無人機理論知識技能競賽考試題庫附完整答案詳解一、單項選擇題（每題2分，共30分）1.多旋翼無人機在懸停狀態(tài)下，若突然一側(cè)電機失效，飛控最優(yōu)先執(zhí)行的應急動作是A.立即關(guān)閉全部電機B.提高對側(cè)電機轉(zhuǎn)速以恢復姿態(tài)平衡C.啟動自動返航D.進入自旋下降模式答案：B2.某型固定翼無人機翼展2.4m，平均弦長0.3m，使用ClarkY翼型，在標準大氣下以15m/s平飛，升力系數(shù)0.8，空氣密度1.225kg/m3，其理論升力最接近A.63NB.95NC.127ND.159N答案：C解析：L=?ρV2SCL，S=2.4×0.3=0.72m2，L=0.5×1.225×152×0.72×0.8≈127N。3.下列關(guān)于鋰聚合物電池放電倍率的說法正確的是A.放電倍率10C表示電池可在1/10小時內(nèi)放完額定容量B.放電倍率越高，電池內(nèi)阻發(fā)熱越小C.持續(xù)放電倍率超過標稱值會縮短循環(huán)壽命D.放電倍率與電池能量密度成正比答案：C4.在GNSS/INS組合導航中，當無人機進入城市峽谷導致GPS信號多路徑嚴重時，EKF最可靠的外部觀測量切換策略是A.僅用氣壓計高度替代GPS高度B.啟用視覺里程計速度作為橫向速度觀測C.關(guān)閉GPS，純慣性推算D.提高GPS位置噪聲協(xié)方差矩陣權(quán)重答案：B5.某多旋翼采用前饋+PID角速度環(huán)，若前饋增益過大，最可能出現(xiàn)的現(xiàn)象是A.電機低溫燒毀B.角速度響應出現(xiàn)超調(diào)振蕩C.遙控器搖桿中位死區(qū)擴大D.電池電壓回生答案：B6.根據(jù)《民用無人駕駛航空器實名制登記管理規(guī)定》，最大起飛重量大于等于多少克的無人機必須進行實名登記？A.150gB.250gC.500gD.1000g答案：B7.在MissionPlanner中設置地理圍欄時，若“RTL”動作半徑小于“Failsafe”半徑，產(chǎn)生的邏輯沖突表現(xiàn)為A.無法解鎖B.進入圍欄瞬間立即降落C.反復觸發(fā)RTL與Failsafe切換D.自動變?yōu)榉岛饺缓罄^續(xù)任務答案：C8.固定翼無人機進行螺旋改出時，首要操縱順序是A.方向舵中立→副舵反螺旋→推桿俯沖B.油門怠速→副舵中立→方向舵反螺旋C.副舵反螺旋→方向舵中立→松桿回正D.方向舵反螺旋→副舵中立→松桿回正答案：D9.多旋翼電機KV值由1000KV更換為1200KV，電池電壓不變，螺旋槳保持不變，則A.電機轉(zhuǎn)速下降，電流減小B.電機轉(zhuǎn)速上升，電流增大C.電機轉(zhuǎn)速上升，電流減小D.電機轉(zhuǎn)速下降，電流增大答案：B10.下列關(guān)于無人機電磁兼容性（EMC）設計錯誤的是A.GPS模塊遠離功率走線B.高速信號采用90°直角走線降低阻抗C.分設數(shù)字地與模擬地單點接地D.電機PWM信號使用雙絞屏蔽線答案：B11.在Pixhawk4飛控中，若安全開關(guān)LED快閃紅色，最可能原因是A.未插入SD卡B.指南針未校準C.電池電壓低于3.2V/片D.GPS未定位答案：A12.某任務要求無人機在海拔4000m高原起飛，環(huán)境溫度10℃，與標準大氣相比，螺旋槳拉力下降的主要原因是A.空氣密度降低B.電池內(nèi)阻升高C.電機磁鋼退磁D.螺旋槳雷諾數(shù)升高答案：A13.使用RTK定位時，基站與移動站之間最大作業(yè)距離一般不超過A.1kmB.5kmC.10kmD.50km答案：C14.固定翼無人機進行“S”形航線轉(zhuǎn)彎時，為減小轉(zhuǎn)彎半徑同時保持高度，應A.增大坡度并提高速度B.減小坡度并降低速度C.增大坡度并降低速度D.減小坡度并提高速度答案：C15.多旋翼在風洞中測試，當來流速度達到8m/s時出現(xiàn)機體抖動，最可能耦合的振動模態(tài)是A.螺旋槳一階揮舞與機體俯仰模態(tài)B.電機電磁激勵與機臂扭轉(zhuǎn)模態(tài)C.飛控IMU采樣頻率與槳葉通過頻率D.電池質(zhì)量擺振與航向模態(tài)答案：A二、多項選擇題（每題3分，共30分；每題至少有兩個正確答案，多選少選均不得分）16.