制，提高飛行器固有穩(wěn)定性或改善其穩(wěn)定性的系統(tǒng)。3.電液飛控系統(tǒng)：利用電子設(shè)備進(jìn)行控制律計(jì)算和信號處理，并驅(qū)動(dòng)液壓作動(dòng)器來產(chǎn)生控制力的飛行控制系統(tǒng)。4.健康管理系統(tǒng)（HealthManagementSystem）：用于監(jiān)測、診斷、預(yù)測飛行控制系統(tǒng)（或其他系統(tǒng)）健康狀況，并輔助進(jìn)行維護(hù)決策的智能化系統(tǒng)。四、簡答題1.飛行控制系統(tǒng)通過精確執(zhí)行飛行員的操縱指令，自動(dòng)維持飛行器的穩(wěn)定姿態(tài)和飛行狀態(tài)，補(bǔ)償干擾，限制過載，并在系統(tǒng)或飛機(jī)發(fā)生故障時(shí)提供必要的控制能力或安全處置方式，從而保障飛行安全。2.電傳飛控系統(tǒng)的主要優(yōu)勢包括：減輕結(jié)構(gòu)重量和飛機(jī)空重；提高控制精度和響應(yīng)速度；易于實(shí)現(xiàn)多通道冗余和故障檢測隔離；簡化系統(tǒng)布線；便于與其他航空電子系統(tǒng)（如飛行管理系統(tǒng)）集成；可實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)的控制策略。3.飛行控制系統(tǒng)的余度設(shè)計(jì)是指采用多個(gè)備份組件或通路來執(zhí)行同一功能，當(dāng)主組件發(fā)生故障時(shí)，備份組件可以接替工作，確保系統(tǒng)或飛行的繼續(xù)運(yùn)行。在航空領(lǐng)域（尤其是運(yùn)輸類和運(yùn)動(dòng)飛機(jī)）非常重要，因?yàn)轱w行控制系統(tǒng)是飛機(jī)的“大腦”，其失效可能導(dǎo)致災(zāi)難性后果。余度設(shè)計(jì)大大提高了系統(tǒng)的可靠性、安全性和任務(wù)成功率。4.飛行員通過操縱盤或駕駛桿輸入的操縱指令（通常是角位移或力），首先被傳感器（如力矩傳感器）測量轉(zhuǎn)換成電信號。信號經(jīng)過濾波和初步處理，傳輸給飛行控制計(jì)算機(jī)（FCC）。FCC中的控制律根據(jù)指令信號和來自其他傳感器（如姿態(tài)、速度、高度等）的反饋信號，計(jì)算所需的控制輸出。計(jì)算結(jié)果被送往作動(dòng)器（如電動(dòng)或電液作動(dòng)器）。作動(dòng)器驅(qū)動(dòng)機(jī)械機(jī)構(gòu)（如副翼、升降舵、方向舵），改變舵面偏轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對飛行器姿態(tài)或軌跡的控制。五、計(jì)算題1.解：已知超調(diào)量σ_p=10%=0.1，上升時(shí)間t_r=1.5s。對于二階系統(tǒng)，超調(diào)量σ_p=exp(-ζπ/√(1-ζ^2))*100%。上升時(shí)間t_r=π/ω_d=π/[ω_n√(1-ζ^2)]，其中ω_d=ω_n√(1-ζ^2)是阻尼振蕩角頻率。由σ_p=10%，可得：0.1=exp(-ζπ/√(1-ζ^2)))。兩邊取自然對數(shù)：ln(0.1)=-ζπ/√(1-ζ^2))。解得：-2.3026=-ζπ/√(1-ζ^2))。①由t_r=1.5s，可得：1.5=π/[ω_n√(1-ζ^2)]。解得：ω_n√(1-ζ^2)=π/1.5=2π/3。②將①式兩邊平方：(2.3026)^2=(ζπ/√(1-ζ^2)))^2=>5.30=ζ^2π^2/(1-ζ^2)。解得：5.30(1-ζ^2)=ζ^2π^2=>5.30-5.30ζ^2=ζ^2π^2=>5.30=ζ^2(π^2+5.30)。ζ^2=5.30/(π^2+5.30)=5.30/(9.8696+5.30)=5.30/15.1696≈0.3494。ζ≈√0.3494≈0.591。將ζ≈0.591代入②式：ω_n√(1-0.591^2)=2π/3。ω_n√(1-0.3492)=2π/3=>ω_n√0.6508≈2π/3。ω_n≈(2π/3)/√0.6508≈(2π/3)/0.8067≈2.513/0.8067≈3.11rad/s。所以，阻尼比ζ≈0.591，自然頻率ω_n≈3.11rad/s。2.解：“1outof3”故障檢測邏輯的基本原理是利用多數(shù)表決機(jī)制。系統(tǒng)正常工作時(shí)，三個(gè)傳感器的輸出值應(yīng)基本一致或在一個(gè)允許的微小偏差范圍內(nèi)。當(dāng)其中某一個(gè)傳感器發(fā)生故障，其輸出值會(huì)顯著偏離正常值。通過比較三個(gè)傳感器的輸出，如果發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)或三個(gè)傳感器的輸出值相同（或非常接近），則認(rèn)為輸出不同的那個(gè)傳感器發(fā)生了故障，將其剔除，系統(tǒng)繼續(xù)使用剩余的正常傳感器（通常是兩個(gè)）進(jìn)行工作。具體到本例，正常輸出為S1=1.0°/s,S2=1.0°/s,S3=1.0°/s。故障后S1=1.0°/s,S2=1.0°/s,S3'=1.5°/s。S3'的值與S1和S2顯著不同。比較S1,S2和S3'，S1,S2值相同，S3'值不同。根據(jù)“1outof3”邏輯，判斷S3發(fā)生故障，應(yīng)剔除S3的輸出，系統(tǒng)基于S1和S2的值繼續(xù)工作。六、論述題（以下為論述內(nèi)容示例，可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整）飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)在航空運(yùn)動(dòng)領(lǐng)域需要在安全性、可靠性和成本之間進(jìn)行權(quán)衡。航空運(yùn)動(dòng)飛機(jī)通常追求較高的性能和較低的成本，但這與極端重視安全的要求可能存在矛盾。在設(shè)計(jì)時(shí)，必須將安全性放在首位。冗余系統(tǒng)雖然能顯著提高安全性，但會(huì)增加重量、復(fù)雜性和成本，對于追求輕量化的運(yùn)動(dòng)飛機(jī)可能不是必需的，或者會(huì)采用非全余度的設(shè)計(jì)（如雙余度或特定關(guān)鍵通道的冗余）。因此，需要在滿足適航要求（確?；景踩┑那疤嵯拢鶕?jù)飛機(jī)的用途和風(fēng)險(xiǎn)評估，選擇恰當(dāng)?shù)娜哂嗨胶凸收咸幚聿呗?。可靠性方面，需要保證系統(tǒng)在預(yù)期壽命內(nèi)的穩(wěn)定運(yùn)行，但過于復(fù)雜的系統(tǒng)可能引入新的故障模式。成本控制貫穿設(shè)計(jì)、制造、維