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飞行器设计与工程基础知识单选题100道及答案解析1. 飞行器设计中，以下哪个参数对升力影响最大？（）A. 机翼面积B. 飞行速度C. 空气密度D. 机翼形状答案：D解析：机翼形状直接决定了气流的流动状态，从而对升力产生最大的影响。
2. 飞机的稳定性主要取决于（）A. 重心位置B. 机翼位置C. 发动机推力D. 机身长度答案：A解析：重心位置直接影响飞机的俯仰、横滚和偏航稳定性。
3. 以下哪种材料在飞行器结构中应用广泛，因为其强度高且重量轻？（）A. 铝合金B. 钢铁C. 塑料D. 木材答案：A解析：铝合金具有较高的强度和较低的密度，适合用于飞行器结构。
4. 飞行器的操纵面主要包括（）A. 升降舵、方向舵和副翼B. 机翼、尾翼和机身C. 发动机、起落架和座舱D. 雷达、导航和通信设备答案：A解析：升降舵控制俯仰，方向舵控制偏航，副翼控制滚转。
5. 飞机在飞行过程中，克服阻力的主要方式是（）A. 减小机翼面积B. 提高飞行速度C. 优化机身外形D. 增加发动机功率答案：C解析：优化机身外形可以减小阻力。
6. 以下哪种飞行原理主要应用于直升机？（）A. 伯努利原理B. 牛顿第三定律C. 浮力原理D. 相对性原理答案：B解析：直升机的升力产生主要依据牛顿第三定律，通过旋转的桨叶对空气施加向下的力，从而获得向上的反作用力。
7. 飞行器的飞行高度主要取决于（）A. 发动机性能B. 大气压力C. 飞行员技术D. 机翼载荷答案：A解析：发动机性能决定了飞行器能够达到的高度。
8. 在飞行器设计中，减小诱导阻力的方法是（）A. 增加机翼展弦比B. 减小机翼面积C. 降低飞行速度D. 增加机翼厚度答案：A解析：增加机翼展弦比可以减小诱导阻力。
9. 以下哪种飞行器的速度最快？（）A. 客机B. 战斗机C. 侦察机D. 航天飞机答案：D解析：航天飞机在太空中飞行，速度远高于其他选项中的飞行器。
10. 飞行器的翼型通常设计成（）A. 对称型B. 上凸下平型C. 上平下凸型D. 双凸型答案：B解析：上凸下平型的翼型能够产生较大的升力。
第8章飞行器多学科设计优化技术第8章飞机总体多学科设计优化技术§8.1 背景介绍飞机总体设计涉及气动、推进系统、飞行动力学、结构、重量重心、隐身、费用分析等多个学科。
为了缩短飞机总体设计周期，并能获得更优方案，人们在上世纪60年代中期就开始将计算机技术和优化方法应用于飞机总体设计。
由此形成了飞机总体参数优化这一研究方向。
在随后的20多年中，这一研究方向倍受关注，发表了大量的论文，开发了许多飞机总体参数优化程序系统。
但与此同时，人们也开始逐渐认识到这些飞机总体参数优化程序的局限性。
这些程序中的几何、气动、重量、性能、推进系统等计算模型大多采用了统计数据、工程估算或经验公式，计算精度低，导致优化出来的方案可信度较低。
而且，这些程序也很难应用于新概念飞机或采用了新技术的飞机。
因为对于新型飞机，这些工程估算或经验公式未必适用。
还有，在飞机总体参数优化程序系统中，各学科分析模块被编写在一个统一程序中，不利于各学科人员更新各学科分析模块。
因此，工业界希望有一种新的优化设计模式取代现有的飞机总体参数优化程序系统。
另一方面，随着计算流体力学、结构有限元方法、飞行动力学仿真、计算电磁学等各学科数值模拟技术的不断发展和深入，已经可以不赖于统计数据和经验公式，对各种飞机进行比较可靠的数值仿真。
在计算机科学领域，高性能计算机、并行计算、网络技术、分布式计算、数据库技术的迅猛发展也为各学科高精度数值模拟和数据交换提供了技术基础。
在上述背景下，上世纪90年代初美国AIAA正式率先提出了多学科设计优化MDO （Multidisciplinary Design Optimization）这一研究领域。
按照NASA对MDO的一般定义：MDO是一种通过充分探索和利用系统中相互作用的协同机制来设计复杂系统和子系统的方法论。
针对飞机这个系统而言，我们认为飞机总体MDO的含义是：基于MDO理念，将各学科的高精度分析模型和优化技术有机地集成起来，寻找最佳总体方案的一种设计方法。
多旋翼飞行器设计与控制_北京航空航天大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.欧拉转动中，将地球固联坐标系绕固定点转动（）次可以使它与机体坐标系的三轴指向一致。