下列哪些措施可有效降低多旋翼電機PWM信號諧波干擾A.提高PWM頻率至24kHz以上B.在MOSFET柵極串聯(lián)10Ω電阻C.使用屏蔽罩封閉ESCD.在電源端并聯(lián)低ESR陶瓷電容答案：ABD17.關(guān)于固定翼無人機縱向靜穩(wěn)定性，正確的有A.重心前移會增大靜穩(wěn)定裕度B.水平尾翼面積增大將減小俯仰阻尼C.機翼后掠角增大會降低縱向靜穩(wěn)定D.拉升降舵產(chǎn)生負俯仰力矩答案：AD18.下列哪些傳感器可用于無人機室內(nèi)無GNSS懸停A.向下單目視覺+IMUB.UWB超寬帶定位C.激光雷達SLAMD.氣壓計答案：ABC19.在Pixhawk中使用DroneCAN協(xié)議連接ESC的優(yōu)勢包括A.雙向傳輸轉(zhuǎn)速與電流數(shù)據(jù)B.降低PWM信號線束重量C.支持在線固件升級D.無需校準油門行程答案：ABC20.某多旋翼在滿載懸停時總電流60A，使用6S16000mAh15C電池，下列說法正確的有A.理論懸停時間約16minB.放電倍率3.75CC.電池持續(xù)放電電流上限240AD.若保留20%電量，安全飛行時間約12.8min答案：BCD21.關(guān)于無人機紅外熱成像云臺應用，正確的有A.氧化釩探測器需TEC制冷B.長波紅外可穿透玻璃C.熱靈敏度NETD越小圖像越清晰D.高幀頻模式可降低運動模糊答案：ACD22.下列哪些屬于《民用無人駕駛航空器系統(tǒng)空中交通管理辦法》中規(guī)定的飛行申請內(nèi)容A.任務性質(zhì)與飛行范圍B.無人機保險憑證號C.應急程序與失聯(lián)預案D.飛行員血型信息答案：ABC23.固定翼無人機采用鴨式布局的優(yōu)點有A.提高大迎角升力B.減小配平阻力C.降低縱向靜穩(wěn)定裕度D.改善失速特性答案：ABD24.多旋翼電池內(nèi)阻增大會導致A.懸停時間縮短B.電壓回生幅度增大C.電調(diào)低壓保護提前觸發(fā)D.電機最高轉(zhuǎn)速升高答案：AC25.下列關(guān)于無人機數(shù)據(jù)鏈加密的說法正確的有A.AES256比AES128計算延遲高B.跳頻技術(shù)可提高抗干擾能力C.公鑰加密適合實時圖傳D.使用SBUS協(xié)議默認已加密答案：AB三、判斷題（每題1分，共10分；正確打“√”，錯誤打“×”）26.多旋翼槳葉越輕，其陀螺效應越小，因此更適合高動態(tài)特技飛行。答案：√27.固定翼無人機失速速度隨重量增加而減小。答案：×28.在ArduPilot中，設置參數(shù)ARMING_CHECK=0可完全跳過所有解鎖檢查，因此推薦用于比賽飛行。答案：×29.無人機槳葉雷諾數(shù)低于50000時，升力系數(shù)線性段斜率會顯著下降。答案：√30.使用Liion18650電池比LiPo能量密度高，但持續(xù)放電倍率低。答案：√31.無人機電機軸承若出現(xiàn)Brinell壓痕，會在低速時產(chǎn)生可聽見的周期性異音。答案：√32.在QGroundControl中，可通過“GeoFence”設置禁飛區(qū)為任意多邊形。答案：√33.固定翼無人機使用反向推力降落時，螺旋槳效率為負值，因此功率計算結(jié)果也為負。答案：√34.多旋翼ESC支持DShot600協(xié)議時，控制信號刷新周期固定為600Hz。答案：×解析：DShot600比特速率為600kbps，刷新周期約1.6kHz。35.無人機機載計算機使用ROS2DDS中間件時，同一網(wǎng)絡內(nèi)不同域ID節(jié)點仍可互相發(fā)現(xiàn)。答案：×四、填空題（每空2分，共20分）36.某多旋翼總重12kg，懸停時電機效率8g/W，則懸停功率約為________W，若使用6S電池，平均電流約為________A。（保留整數(shù)）答案：1500，6837.固定翼無人機巡航升阻比為12，重量80N，則巡航所需推力為________N；若電池總能量180Wh，系統(tǒng)總效率70%，理論巡航時間為________h。答案：6.67，2138.