航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計原理及工程應(yīng)用知識考點

航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計原理及工程應(yīng)用知識考點姓名_________________________地址_______________________________學(xué)號______________________-------------------------------密-------------------------封----------------------------線--------------------------1.請首先在試卷的標(biāo)封處填寫您的姓名，身份證號和地址名稱。2.請仔細(xì)閱讀各種題目，在規(guī)定的位置填寫您的答案。一、選擇題1.航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要目的是什么？

A.實現(xiàn)航天器功能

B.保證航天器在空間環(huán)境中的安全性

C.實現(xiàn)航天器的經(jīng)濟(jì)性

D.以上都是

2.航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則包括哪些？

A.安全性原則

B.穩(wěn)定性原則

C.可靠性原則

D.經(jīng)濟(jì)性原則

E.以上都是

3.航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的載荷類型有哪些？

A.結(jié)構(gòu)載荷

B.熱載荷

C.動力載荷

D.以上都是

4.航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的材料選擇原則有哪些？

A.高功能原則

B.可加工性原則

C.經(jīng)濟(jì)性原則

D.可靠性原則

E.以上都是

5.航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的連接方式有哪些？

A.螺栓連接

B.套筒連接

C.焊接連接

D.以上都是

6.航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的強(qiáng)度校核方法有哪些？

A.有限元分析

B.離散元分析

C.手動計算

D.以上都是

7.航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的剛度校核方法有哪些？

A.有限元分析

B.離散元分析

C.手動計算

D.以上都是

8.航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的穩(wěn)定性校核方法有哪些？

A.有限元分析

B.離散元分析

C.手動計算

D.以上都是

答案及解題思路：

1.答案：D

解題思路：航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要目的是保證航天器在空間環(huán)境中的安全性、實現(xiàn)航天器功能以及經(jīng)濟(jì)性，因此選D。

2.答案：E

解題思路：航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則包括安全性、穩(wěn)定性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等，因此選E。

3.答案：D

解題思路：航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的載荷類型包括結(jié)構(gòu)載荷、熱載荷、動力載荷等，因此選D。

4.答案：E

解題思路：航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的材料選擇原則包括高功能、可加工性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性等，因此選E。

5.答案：D

解題思路：航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的連接方式包括螺栓連接、套筒連接、焊接連接等，因此選D。

6.答案：D

解題思路：航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的強(qiáng)度校核方法包括有限元分析、離散元分析、手動計算等，因此選D。

7.答案：D

解題思路：航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的剛度校核方法包括有限元分析、離散元分析、手動計算等，因此選D。

8.答案：D

解題思路：航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的穩(wěn)定性校核方法包括有限元分析、離散元分析、手動計算等，因此選D。二、填空題1.航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要內(nèi)容包括______結(jié)構(gòu)設(shè)計、______設(shè)計、______系統(tǒng)設(shè)計等。

2.航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要階段有______方案設(shè)計、______詳細(xì)設(shè)計、______試驗驗證等。

3.航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中，材料的選擇需要考慮______強(qiáng)度、______質(zhì)量、______環(huán)境適應(yīng)性等因素。

4.航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中，載荷的計算需要考慮______靜載荷、______動載荷、______特殊載荷等因素。

5.航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中，連接方式的選擇需要考慮______可靠性、______結(jié)構(gòu)效率、______維護(hù)性等因素。

答案及解題思路：

1.答案：承載結(jié)構(gòu)設(shè)計、受力結(jié)構(gòu)設(shè)計、連接件設(shè)計

解題思路：航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計主要涉及承載結(jié)構(gòu)的設(shè)計，保證能夠承受各種載荷；受力結(jié)構(gòu)設(shè)計保證在受到外部載荷時能夠安全穩(wěn)定；連接件設(shè)計則是為了保證結(jié)構(gòu)間的可靠連接。

2.答案：初步方案設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、試驗驗證

解題思路：航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計的階段包括初步方案設(shè)計階段，確定基本結(jié)構(gòu)形式；詳細(xì)設(shè)計階段，進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)計算和設(shè)計；試驗驗證階段，對設(shè)計進(jìn)行試驗驗證以保證其功能。

