2025年(航空航天工程師)航空航天技術(shù)試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共30分）1.在地球同步軌道（GEO）上，衛(wèi)星保持對地靜止所需的最小軌道傾角為A.0°??B.5°??C.23.5°??D.90°答案：A2.某型液氧煤油發(fā)動機(jī)采用燃?xì)獍l(fā)生器循環(huán)，其渦輪泵入口壓力由下列哪一組件直接提供A.高壓氦氣瓶??B.推進(jìn)劑貯箱增壓系統(tǒng)??C.渦輪排氣引射器??D.主副單向閥答案：B3.對于碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料層合板，在[0/45/90/45]s鋪層中，90°層主要承受A.面內(nèi)剪切??B.橫向拉伸??C.縱向壓縮??D.層間剝離答案：B4.在再入走廊設(shè)計中，若將彈道系數(shù)β增大，則峰值熱流密度qpeak與總加熱量Qtotal的變化規(guī)律為A.qpeak↑Qtotal↓??B.qpeak↓Qtotal↑??C.qpeak↑Qtotal↑??D.qpeak↓Qtotal↓答案：A5.采用星間鏈路（ISL）的導(dǎo)航星座，其時鐘同步誤差主要來源不包括A.相對論效應(yīng)??B.電離層延遲??C.衛(wèi)星軌道機(jī)動??D.地面站天線相位中心漂移答案：D6.在霍爾電推進(jìn)系統(tǒng)中，下列參數(shù)對推力密度影響最小的是A.磁場強(qiáng)度??B.放電電壓??C.推進(jìn)劑原子質(zhì)量??D.陰極發(fā)射電流答案：C7.某火星進(jìn)入下降著陸（EDL）任務(wù)采用超音速降落傘，其開傘馬赫數(shù)上限主要受限于A.傘繩熱熔斷??B.傘衣激波振蕩??C.動態(tài)壓力q∞??D.開傘動載系數(shù)CdS答案：B8.在飛機(jī)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測中，采用壓電晶片（PZT）陣列進(jìn)行Lamb波損傷成像，其分辨率極限由A.波速頻散??B.傳感器間距λ/2??C.激勵頻率f??D.結(jié)構(gòu)厚度t答案：B9.對于采用激光粉末床熔融（LPBF）制造的Ti6Al4V支架，下列后處理工藝對疲勞壽命提升最顯著的是A.熱等靜壓（HIP）??B.陽極氧化??C.噴丸強(qiáng)化??D.化學(xué)銑切答案：A10.在北斗三號衛(wèi)星上，實現(xiàn)星間鏈路Ka波段相控陣天線波束指向精度優(yōu)于0.1°的關(guān)鍵技術(shù)是A.星敏感器實時定姿??B.陀螺組合積分??C.地基校準(zhǔn)站上行修正??D.星載數(shù)字波束形成（DBF）答案：D11.某型高超聲速飛行器采用碳碳復(fù)合材料前緣，其氧化燒蝕率隨飛行高度降低而增加的根本原因是A.氧分壓升高??B.壁面溫度升高??C.催化復(fù)合加劇??D.邊界層轉(zhuǎn)捩答案：A12.在火箭垂直回收制導(dǎo)中，采用凸優(yōu)化（LosslessConvexification）方法的核心優(yōu)勢是A.保證全局最優(yōu)??B.實時求解≤20ms??C.無需線性化??D.支持非凸約束答案：B13.對于國際空間站（ISS）的軌道維持，采用進(jìn)步號貨運(yùn)飛船主發(fā)動機(jī)單次抬升ΔV≈2m/s，則其對應(yīng)軌道高度提升約為A.0.35km??B.1.1km??C.3.2km??D.5.0km答案：B14.在航空發(fā)動機(jī)渦輪葉片內(nèi)部，采用蛇形通道加氣膜冷卻，其綜合冷卻效率ε的定義為A.(TgTw)/(TgTc)??B.(TgTc)/(TgTw)??C.(TwTc)/(TgTc)??D.(TgTw)/(TwTc)答案：A15.采用量子重力梯度儀進(jìn)行機(jī)載地球觀測時，其測量靈敏度與飛行器速度v的關(guān)系近似為A.∝v1/2??B.∝v1/2??C.∝v1??D.與v無關(guān)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.關(guān)于深空探測器三軸姿態(tài)穩(wěn)定，下列哪些因素會引入周期性擾動扭矩A.太陽輻射壓不對稱??B.高增益天線指向擺動??C.推進(jìn)劑晃動??D.星體剩磁與行星磁場耦合答案：A、C、D17.在火箭級間分離設(shè)計中，采用“冷分離”相對于“熱分離”的優(yōu)勢包括A.降低分離沖擊??B.省卻反推火箭??C.減小氣動干擾??D.提高上面級比沖答案：A、C18.下列關(guān)于火星大氣進(jìn)入段導(dǎo)航濾波算法的描述，正確的有A.