在Pixhawk中，參數(shù)MPC_XY_CRUISE代表________最大速度，單位________。答案：水平，m/s39.無人機磁羅盤校準后，偏移量存儲于參數(shù)________中，若該參數(shù)X軸絕對值大于________，則認為校準異常需重新校準。答案：COMPASS_OFS_X，60040.激光雷達測距方程中，接收功率與距離平方成________比，與目標反射率成________比。答案：反，正五、簡答題（每題10分，共30分）41.描述多旋翼無人機“電機溫度異常升高”故障樹分析頂層事件、中間事件及基本事件，并給出三條最小割集。答案：頂層事件：電機溫度異常升高中間事件：散熱不足、電流過大、環(huán)境溫度高基本事件：散熱片脫落、螺旋槳超重、ESC輸出PWM占空比飽和、電池電壓驟降導致電流攀升、陽光直射黑色電機外殼、機臂導熱墊老化最小割集：{散熱片脫落}{螺旋槳超重，ESC輸出PWM占空比飽和}{陽光直射黑色電機外殼，機臂導熱墊老化}42.說明固定翼無人機“Phugoid”長周期振蕩的物理成因，并給出兩種抑制措施。答案：成因：飛機受擾后勢能與動能交換，表現(xiàn)為高度與速度反相振蕩；由于縱向靜穩(wěn)定力矩使飛機趨向恢復迎角，但阻尼不足導致能量在高度與速度間周期性轉(zhuǎn)換。抑制：1.增加俯仰阻尼——加大水平尾翼面積或采用T尾；2.引入速度俯仰角速率反饋，飛控通過升降舵提前施加阻尼力矩。43.簡述RTKGNSS中“整周模糊度”概念，并說明無人機動態(tài)環(huán)境下快速固定整周模糊度的兩種算法。答案：整周模糊度：載波相位測量值中未知的整數(shù)周波數(shù)N，只有正確固定N才能獲得厘米級定位。算法：1.LAMBDA（LeastsquaresAMBiguityDecorrelationAdjustment）通過Z變換降低模糊度空間相關(guān)性，加速搜索；2.Kalman濾波+運動約束，利用無人機加速度模型預測模糊度浮點解，縮短收斂時間。六、計算題（每題15分，共30分）44.一架四旋翼無人機單槳半徑0.2m，槳葉solidityσ=0.08，懸停時槳尖速度180m/s，空氣密度1.225kg/m3，假設理想均勻誘導速度模型，求：（1）單槳推力；（2）懸停整機重量；（3）若改用直徑增加10%槳葉，推力提升百分比。（提示：T=2πρr2v_i√(v_i2+(ωr)2)可簡化為T≈πr2ρ(ωr)2σC_T，取C_T=0.008）答案：（1）ωr=180m/s，C_T=0.008，T=π×0.22×1.225×1802×0.08×0.008≈2.54N（2）四槳總推力≈10.2N，整機重量≈1.04kg（3）直徑增加10%，半徑變?yōu)?.1倍，面積增21%，推力增21%。45.某固定翼無人機質(zhì)量5kg，翼展2m，平均弦長0.25m，巡航速度20m/s，零升阻力系數(shù)C_D0=0.025，奧斯瓦爾德效率因子e=0.85，求：（1）升力系數(shù)C_L；（2）升阻比最大時的C_L；（3）對應最大升阻比；（4）若電池可用能量150Wh，推進系統(tǒng)總效率65%，求最大續(xù)航時間。（g=9.8m/s2，ρ=1.225kg/m3）答案：（1）S=2×0.25=0.5m2，L=mg=49N，C_L=2L/(ρV2S)=2×49/(1.225×202×0.5)=0.80（2）C_L,opt=√(π·A·e·C_D0)，A=b2/S=8，C_L,opt=√(π×8×0.85×0.025)=0.73（3）(L/D)max=1/√(4C_D0/(πAe))=1/√(4×0.025/(π×8×0.85))=14.6（4）P_min=L/(L/D)max/η=49/14.6/0.65=5.17W，t=E/P=150/5.17≈29h七、綜合設計題（20分）46.設計一款用于山區(qū)長距離巡檢的垂直起降固定翼無人機，要求：a.任務半徑≥100km，巡航速度22m/s，單架次巡檢時間≥3h；b.起降場地為3m×3m平臺，海拔2500m，風速08m/s；c.搭載1kg三軸光電云臺，功耗15W；d.具備冗余導航與鏈路中斷自動返航功能。請給出：（1）總體布局簡圖與動力形式；（2）機翼與尾翼主要參數(shù)（翼載、展