3.答案：結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、質(zhì)量、環(huán)境適應(yīng)性

解題思路：材料選擇需考慮其強(qiáng)度以承受載荷，質(zhì)量影響航天器的總重量，環(huán)境適應(yīng)性保證材料在極端環(huán)境中穩(wěn)定。

4.答案：靜載荷、動載荷、特殊載荷

解題思路：載荷計算要考慮航天器在飛行過程中可能遇到的各種載荷，包括靜態(tài)時的載荷、動態(tài)運(yùn)動時的載荷以及特殊條件下的載荷。

5.答案：可靠性、結(jié)構(gòu)效率、維護(hù)性

解題思路：連接方式的選擇要考慮其連接的可靠性，以保證結(jié)構(gòu)在長時間工作中的穩(wěn)定性；結(jié)構(gòu)效率涉及連接的重量和體積優(yōu)化；維護(hù)性則關(guān)系到航天器維護(hù)的便捷性和成本。三、判斷題1.航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計只關(guān)注結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度。

判斷：錯誤。

解題思路：航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅僅是關(guān)注結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，還需要綜合考慮重量、耐熱性、耐腐蝕性、疲勞功能、熱穩(wěn)定性、可靠性等多個方面。這些因素對于保證航天器的安全、穩(wěn)定和可靠運(yùn)行。

2.航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的載荷包括靜載荷和動載荷。

判斷：正確。

解題思路：航天器在設(shè)計和運(yùn)行過程中會面臨多種載荷，其中包括靜載荷（如發(fā)射過程中的推力）和動載荷（如大氣中的氣動力、熱力、振動等）。這些載荷會影響航天器的結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料選擇。

3.航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的材料選擇只考慮重量和強(qiáng)度。

判斷：錯誤。

解題思路：航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的材料選擇不僅需要考慮重量和強(qiáng)度，還要兼顧其他功能指標(biāo)，如耐高溫性、耐腐蝕性、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、加工功能等。綜合考慮這些因素，可以保證航天器在極端環(huán)境下的正常運(yùn)行。

4.航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中，載荷的計算只考慮重力。

判斷：錯誤。

解題思路：航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中，載荷的計算不僅要考慮重力，還要考慮多種載荷因素，如氣動載荷、熱載荷、振動載荷等。這些載荷會影響航天器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度。

5.航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中，連接方式的選擇只考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

判斷：錯誤。

解題思路：航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中，連接方式的選擇不僅要考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，還要綜合考慮其他因素，如可靠性、耐腐蝕性、加工功能等。這些因素對于保證航天器的整體功能和安全運(yùn)行。

答案及解題思路：

1.錯誤。航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅要關(guān)注強(qiáng)度和剛度，還需考慮重量、耐熱性、耐腐蝕性等。

2.正確。航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的載荷包括靜載荷和動載荷。

3.錯誤。材料選擇還需考慮耐高溫性、耐腐蝕性等其他功能指標(biāo)。

4.錯誤。載荷計算要考慮重力及其他載荷因素。

5.錯誤。連接方式的選擇還需考慮可靠性、耐腐蝕性等。

：四、簡答題1.簡述航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則。

解答：

安全可靠：保證航天器在各種飛行環(huán)境下的結(jié)構(gòu)完整性。

重量優(yōu)化：盡量減少結(jié)構(gòu)重量，以提高航天器的載荷能力和推進(jìn)效率。

適應(yīng)性：航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)適應(yīng)不同任務(wù)和環(huán)境需求。

可維護(hù)性：結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)便于航天器在軌維護(hù)和修理。

成本效益：在滿足功能要求的前提下，盡可能降低結(jié)構(gòu)成本。

2.簡述航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要階段。

解答：

初步設(shè)計階段：確定結(jié)構(gòu)類型、基本參數(shù)和布局。

詳細(xì)設(shè)計階段：完成詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括材料選擇、連接方式等。

質(zhì)量審查階段：對結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行審查，保證滿足設(shè)計要求。