慣導(dǎo)/無線電測距組合可抑制初始狀態(tài)誤差??B.僅用慣性測量單元（IMU）即可滿足著陸橢圓<10km??C.火星大氣密度不確定度>30%時需采用自適應(yīng)濾波??D.地形相對導(dǎo)航（TRN）在>30km高度即可啟用答案：A、C19.在大型復(fù)合材料機(jī)翼盒段制造中，自動鋪絲（AFP）工藝常見的缺陷類型有A.間隙/重疊??B.橋接??C.富脂??D.纖維屈曲答案：A、B、C、D20.關(guān)于電推進(jìn)系統(tǒng)羽流污染，下列說法正確的有A.離子濺射可改變太陽電池玻璃蓋片透射率??B.中性氣體回流會污染星敏感器鏡頭??C.采用碳網(wǎng)格可降低濺射產(chǎn)額??D.增大加速電壓可減小羽流發(fā)散角答案：A、B、D21.在超音速民機(jī)音爆最小化設(shè)計中，下列措施可有效降低遠(yuǎn)場N波強(qiáng)度A.機(jī)身長度延長??B.機(jī)翼前緣鈍度增加??C.采用“箭形”布局??D.優(yōu)化升力分布呈橢圓答案：A、C、D22.關(guān)于空間站微重力環(huán)境，下列現(xiàn)象由表面張力主導(dǎo)的有A.液橋振蕩??B.毛細(xì)爬升??C.浮力對流消失??D.液滴合并答案：A、B、D23.在衛(wèi)星星座軌道攝動長期演化中，地球J2項會導(dǎo)致A.近地點(diǎn)幅角ω長期變化??B.升交點(diǎn)赤經(jīng)Ω進(jìn)動??C.軌道傾角i短期振蕩??D.偏心率e周期性變化答案：A、B24.采用金屬橡膠（MetalRubber）減振器用于航天器太陽電池陣展開鎖定，其優(yōu)點(diǎn)包括A.耐高低溫交變??B.阻尼比可調(diào)??C.抗輻射性能優(yōu)??D.可重復(fù)折疊>1000次答案：A、B、D25.在火箭發(fā)動機(jī)噴管擴(kuò)張段，采用“多孔壁+氣膜”防熱方案時，需考慮的關(guān)鍵耦合問題有A.氣膜與主流剪切層失穩(wěn)??B.冷卻孔堵塞導(dǎo)致局部過熱??C.氣膜流量對推力系數(shù)影響??D.孔排布置對側(cè)向載荷放大答案：A、B、C、D三、計算題（共40分）26.（10分）某型運(yùn)載火箭一級采用5臺液氧煤油發(fā)動機(jī)，海平面總推力7.6MN，海平面比沖285s。起飛級推進(jìn)劑總質(zhì)量420t，結(jié)構(gòu)質(zhì)量35t，有效載荷質(zhì)量10t。忽略氣動阻力與重力損失，求：（1）起飛推重比；（2）理論速度增量ΔV（m/s）；（3）若實際ΔV為2900m/s，求等效重力損失與氣動阻力之和對應(yīng)的ΔVloss。解答：（1）起飛重量W0=(420+35+10)×9.81=4.54×10^6N推重比=7.6×10^6/4.54×10^6=1.67（2）質(zhì)量比R=(420+35+10)/(35+10)=465/45=10.33理論ΔV=Isp·g0·lnR=285×9.81×ln10.33=285×9.81×2.335=6520m/s（3）ΔVloss=65202900=3620m/s答案：（1）1.67??（2）6520m/s??（3）3620m/s27.（10分）火星進(jìn)入器質(zhì)量m=2800kg，進(jìn)入界面速度vE=5.4km/s，當(dāng)?shù)卮髿饷芏圈?0.015kg/m3，參考面積S=15.2m2，升阻比L/D=0.24，彈道系數(shù)β=m/(Cd·S)=145kg/m2。若要求峰值減速過載≤4g，求：（1）最大允許Cd值；（2）對應(yīng)的最小開傘高度hmin（忽略升力、重力與行星曲率，取gMars=3.71m/s2）。解答：（1）峰值過載nmax=ρv2/(2βgM)≤4gM?v2≤8βgM2/ρ=8×145×3.712/0.015=1.06×10^6?v≤1030m/s由能量守恒：?mvE2=?mv2+mghmin?hmin=(vE2v2)/(2gM)=(5400210302)/(2×3.71)=3.87×10^6/7.42≈522km（2）由β=m/(Cd·S)?Cd=2800/(145×15.2)=1.27答案：（1）Cd≤1.27??（2）hmin≈52km（考慮連續(xù)減速區(qū)，實際開傘高度約52km）28.（10分）地球低軌衛(wèi)星太陽電池陣采用三結(jié)GaAs，面積A=18m2，效率η=30%，太陽常數(shù)S=1367W/m2，全年β角變化±30°，蓄電池組Liion容量C=150Ah，平均放電深度DoD=35%，充電效率ηc=95%，放電效率ηd=92%。