2025年大學(xué)航空航天工程（無人機(jī)研發(fā)）試題及答案

（考試時(shí)間：90分鐘滿分100分）班級(jí)______姓名______第I卷（選擇題共30分）答題要求：本卷共6小題，每小題5分。在每小題給出的四個(gè)選項(xiàng)中，只有一項(xiàng)是符合題目要求的。1.無人機(jī)飛行原理中，關(guān)于升力的產(chǎn)生，以下正確的是A.依靠發(fā)動(dòng)機(jī)直接產(chǎn)生升力B.通過機(jī)翼上下表面氣流速度差產(chǎn)生壓力差形成升力C.由機(jī)身形狀決定升力大小D.靠螺旋槳的拉力轉(zhuǎn)化為升力答案：B2.無人機(jī)的飛控系統(tǒng)主要功能不包括A.姿態(tài)穩(wěn)定與控制B.航線規(guī)劃C.發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力調(diào)節(jié)D.飛行數(shù)據(jù)記錄答案：C3.以下哪種材料常用于無人機(jī)機(jī)身制造，具有重量輕、強(qiáng)度高的特點(diǎn)A.鋁合金B(yǎng).鋼鐵C.木材D.陶瓷答案：A4.無人機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)中，哪種電機(jī)效率較高且適用于多旋翼無人機(jī)A.直流有刷電機(jī)B.直流無刷電機(jī)C.步進(jìn)電機(jī)D.交流異步電機(jī)答案：B5.關(guān)于無人機(jī)的通信鏈路，以下說法錯(cuò)誤的是A.常見的有無線射頻通信B.通信距離不受環(huán)境影響C.可采用衛(wèi)星通信增強(qiáng)覆蓋D.數(shù)據(jù)傳輸速率會(huì)影響飛行控制答案：B6.無人機(jī)的導(dǎo)航系統(tǒng)不包括以下哪項(xiàng)A.全球定位系統(tǒng)（GPS）B.慣性測(cè)量單元（IMU）C.氣壓高度計(jì)D.圖像傳感器答案：D第II卷（非選擇題共70分）（一）簡答題（共20分）答題要求：簡要回答問題，條理清晰，邏輯連貫。1.簡述無人機(jī)研發(fā)中空氣動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。（10分）要點(diǎn)包括合理設(shè)計(jì)機(jī)翼形狀，如采用翼型以優(yōu)化氣流流動(dòng)，提高升力系數(shù)；考慮機(jī)翼的展弦比，影響機(jī)翼效率和穩(wěn)定性；關(guān)注機(jī)身外形對(duì)氣流的影響，減少阻力；研究螺旋槳的空氣動(dòng)力學(xué)性能，確保高效產(chǎn)生拉力和推力等。2.說明無人機(jī)飛控系統(tǒng)中姿態(tài)控制的原理。（10分）飛控系統(tǒng)通過IMU感知無人機(jī)的姿態(tài)信息，如俯仰、滾轉(zhuǎn)和偏航角度。根據(jù)預(yù)設(shè)的姿態(tài)目標(biāo)，計(jì)算偏差，然后通過控制電機(jī)轉(zhuǎn)速來調(diào)整無人機(jī)各旋翼的拉力，改變合力的大小和方向，從而糾正姿態(tài)偏差，使無人機(jī)保持穩(wěn)定的飛行姿態(tài)。（二）分析題（共20分）答題要求：對(duì)給定的問題進(jìn)行深入分析，闡述觀點(diǎn)和理由。1.分析多旋翼無人機(jī)與固定翼無人機(jī)在飛行性能上的差異及各自適用場(chǎng)景。（10分）多旋翼無人機(jī)垂直起降靈活，可懸停，適合近距離、小范圍的作業(yè)，如航拍、室內(nèi)物流配送等。但其飛行速度相對(duì)較慢，續(xù)航能力有限。固定翼無人機(jī)飛行速度快，續(xù)航長，適合長距離偵察、測(cè)繪等任務(wù)，但起降需要跑道等條件，靈活性較差。2.分析無人機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)中電池技術(shù)對(duì)無人機(jī)性能的影響。（10分）電池能量密度影響無人機(jī)續(xù)航，能量密度高可使無人機(jī)飛行更遠(yuǎn)時(shí)間。電池放電倍率關(guān)系到無人機(jī)的瞬間動(dòng)力輸出，高放電倍率能讓無人機(jī)快速響應(yīng)動(dòng)作，提升機(jī)動(dòng)性。