参考答案:三次2.螺旋桨桨盘倾斜安装的好处是（）参考答案:前飞时可以不倾斜机身3.多旋翼动力学模型的输出不包括（）参考答案:位置4.同等条件下，飞行距离最远的飞行器是（）。
参考答案:固定翼飞行器5.多旋翼超声波测距仪检测不到反射波的原因可能有哪些？（）参考答案:机体俯仰角过大_机体距离地面过远_机体滚转角过大6.一个飞行控制系统(FCS)或者自动驾驶仪除了需要底层控制模块，还需要什么( )参考答案:决策模块7.遥控器上可设置的飞行参数包括（）参考答案:油门的正反_摇杆灵敏度大小_摇杆功能设定8.判断系统【图片】的可观性（）参考答案:可观9.对于带光流传感器的半自主自驾仪多旋翼的自稳定模式，关于水平位置通道的描述正确的是（）参考答案:水平位置通道是不稳定的_水平速度通道是稳定的10.而在（）实验中，输入信号可以任意选择，因此能获得更多的系统信息。
参考答案:开环11.理论上加速度计可以测量下列哪些量？（）参考答案:比力_滚转角_俯仰角12.姿态控制的目标是（）参考答案:_13.稳定性和飞行性能之间是什么关系（）参考答案:稳定性越高飞行性能越差14.避障技术包括（）参考答案:声呐系统_激光雷达15.多旋翼的建模包含哪些部分？（）参考答案:刚体运动学模型_动力系统模型_控制效率模型_刚体动力学模型16.不考虑动力系统动态特性时，电机模型中可忽略的有（）参考答案:电感17.一般情况下，空载电流对悬停时间的影响（）参考答案:有影响，但是影响较小18.单目视觉系统（）获取绝对尺度信息参考答案:不能19.下列多旋翼构型，当有任意一个旋翼失效时，哪些构型可以采用放弃偏航的方式实现安全着陆（）参考答案:__20.表示材料或结构在外力作用下抵抗破坏的能力的物理量为（）参考答案:强度21.当电子罗盘不健康时，则多旋翼无法实现以下哪个功能（）参考答案:定点悬停22.多旋翼可靠性高主要是因为（）参考答案:无刷直流电机_没有活动关节23.如果得到的误差传递函数为【图片】，其中【图片】而是频率为幅值为1的正弦信号，那么关于最终误差表述正确的是（）参考答案:收敛到 024.在做系统辨识时，传递函数阶数的选取应（）参考答案:尽可能小25.水平速度通道中的速度是指（），这样才能与偏航角无关参考答案:机体系下的速度26.工具箱( )在多种真实飞机的系统辨识中得到了广泛的应用参考答案:CIFER27.对于半自主自驾仪的多旋翼，遥控指令能直接控制多旋翼的以下变量( )参考答案:俯仰角和滚转角_垂直高度方向的速度_偏航角速度28.在多旋翼控制模型系统辨识中，下列（）先验知识对系统辨识有用参考答案:有无速度反馈_偏航通道的模型形式_水平位置通道的模型形式_高度通道的模型形式29.系统辨识方法包括( )参考答案:最小二乘方法_子空间辨识方法_PEM（Prediction-Error Minimization）方法_最大似然率方法30.对于半自主自驾仪的多旋翼的自稳定模式，关于高度通道的描述正确的是（）参考答案:高度方向的速度通道是稳定的_高度通道是不稳定的31.对于半自主自驾仪的多旋翼的自稳定模式，关于偏航通道的描述正确的是（）参考答案:偏航角速度通道是稳定的_偏航通道是不稳定的32.多旋翼在悬停下主要受到（）参考答案:重力_拉力33.直升机的升力主要由（）控制参考答案:油门_总距操纵杆34.多旋翼“刷锅”其实指的以一个目标为中心点，飞行器围着它转圈拍摄。
飞行器多学科设计优化复习题1.优化设计问题的三要素就是什么？给出一个优化设计问题的例子,分别说明三个要素的具体内容。
三要素分别就是设计变量,约束条件与目标函数。
以结构优化设计为例,设计变量可能就是蒙皮厚度,前后翼梁缘条厚度,前后翼梁腹板厚度等结构参数;约束条件就是机翼强度要求、刚度要求等目标函数就是最小化结构重量。
2.飞行器设计一般分哪几个阶段？飞行器多学科优化设计有什么意义？飞行器设计分三个阶段:概念设计、初步设计、详细设计。
飞行器MDO的意义为:（1）MDO符合系统工程的思想。
能有效提高飞行器的设计质量（2）MDO为飞行器设计提供了一种并行设计模式。
（3）MDO的设计模式与飞行器设计组织体制一致,能够实现更高程度的自动化。
（4）MDO的模块化结构使飞行器设计过程具有很强的灵活性。
3.在飞行器设计过程中,多学科设计优化方法与传统设计方法之间有哪些相同与不同点。
传统的飞行器设计优化中,采取的就是一种串行的设计模式,往往首先进行性能设计优化,然后进行结构、操纵与控制系统设计优化,最后进行工艺装备设计。
