2026年航空航天新材料與新技術研究題一、單選題（共10題，每題2分，合計20分）1.某型戰(zhàn)斗機為減輕結構重量，選用了一種新型復合材料。該材料的密度為1.6g/cm3，強度比強度（強度/密度）是鋼的5倍。若該材料的拉伸強度為1200MPa，鋼的密度為7.85g/cm3，則該材料的比強度約為多少MPa·cm3？A.6000B.7500C.9000D.105002.某航天器在軌工作時，表面需承受極端溫度變化。以下哪種材料最適合用于該場景的熱防護系統(tǒng)（TPS）？A.鋁合金（Al-Al-Mg-Mn）B.碳纖維增強碳化硅（C/C-SiC）C.高密度聚乙烯（HDPE）D.不銹鋼（304）3.某型號運載火箭的發(fā)動機噴管喉襯材料需承受高達3000K的燃氣溫度。以下哪種陶瓷基復合材料最適合該應用？A.氮化硅（Si?N?）基復合材料B.碳化鎢（WC）涂層鋼C.石墨烯增強氧化鋁（GO-Al?O?）D.碳化硼（B?C）纖維增強復合材料4.某新型金屬基復合材料（MMC）由鈦合金基體和碳化硅顆粒增強。若該材料的楊氏模量為200GPa，基體楊氏模量為110GPa，增強體楊氏模量為450GPa，且增強體體積分數(shù)為30%，則該復合材料的楊氏模量（基于混合規(guī)則）約為多少GPa？A.140B.160C.180D.2005.某空間站部件需在微重力環(huán)境下長期服役，材料需具備優(yōu)異的疲勞性能。以下哪種材料最符合要求？A.鎳基高溫合金（Inconel718）B.鎂合金（AZ91）C.鈦合金（Ti-6Al-4V）D.高強度鋼（Maraging300）6.某無人機旋翼材料需兼顧輕質與高韌性。以下哪種材料最適合該應用？A.玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂（GFRP）B.鎂合金（Mg-6Al-1Zn）C.碳纖維增強聚合物（CFRP）D.鈦合金（Ti-5553）7.某新型透明陶瓷材料需用于航天器觀測窗口，要求透光率>99%，且抗輻照性能優(yōu)異。以下哪種材料最符合要求？A.氧化鋯（ZrO?）多晶B.氮化硅（Si?N?）玻璃陶瓷C.氟化鎂（MgF?）晶體D.碳化硅（SiC）纖維增強玻璃8.某火箭發(fā)動機冷卻通道采用金屬基復合材料（MMC），基體為銅合金，增強體為碳化硅顆粒。若該材料的導熱系數(shù)為300W/(m·K)，基體導熱系數(shù)為400W/(m·K)，增強體導熱系數(shù)為120W/(m·K)，且增強體體積分數(shù)為25%，則該復合材料的導熱系數(shù)（基于混合規(guī)則）約為多少W/(m·K)？A.340B.360C.380D.4009.某新型高溫合金用于航空發(fā)動機渦輪葉片，需在1200℃下長期服役。以下哪種合金最適合該應用？A.鎳基高溫合金（HastelloyX）B.鉻鎳鐵合金（310S）C.鈷基合金（Stellite6）D.銀基合金（Incoloy901）10.某航天器太陽能電池板需在軌高效轉換太陽光，材料需具備高透光率與抗輻射性。以下哪種材料最適合該應用？A.多晶硅（Polysilicon）B.非晶硅（AmorphousSilicon）C.碲化鎘（CdTe）薄膜D.銅銦鎵硒（CIGS）薄膜二、多選題（共5題，每題3分，合計15分）1.以下哪些材料屬于先進高溫合金的典型代表？A.