電池的重量和體積也影響無人機(jī)整體的負(fù)載能力和飛行效率，較輕較小的電池有利于提高無人機(jī)性能。（三）設(shè)計(jì)題（共15分）答題要求：根據(jù)題目要求進(jìn)行無人機(jī)相關(guān)的設(shè)計(jì)闡述。設(shè)計(jì)一款用于農(nóng)業(yè)植保的無人機(jī)，簡述其主要設(shè)計(jì)參數(shù)和功能特點(diǎn)。（15分）設(shè)計(jì)參數(shù)：采用四旋翼布局，機(jī)身選用輕質(zhì)高強(qiáng)度復(fù)合材料。配備高精度GPS用于定位，飛行高度可在1-5米靈活調(diào)整。農(nóng)藥箱容量5升，可滿足一定面積農(nóng)田作業(yè)。續(xù)航時(shí)間2小時(shí)左右。功能特點(diǎn)：具備自動(dòng)航線規(guī)劃功能，可根據(jù)農(nóng)田形狀和面積規(guī)劃高效作業(yè)航線。能精準(zhǔn)控制農(nóng)藥噴灑量，通過傳感器感知農(nóng)作物生長情況和地形，調(diào)整噴灑參數(shù)，確保農(nóng)藥均勻覆蓋且不浪費(fèi)。（四）材料分析題（共10分）答題材料：在無人機(jī)研發(fā)過程中，某團(tuán)隊(duì)遇到了無人機(jī)在強(qiáng)風(fēng)環(huán)境下飛行姿態(tài)不穩(wěn)定的問題。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，無人機(jī)的外形設(shè)計(jì)導(dǎo)致在強(qiáng)風(fēng)作用下產(chǎn)生較大的側(cè)向力，影響了飛行姿態(tài)。同時(shí)，飛控系統(tǒng)對(duì)這種復(fù)雜氣流環(huán)境的適應(yīng)性不足。答題要求：分析該問題產(chǎn)生的原因，并提出改進(jìn)措施。原因分析：無人機(jī)外形設(shè)計(jì)不合理，未充分考慮強(qiáng)風(fēng)環(huán)境下的氣流特性，導(dǎo)致側(cè)向力過大。飛控系統(tǒng)算法和參數(shù)設(shè)置未針對(duì)強(qiáng)風(fēng)環(huán)境優(yōu)化調(diào)整，不能有效處理復(fù)雜氣流帶來的干擾。改進(jìn)措施：重新設(shè)計(jì)無人機(jī)外形，采用更符合空氣動(dòng)力學(xué)原理的形狀，減少側(cè)向力產(chǎn)生。對(duì)飛控系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)優(yōu)化，增加對(duì)強(qiáng)風(fēng)環(huán)境的自適應(yīng)算法，提高其在復(fù)雜氣流下的姿態(tài)控制能力。（五）綜合應(yīng)用題（共5分）答題材料：已知一款無人機(jī)的最大起飛重量為5千克，搭載了一臺(tái)功率為1000瓦的電機(jī)，電池容量為5000毫安時(shí)，電壓為25.2伏。在一次飛行測(cè)試中，記錄了不同飛行階段的功率消耗情況。假設(shè)飛行過程中空氣密度為1.225千克/立方米，無人機(jī)的升力系數(shù)為0.5，機(jī)翼面積為0.5平方米。答題要求：根據(jù)上述材料，計(jì)算該無人機(jī)在某一時(shí)刻保持懸停時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速（假設(shè)電機(jī)效率為80%）。首先計(jì)算懸停時(shí)所需的拉力F，根據(jù)重力公式F=mg（m為無人機(jī)質(zhì)量，g取9.8N/kg），最大起飛重量5千克，F(xiàn)=5×9.8=49N。根據(jù)升力公式F=C×ρ×V2×S/2（C為升力系數(shù)，ρ為空氣密度，V為氣流速度，S為機(jī)翼面積），懸停時(shí)氣流速度V與電機(jī)轉(zhuǎn)速相關(guān)，設(shè)電機(jī)轉(zhuǎn)速為n，電機(jī)功率P=F×V/η（η為電機(jī)效率），P=1000瓦，η=0.8，F(xiàn)=49N，可得V=P×η/F=1000×0.8/49≈16.33m/s。再由升力公式可得V2=2