航天器结构与机构题库及答案

《航天器结构与机构》题库及参考答案

1.1什么是航天器结构？主要功能有哪些?

指为航天器提供总体构型，为各分系统仪器设备提供支撑，承受和传递载荷，并保

持一定刚度和尺寸稳定性的部件或附件的总称。

功能：承受载荷，安装设备，提供构型

1.2什么是航天器机构？主要功能有哪些？

指使航天器及其部件或附件完成规定动作或运动的机械部件。

功能：连接（压紧），释放，展开，分离，指向，承载

1.3目前我国卫星的主结构采用的形式有哪些?

中心承力筒结构，杆系结构，箱型板式结构，壳体结构

1.4我国返回式航天器的主结构形式是什么?

壳体结构：密封舱等舱体结构

1.5航天器鉴定试验和验收试验有何不同？

鉴定试验是初样阶段，是设计验证的最有效手段，是对设计思想和设计方法的验证

验收试验是正样阶段，是对飞行产品的试验

1.6什么是航天器的附件结构？

特指在空间伸展在航天器本体之外的部件，如太阳翼和可展开天线。

1.7航天器机构与航天器结构的最主要区别是什么？

机构指实现动作和运动的部件，结构指提供稳定构型的部件

1.8航天器上的一次性机构有哪些？

压紧与释放机构，展开机构，连接与分离机构

1.9航天器的研制共分为哪几个阶段？

可行性论证阶段，方案阶段，初样阶段，正样阶段

1.10航天器的初样研制阶段工作重点是什么？

通过初样产品的设计、制造和试验，对航天器结构与机构的设计进行全面鉴定，包

括：设计对设计要求的符合程度；设计所采用的分析方法和分析结果的正确性；设

计所采用的材料工艺的合理性和可行性；设计所需地面试验的合理性和可行性；设

计的可靠性和质量保证措施，等等。

2.1 一般说，航天器承受的载荷最严重的时刻是在哪个过程？

起飞（最大噪声）和跨音速时（最大气动载荷）

2.2 在下面四个环境中，对航天器机构的影响最大的环境是哪个？（1）地面环境；（2）发射环境；（3）空间环境；（4）再入环境。

（2）发射环境

2.3 分别简述发射环境和在轨环境对航天器结构与机构的影响。

（1）发射环境：

起飞冲击与噪声：排气压力产生瞬态空气压力脉动，噪声诱发火箭和航天器振动。

最大气动载荷：在火箭飞行速度达到亚音速或超音速时，气流产生巨大压力脉动，使火箭产生像梁一样的低频弯曲振动。

分离引起的动载荷：发动机熄火与点火、级间分离、整流罩脱落、星箭分离等会引起航天器瞬态振动。

稳态加速度飞行：火箭和航天器受到稳态惯性力作用，惯性力方向与飞行方向相反。

非正常条件：发射失败，逃逸塔火箭点火，航天员逃离火箭。

（2）在轨环境：

工作环境：机构运动引起的载荷、锁定与解锁的冲击等

真空：材料的蒸发、升华与分解，造成质损和性能退化，出气污染，冷焊，润滑剂挥发与干摩擦效应。

温度交变：向阳区与向阴区的温度差产生温度应力，太阳辐照区与地球阴影区的交替运行产生温度交变应力。

辐射与原子氧：带电粒子辐射、紫外辐射降低高分子聚合物性能，原子氧磨蚀表面材料，降低涂层性能，

微流星和空间碎片：可能撞击航天器，微小尘埃造成污染。

2.4 造成冷焊的主要原因是什么？

在超高真空条件下，同种金属的两个洁净表面相互接触，在一定的压力作用下，经过一段时间后，两个接触面的金属分子发生互相渗透而融合，从而将两个物体连接成一体。

2.5 在发射时每级火箭发动机燃烧过程中，由航天器的加速度产生的载荷为何种载荷？

静载荷

2.6 什么是噪声载荷？

噪声诱发火箭和航天器振动