鎳基高溫合金（如Inconel625）B.鉻鎳鐵合金（如310S）C.鈷基合金（如Stellite21）D.鈦基高溫合金（如Ti-6Al-4V）2.以下哪些材料適用于航天器熱防護系統(tǒng)（TPS）？A.碳纖維增強碳化硅（C/C-SiC）B.碳化硅（SiC）多晶C.氧化鋁（Al?O?）陶瓷D.聚合物基復合材料（如PICA）3.以下哪些因素會影響金屬基復合材料（MMC）的性能？A.基體與增強體的熱膨脹系數(shù)匹配性B.增強體的體積分數(shù)C.基體的導電性D.增強體的長徑比4.以下哪些材料適用于航天器透明窗口？A.氟化鎂（MgF?）晶體B.氧化鋯（ZrO?）多晶C.碳化硅（SiC）玻璃陶瓷D.鈦酸鋇（BaTiO?）壓電陶瓷5.以下哪些材料適用于無人機輕量化結構？A.碳纖維增強聚合物（CFRP）B.鎂合金（AZ91）C.鋁合金（6061）D.玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂（GFRP）三、判斷題（共10題，每題1分，合計10分）1.碳纖維增強碳化硅（C/C-SiC）復合材料在高溫下具有良好的抗氧化性能。（正確/錯誤）2.鈦合金的比強度高于鋁合金，但耐腐蝕性較差。（正確/錯誤）3.氮化硅（Si?N?）陶瓷的楊氏模量高于氧化鋁（Al?O?）陶瓷。（正確/錯誤）4.金屬基復合材料（MMC）的強度隨增強體體積分數(shù)的增加而線性提高。（正確/錯誤）5.高溫合金通常在1000℃以上長期服役，且需具備優(yōu)異的抗蠕變性能。（正確/錯誤）6.碳化硅（SiC）陶瓷的導熱系數(shù)高于氧化鋯（ZrO?）陶瓷。（正確/錯誤）7.鎂合金的密度低于鋁合金，但強度較低，耐熱性差。（正確/錯誤）8.聚合物基復合材料（如GFRP）的耐高溫性能優(yōu)于金屬基復合材料。（正確/錯誤）9.氧化鋯（ZrO?）多晶的斷裂韌性高于氧化鋁（Al?O?）單晶。（正確/錯誤）10.新型高溫合金（如單晶高溫合金）通常比多晶高溫合金具有更高的蠕變抗力。（正確/錯誤）四、簡答題（共4題，每題5分，合計20分）1.簡述碳纖維增強碳化硅（C/C-SiC）復合材料的優(yōu)勢及其在航天領域的應用場景。2.解釋金屬基復合材料（MMC）的基體與增強體選擇原則。3.簡述高溫合金在航空發(fā)動機中的主要應用挑戰(zhàn)及解決方案。4.比較碳化硅（SiC）陶瓷與氧化鋁（Al?O?）陶瓷在航天器透明窗口應用中的優(yōu)缺點。五、計算題（共2題，每題10分，合計20分）1.某新型金屬基復合材料（MMC）由鋁基體（楊氏模量70GPa）和碳化硅顆粒（楊氏模量450GPa）增強，增強體體積分數(shù)為20%。假設該復合材料服從彈性模量的混合規(guī)則，計算其理論楊氏模量。2.某火箭發(fā)動機噴管喉襯材料需承受3000K燃氣溫度，材料的熱膨脹系數(shù)隨溫度變化如下：α?（20℃~800℃）=8×10??/℃，α?（800℃~1500℃）=12×10??/℃。若喉襯材料在20℃時的長度為1m，計算其在1500℃時的總伸長量。六、論述題（共1題，15分）結合中國航天材料技術的發(fā)展現(xiàn)狀，論述新型高溫合金在運載火箭發(fā)動機中的應用前景及面臨的挑戰(zhàn)。答案與解析一、單選題1.B解析：比強度=拉伸強度/密度=1200MPa/1.6g/cm3=7500MPa·cm3。