若衛(wèi)星平均功率Pavg=2800W，求：（1）考慮β角的最小日照功率Pmin；（2）陰影期最長34min時，蓄電池能否滿足供電；（3）若采用50Ah電池單體，需并聯(lián)支路數(shù)N。解答：（1）Pmin=A·S·η·cos30°=18×1367×0.30×0.866=6.38kW（2）陰影耗能Esh=Pavg·tsh/ηd=2800×34×60/0.92=6.19×10^6J電池可用能量Ebat=C·V·DoD·ηd，取V=28VEbat=150×3600×28×0.35×0.92=4.86×10^6J6.19×10^6>4.86×10^6，故不滿足（3）需擴(kuò)容至C’=Esh/(V·DoD·ηd)=6.19×10^6/(28×0.35×0.92)=687AhN=687/50=13.7→取14并答案：（1）6.38kW??（2）不滿足??（3）14并29.（10分）高超聲速飛行器前緣半徑Rn=2mm，飛行高度H=30km，速度v=6km/s，大氣溫度T=226.5K，密度ρ=0.018kg/m3，比熱比γ=1.4，Pr=0.71，恢復(fù)因子r=√Pr。求：（1）駐點(diǎn)溫度T0；（2）若壁面溫度Tw=1800K，輻射平衡條件下表面發(fā)射率ε需滿足（σ=5.67×10^8W/m2K?）。解答：（1）T0=T(1+r(γ1)Ma2/2)，Ma=v/√(γRT)=6000/√(1.4×287×226.5)=19.8T0=226.5(1+0.84×0.4×19.82/2)=226.5×66.2=15000K（2）輻射平衡：εσTw?=σT0??ε=(T0/Tw)?=(15000/1800)?=4.82×10^3實際不可能，需考慮對流熱流qc=hc(T0Tw)，令qc=εσTw?hc≈ρvcpSt，St≈0.6Re^0.5Pr^0.6，取Re=ρvRn/μ=0.018×6000×0.002/1.8×10^5=1.2×10^4St=0.6×(1.2×10^4)^0.5×0.71^0.6=0.006hc=0.018×6000×1008×0.006=653W/m2Kε=hc(T0Tw)/(σTw?)=653×13200/(5.67×10^8×1800^4)=0.83答案：（1）15000K??（2）ε≥0.83四、綜合設(shè)計題（共50分）30.（25分）設(shè)計一款面向2028年發(fā)射的木星冰月探測器（JIMO）核電力推進(jìn)系統(tǒng)，要求：a)總干質(zhì)量≤2800kg（含核電源）；b)有效載荷≥150kg；c)從地球逃逸至木星捕獲時間≤4年；d)木星捕獲ΔV≤900m/s；e)推進(jìn)系統(tǒng)比沖≥4000s，功率≥40kW。請給出：（1）任務(wù)軌道與ΔV預(yù)算（含地球逃逸、行星際巡航修正、木星捕獲）；（2）核電源與電推進(jìn)系統(tǒng)拓?fù)鋱D，注明功率分配、散熱方案；（3）推進(jìn)劑質(zhì)量與貯箱方案（選用氙或氬，給出質(zhì)量估算與貯箱壁厚）；（4）輻射防護(hù)策略（對探測器電子學(xué)、有效載荷、地球生物圈）；（5）故障降級模式（單臺推力器失效、核電源功率驟降50%、散熱器微流星穿透）。參考答案要點(diǎn)：（1）采用地球火星地球木星借力序列，總ΔV=3.2km/s，其中地球逃逸C3=80km2/s2，深空機(jī)動0.8km/s，木星捕獲900m/s由電推進(jìn)緩慢完成。（2）拓?fù)洌汉朔磻?yīng)堆→斯特林發(fā)電機(jī)→高壓母線→40kW霍爾集群（4×10kW）→氙貯箱→推力矢量。散熱：可展開式高溫?zé)峁?鉀環(huán)路輻射器，面積42m2，運(yùn)行溫度650K。（3）氙貯量450kg，貯箱鈦合金Ti6Al4V，內(nèi)徑1.2m，壁厚2.5mm，纖維纏繞+鈦襯里，安全系數(shù)2.0，質(zhì)量28kg。（4）防護(hù)：鎢水層屏蔽，厚度8cm，劑量<100krad(Si)；木星輻射帶采用10mm鋁等效+局部鉭加厚；發(fā)射段采用RTG級密封，滿足NASASTD3001CategoryB。（5）降級：單臺推力器失效，剩余三臺重構(gòu)推力矢量，任務(wù)時間延長6個月；功率驟降50%，采用雙?；魻柕凸β矢弑葲_模式，時間延長9個月；散熱器穿透，關(guān)閉受損回路，功率降至30kW，仍滿足科學(xué)目標(biāo)。31.（25分）某型可重復(fù)使用空天飛機(jī)一子級，采用渦輪基沖壓組合（TBCC）動力，起飛質(zhì)量m0=180t，返場著陸質(zhì)量mf=28t，水平著陸速度vl=95m/s，升阻比L/D=4.5，減速傘阻力系數(shù)CdS=28m2，跑道可用長度L=2.4km。要求：a)給出返場能量管理（EM）剖面，含能量高度、速度高度走廊；b)計算無剎車