2.7 着陆冲击载荷是哪一种（1）高频瞬态振动载荷；（2）低频瞬态振动载荷；（3）高频随机振动载荷；（4）低频随机振动载荷。

（1）高频瞬态振动载荷

2.8 我国航天器中的准静态载荷是什么？

指静态载荷和动态载荷的综合结果

2.9 航天器载荷条件中规定的载荷系数单位是什么？

重力加速度

2.10 已知结构的质量为100kg，载荷条件中的载荷系数为1.2，则该结构实际受的载荷是大致是多少牛顿？

100*1.2*9.8=1176N

3.1 空间环境对结构材料的影响有哪些？

真空：材料发生蒸发、升华和分解，造成质损和性能降低，尤其是高分子聚合物材料和复合材料。

带电粒子辐射：质子、电子、β射线、γ射线、x射线等产生充放电效应，发生电离和原子位移，降低聚合物材料性能。

紫外辐射：影响光学镜头、薄膜材料的性能。

温度交变：产生热应力和热变形，出现疲劳、裂纹、变硬、变脆等现象。

原子氧：原子氧产生高温氧化和高速撞击，产生剥蚀效应造成材料损伤。影响大的材料有银、锇、温控涂层、润滑材料、密封材料等

3.2 对航天器结构材料一般有哪些性能方面的要求？

密度要求：低密度

机械性能要求：高弹性模量、高强度、高韧性。

物理性能要求：线膨胀系数小、比热容高、热导率大、电导率大（反射面材料）、电导率小（电池表面材料）。

环境稳定性要求：长期在轨的材料，尤其是直接暴露的表面材料，其性能的改变和尺寸变化在设计范围内。

制造工艺性要求：

（1）具有良好的形状适应性：能制成杆件、板壳、薄壳等形状。

（2）具有良好的成型加工工艺：金属要能铸造、锻造、热处理等，复材要能铺层、固化成型。

（3）具有良好的结构加工工艺：能进行切削、焊接、胶结、涂层等加工。

3.2 铝合金的比重一般为多少？

2.7（重规定为干燥物体完全密实（没有孔隙）的重量和同体积的纯水在4℃时的重量之比）

3.3 选择比模量高的材料作为航天器结构材料的主要目的是什么？

航天器需要采用较高刚度的结构，比模量高的材料可以使同等刚度结构设计时质量更小。

3.4 镁合金在航天器结构中的应用不如铝合金广泛，主要原因是什么？

化学活泼性强、易腐蚀、材料稳定性差，长期工作温度不超过150 ℃。

3.5 钛合金的主要优缺点有哪些？

优点：

（1）密度低、强度高、比强度很高

（2）高低温性能好，工作范围-273℃—500 ℃

（3）抗腐蚀性好，耐大气、海水、酸、碱

（4）抗疲劳性能好

（5）热导率低，适于隔热构件

（6）线膨胀系数低，尺寸稳定性好

缺点：

（1）弹性模量低，比模量值与铝镁相当

（2）耐磨性差，不能作运动部件

（3）加工工艺差，切削、焊接难度大

（4）成本高

（5）高温下可能发生氢脆现象，使性能下降，高温加工时需要保护。

3.6 复合材料主要由哪几部分构成？

（1）增强体，决定复合材料的性能，有玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉纤维、硼纤维（2）基体，起着支撑和保护增强体的作用，影响复合材料的部分性能，分树脂材料和金属材料两类。

（3）界面层，增强体外部的涂层，增强体通过界面层与基体融为一体，起到传递载荷的作用，确保增强体和基体结合牢固。

3.7 石墨纤维与一般的碳纤维相比，具有什么特点？

高模量

3.8 纵向热膨胀系数可能为负值的纤维材料是哪种纤维？

碳纤维和凯夫拉纤维

3.9 目前复合材料在航天器机构中没有大量应用的主要原因是什么？