制造階段：按照設(shè)計圖紙進(jìn)行結(jié)構(gòu)加工和組裝。

試驗階段：對組裝好的航天器進(jìn)行地面試驗，驗證其功能和可靠性。

3.簡述航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中材料選擇的原則。

解答：

抗壓強(qiáng)度：滿足航天器在飛行過程中的載荷要求。

抗拉強(qiáng)度：保證結(jié)構(gòu)在受力時不易發(fā)生斷裂。

彈性模量：提高結(jié)構(gòu)的剛度，降低變形。

熱膨脹系數(shù)：保證結(jié)構(gòu)在高溫和低溫環(huán)境下的穩(wěn)定性。

疲勞強(qiáng)度：滿足航天器長期在軌工作的需求。

4.簡述航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中載荷計算的方法。

解答：

力學(xué)分析法：通過力學(xué)原理計算結(jié)構(gòu)受力情況。

有限元分析法：利用有限元軟件對結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析。

實驗驗證法：通過實際載荷試驗，確定結(jié)構(gòu)承載能力。

5.簡述航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中連接方式的選擇原則。

解答：

連接強(qiáng)度：滿足航天器在飛行過程中的載荷要求。

連接可靠性：保證連接處不易發(fā)生松動或斷裂。

維護(hù)性：便于在軌維護(hù)和修理。

成本效益：在滿足功能要求的前提下，盡可能降低連接成本。

答案及解題思路：

1.答案：安全可靠、重量優(yōu)化、適應(yīng)性、可維護(hù)性、成本效益。

解題思路：結(jié)合航天器在軌運(yùn)行的特點，分析結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)遵循的原則，保證結(jié)構(gòu)滿足飛行任務(wù)要求。

2.答案：初步設(shè)計階段、詳細(xì)設(shè)計階段、質(zhì)量審查階段、制造階段、試驗階段。

解題思路：根據(jù)航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計流程，梳理各個階段的設(shè)計內(nèi)容和任務(wù)。

3.答案：抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、彈性模量、熱膨脹系數(shù)、疲勞強(qiáng)度。

解題思路：根據(jù)材料功能特點，分析其在航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用。

4.答案：力學(xué)分析法、有限元分析法、實驗驗證法。

解題思路：結(jié)合航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點，分析不同載荷計算方法的應(yīng)用場景。

5.答案：連接強(qiáng)度、連接可靠性、維護(hù)性、成本效益。

解題思路：根據(jù)連接方式的特點，分析其在航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用原則。五、論述題1.論述航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計在航天工程中的重要性。

答案：

航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計在航天工程中扮演著的角色。幾個關(guān)鍵點：

（1）航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計決定了航天器的整體功能，包括質(zhì)量、強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性等，直接影響航天器的任務(wù)完成效率。

（2）良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以提高航天器的可靠性和安全性，保證航天器在極端環(huán)境下能夠正常工作。

（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計影響著航天器的成本和制造周期，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計有助于降低成本、縮短研制周期。

（4）結(jié)構(gòu)設(shè)計需要考慮航天器的發(fā)射、運(yùn)行、回收等各個階段，保證航天器在整個生命周期內(nèi)都能保持良好的功能。

解題思路：

首先闡述航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計在航天工程中的重要性，然后從功能、可靠性、成本、生命周期等方面展開論述，結(jié)合實際案例進(jìn)行說明。

2.論述航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中材料選擇對整個航天器功能的影響。

答案：

材料選擇是航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對整個航天器的功能產(chǎn)生重大影響。幾個方面：

（1）材料的強(qiáng)度和剛度直接影響航天器的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度，關(guān)系到航天器的安全性和可靠性。

（2）材料的密度和比熱容影響航天器的質(zhì)量，進(jìn)而影響航天器的運(yùn)載能力和能耗。

（3）材料的耐腐蝕性、耐高溫性、耐低溫性等功能，決定了航天器在極端環(huán)境下的工作能力。

（4）材料的加工功能、成本等因素，也影響著航天器的制造工藝和成本。

解題思路：

首先說明材料選擇在航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要性，然后從強(qiáng)度、質(zhì)量、環(huán)境適應(yīng)性、加工和成本等方面展開論述，結(jié)合實際案例進(jìn)行說明。

3.論述航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中載荷計算對航天器安全性的影響。

答案：

載荷計算是航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)，對航天器的安全性產(chǎn)生直接影響。幾個方面：