2.B解析：C/C-SiC復合材料具有優(yōu)異的高溫抗氧化性能和抗熱震性，適合用作熱防護系統(tǒng)（TPS）。3.A解析：氮化硅（Si?N?）陶瓷在3000K高溫下仍能保持較好的結構完整性，適合用作噴管喉襯材料。4.C解析：基于混合規(guī)則，E_c=V_fEf+(1-V_f)E_m=0.3450GPa+0.7110GPa=180GPa。5.C解析：鈦合金（Ti-6Al-4V）具有良好的疲勞性能和低密度，適合空間站部件。6.C解析：碳纖維增強聚合物（CFRP）具有輕質、高強、高韌性的特點，適合無人機旋翼。7.C解析：氟化鎂（MgF?）晶體具有優(yōu)異的透光率和抗輻照性能，適合航天器觀測窗口。8.A解析：k_c=k_mV_m+k_fV_f=4000.75+1200.25=340W/(m·K)。9.D解析：Incoloy901是鎳基高溫合金，抗蠕變性能優(yōu)異，適合1200℃服役。10.A解析：多晶硅具有高透光率和穩(wěn)定的電學性能，適合太陽能電池板。二、多選題1.A、C解析：鎳基高溫合金（如Inconel625）和鈷基合金（如Stellite21）是典型代表。2.A、B、C解析：C/C-SiC、SiC多晶和氧化鋁陶瓷均可用作TPS。3.A、B、D解析：基體與增強體的熱膨脹系數(shù)匹配性、增強體體積分數(shù)和長徑比影響MMC性能。4.A、B、C解析：MgF?晶體、SiC多晶和SiC玻璃陶瓷均可用作透明窗口材料。5.A、B解析：CFRP和鎂合金（AZ91）具有輕質高強的特點，適合無人機結構。三、判斷題1.正確2.正確3.正確4.錯誤（強度提升非線性，受界面、缺陷等因素影響）5.正確6.正確7.正確8.錯誤（聚合物耐高溫性能通常低于金屬）9.正確10.正確四、簡答題1.C/C-SiC復合材料的優(yōu)勢及應用優(yōu)勢：高溫強度高、抗熱震性好、密度低、耐輻照。應用：火箭噴管喉襯、熱防護系統(tǒng)（TPS）、高溫結構件。2.MMC的基體與增強體選擇原則基體：應具備良好的塑韌性、高溫性能和與增強體的匹配性（如熱膨脹系數(shù)）。增強體：應具有高模量、高強度、高耐磨性，且與基體界面結合良好。3.高溫合金應用挑戰(zhàn)及解決方案挑戰(zhàn)：高溫蠕變、氧化、熱疲勞。解決方案：采用單晶組織、添加抗氧化涂層、優(yōu)化合金成分。4.SiC陶瓷與Al?O?陶瓷的優(yōu)缺點SiC：高導熱、高硬度、耐高溫，但成本高、加工難；Al?O?：耐腐蝕、加工易，但導熱性差、高溫強度不足。五、計算題1.MMC楊氏模量計算E_c=V_fEf+(1-V_f)E_m=0.2450GPa+0.870GPa=166GPa。2.喉襯材料熱膨脹計算ΔL?=L?α?(T?-T?)=1m8×10??/℃(800℃-20℃)=0.00624m；ΔL?=L?α?(T?-T?)=1m12×10??/℃(1500℃-800℃)=0.0084m；總伸長量=ΔL?+ΔL?=0.01464m。六、論述題新型高溫合金在運載火箭發(fā)動機中的應用前景及挑戰(zhàn)中國航天材料技術近年來取得顯著進步，新型高溫合金（如單晶鎳基高溫合金）在運載火箭發(fā)動機中的應用前景廣闊。其優(yōu)勢包括：1.抗蠕變性能優(yōu)異：可承受極端高溫和應力，延長發(fā)動機壽命。2.高推重比：提高發(fā)動機效率，降低發(fā)射成本。3.