（1）準(zhǔn)確的載荷計算有助于保證航天器結(jié)構(gòu)在運(yùn)行過程中承受的載荷不超過其設(shè)計強(qiáng)度，從而保證航天器的安全性。

（2）載荷計算需要考慮各種因素，如發(fā)射載荷、在軌載荷、環(huán)境載荷等，保證航天器在各個階段都能承受相應(yīng)的載荷。

（3）合理的載荷計算有助于優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，降低結(jié)構(gòu)重量，提高航天器的運(yùn)載能力和經(jīng)濟(jì)性。

（4）載荷計算錯誤可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效，造成航天器任務(wù)失敗或人員傷亡。

解題思路：

首先闡述載荷計算在航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要性，然后從安全性、環(huán)境適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性等方面展開論述，結(jié)合實際案例進(jìn)行說明。

4.論述航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中連接方式選擇對航天器可靠性的影響。

答案：

連接方式選擇是航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)，對航天器的可靠性產(chǎn)生重要影響。幾個方面：

（1）合理的連接方式可以提高航天器結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度和剛度，增強(qiáng)航天器的抗振動和抗沖擊能力。

（2）連接方式的選擇關(guān)系到航天器在發(fā)射、運(yùn)行、回收等階段的連接可靠性，保證航天器各部件的穩(wěn)定連接。

（3）連接方式的設(shè)計需要考慮航天器在極端環(huán)境下的適應(yīng)性，如高溫、低溫、真空等。

（4）連接方式的選擇還會影響航天器的制造工藝和成本。

解題思路：

首先說明連接方式選擇在航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計中的重要性，然后從強(qiáng)度、可靠性、環(huán)境適應(yīng)性、制造工藝和成本等方面展開論述，結(jié)合實際案例進(jìn)行說明。

5.論述航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計在航天器發(fā)射、運(yùn)行、回收等階段的工程應(yīng)用。

答案：

航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計在航天器發(fā)射、運(yùn)行、回收等階段都有著重要的工程應(yīng)用。幾個方面：

（1）發(fā)射階段：結(jié)構(gòu)設(shè)計需要滿足發(fā)射載荷要求，保證航天器在發(fā)射過程中結(jié)構(gòu)完整、功能穩(wěn)定。

（2）運(yùn)行階段：結(jié)構(gòu)設(shè)計需要考慮航天器在軌運(yùn)行的環(huán)境載荷，如微重力、振動、溫度等，保證航天器長期穩(wěn)定運(yùn)行。

（3）回收階段：結(jié)構(gòu)設(shè)計需要滿足回收過程中的要求，如回收機(jī)構(gòu)的連接、著陸緩沖等，保證航天器安全回收。

解題思路：

首先闡述航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計在各個階段的工程應(yīng)用，然后從發(fā)射、運(yùn)行、回收等方面分別論述，結(jié)合實際案例進(jìn)行說明。六、計算題1.已知某航天器結(jié)構(gòu)承受的最大載荷為10000N，材料許用應(yīng)力為150MPa，求該結(jié)構(gòu)的截面尺寸。

解：根據(jù)應(yīng)力公式\(\sigma=\frac{F}{A}\)，其中\(zhòng)(\sigma\)為應(yīng)力，\(F\)為載荷，\(A\)為截面面積。由題意知，\(\sigma=150\)MPa，\(F=10000\)N，所以\(A=\frac{F}{\sigma}=\frac{10000}{150\times10^6}\)m2。

2.某航天器結(jié)構(gòu)采用鋁合金材料，材料彈性模量為70GPa，長度為2m，求該結(jié)構(gòu)的剛度。

解：剛度\(K\)可以通過彈性模量\(E\)和截面慣性矩\(I\)來計算，公式為\(K=\frac{EA}{L}\)，其中\(zhòng)(A\)為截面面積，\(L\)為結(jié)構(gòu)長度。

需要知道結(jié)構(gòu)的截面慣性矩\(I\)，這取決于截面形狀。將\(E=70\)GPa和\(L=2\)m代入公式，求出\(K\)。

3.某航天器結(jié)構(gòu)承受的重力為5000N，材料許用應(yīng)力為100MPa，求該結(jié)構(gòu)的截面尺寸。

解：與第1題類似，使用應(yīng)力公式\(\sigma=\frac{F}{A}\)。已知\(\sigma=100\)MPa，\(F=5000\)N，求出\(A\)。然后根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體形狀確定截面尺寸。

4.某航天器結(jié)構(gòu)采用鈦合金材料，材料許用應(yīng)力為250MPa，長度為3m，求該結(jié)構(gòu)的剛度。

解：使用剛度公式\(K=\frac{EA}{L}\)。已知\(E\)需要查找鈦合金的彈性模量，\(L=3\)m，\(\sigma=250\)MPa。先求出\(A\)，再代入公式求出\(K\)。

5.某航天器結(jié)構(gòu)承受的最大載荷為8000N，材料許用應(yīng)力為200MPa，求該結(jié)構(gòu)的截面尺寸。

解：同樣使用應(yīng)力公式\(\sigma=\frac{F}{A}\)。已知\(\sigma=200\)MPa，\(F=8000\)N，求出\(A\)。然后根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體形狀確定截面尺寸。

答案及解題思路：

1.答案：根據(jù)載荷和許用應(yīng)力計算出截面面積，然后根據(jù)截面形狀求出具體尺寸。例如若為圓形截面，直徑約為0.0267m。

解題思路：首先計算截面面積，然后根據(jù)截面形狀（如圓形、矩形等）求出尺寸。

2.答案：需要知道具體的截面慣性矩\(I\)和截面面積\(A\)，然后代入剛度公式計算。

解題思路：確定截面形狀和尺寸，計算截面慣性矩，代入剛度公式求出剛度。

3.答案：與第1題類似，計算截面面積，然后根據(jù)截面形狀確定尺寸。

解題思路：使用應(yīng)力公式計算截面面積，根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀確定尺寸。

4.答案：計算截面面積，代入剛度公式求出剛度。

解題思路：確定截面形狀和尺寸，查找鈦合金彈性模量，代入公式計算剛度。

5.答案：計算截面面積，根據(jù)截面形狀確定尺寸。

解題思路：使用應(yīng)力公式計算截面面積，根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀確定尺寸。七、應(yīng)用題1.分析某航天器結(jié)構(gòu)在發(fā)射過程中的受力情況，并給出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計建議。

題目描述：

某航天器在發(fā)射過程中，需要通過火箭將航天器送入預(yù)定軌道。請分析航天器結(jié)構(gòu)在發(fā)射階段的受力情況，包括但不限于推力、空氣阻力、重力、慣性力等，并給出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計建議，以保證航天器在發(fā)射過程中的安全穩(wěn)定。

解題思路：

確定航天器在發(fā)射過程中的主要受力類型。

分析每種受力對航天器結(jié)構(gòu)的影響。

結(jié)合航天器結(jié)構(gòu)設(shè)計的原理，提出針對性的設(shè)計建議，如材料選擇、結(jié)構(gòu)布局、加強(qiáng)區(qū)域等。

2.設(shè)計一種新型航天器結(jié)構(gòu)，并分析其優(yōu)缺點。

題目描述：

設(shè)計一種新型航天器結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)未來深空探測任務(wù)的需求。該結(jié)構(gòu)應(yīng)具有輕量化、高強(qiáng)度、易于維護(hù)等特點。請詳細(xì)描述該結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案，并分析其優(yōu)缺點。

解題思路：

確定新型航天器結(jié)構(gòu)的設(shè)計目標(biāo)。

描述結(jié)構(gòu)的設(shè)計原理和關(guān)鍵特性。

分析設(shè)計的創(chuàng)新點及其優(yōu)缺點，包括在重量、強(qiáng)度、成本、維護(hù)等方面的表現(xiàn)。

3.分析某航天器結(jié)構(gòu)在運(yùn)行過程中的載荷情況，并給出相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計改進(jìn)措施。

題目描述：

某航天器在軌道運(yùn)行過程中，受到多種載荷的影響，包括微流星體撞擊、太陽輻射、溫度變化等。請分析這些載荷對航天器結(jié)構(gòu)的影響，并提出相