在传统的方法中,各个学科任务成了实现系统设计的最基本单元,影响飞机性能的气动、推进、结构与控制等学科被人为地割裂开来,各学科之间相互耦合所产生的协同效应并未被充分考虑进去,这可能导致失去系统的整体最优解,串行的模式也使得设计时间周期与成本大大增加。
而多学科优化设计技术就是一种并行设计模式,它以各子系统、学科的优化设计为基础,在飞行器各个阶段力求各学科的平衡,充分考虑哥们学科之间的相互影响与耦合作用,应用有效的设计/优化策略与分布式计算机网络系统,来组织与管理整个系统的设计过程,通过充分利用各个学科之间的相互作用所产生的协同效应,以获得系统的整体最优解。
相同点在于都有对于子学科的分解,但就是MDO更注重子学科间的协同。
4.给出MDO的三种定义,根据您的理解,MDO该如何定义？Definition1:MDO就是一种通过充分探索与利用系统中相互作用的协同机制来设计复杂系统与子系统的方法论。
Definition2:MDO就是指在复杂工程系统的设计过程中,必须对学科(子系统)之间的相互作用进行分析,并且充分利用这些相互作用进行系统优化合成的方法。
Definition3:多学科设计优化就就是进行复杂系统的设计过程中,结合系统的多学科本质,充分利用各种多学科设计与多学科分析工具,最终达到基于多学科优化的方法论。
My Definition:当设计中每个因素都影响另外的所有因素时,确定该改变哪个因素以及改变到什么程度的一种设计方法。
5.多学科设计优化中,什么就是学科分析？什么就是系统分析？学科分析:也成为子系统分析或子空间分析,以某一学科设计变量,其她学科对该学科的耦合状态变量与系统的参数为输入,根据某一学科满足的物理规律确定其物理特性的过程系统分析:对整个系统,给定一组设计变量X,通过求解系统的状态方程得到系统状态变量的过程。
6.什么就是多学科设计优化的状态变量？学科状态变量与耦合状态变量之间有什么区别?状态变量:用于描述工程系统的性能或特征的一组参数。
学科状态变量就是属于某一自学科的状态变量,耦合状态就是指对某一学科进行分析时,其她学科对该学科有影响的状态变量。
7. 给出MDO 问题的数学表达式,并叙事其含义。
12Find X =[x ,x ,...,x ]Min f(X,Y) s.t. C(X,Y)0T N ⎫⎪⎬⎪≤⎭其中X 为设计向量,Y 为状态向量,C 为约束向量,设计向量与状态向量还满足以下控制方程组:12(,)(,)(,)0(,)n a X Y a X Y A X Y a X Y ⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥==⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎣⎦ 。
。
8. MDO 问题有哪些特点？(1) 以处理学科耦合为主要手段(2) 具有高度复杂性(3) 具有强拓展能力(4) 面向工业应用9. 什么就是系统的整体性与层次性？层次系统与非层次系统之间有什么区别？系统的分类与飞行器多学科设计优化之间有什么关系？整体性:从系统论的角度来瞧,系统就是由相关要素(子系统,分系统或组成部分)有机地组成,但就是系统作为整体又具有各个子系统所不具备的性质与功能。
层次性:任何系统都就是更高一层次系统的有机组成要素,也就是第一层次各组成要素的有机组成。
系统论认为,同层次系统与系统之间,系统各层次之间就是通过物质、能量与信息相互联系的。
层次系统与非层次系统区别:层次系统的子系统之间信息流程有顺序性,每个子系统只与上一级或下一级的子系统有直接联系,子系统间没有耦合关系,就是“树”的结构。
而非层次系统的子系统间没有层次等级关系,子系统间的信息流程就是耦合在一起的。
就是“网”状结构。
关系:实际上的飞行器设计的多个学科之间组成的系统往往就是非层次系统,各子系统之间的信息流程不具有顺序性,子系统间的信息流程耦合在一起,因此我们在进行飞行器设计时需要考虑到各个学科之间的耦合引起的协同,利用系统整体性与层次性的思想,充分考虑到系统各层次之间的相互作用,将飞行器系统整体性质与功能的优化作为设计的目标。
10. 局部最优组合为全局最优解需要满足哪些条件？一般系统中局部最优组合非全局最优的原因有哪些？要想各子系统单独优化得到的结构凑起来就就是总系统全局最优化的结果,那么各子规划SPi 就是完全独立的,即各子规划与总规划之间必须有如下联系:（1） 总规划TP 的设计变量由各子规划SPi 的设计变量的全体组成（2） 任一子规划SPi 目标的改善必须对总吧TP 目标的改善做出积极的贡献,这就要求总规划TP的目标就是各子规划SPi目标的增函数。
（3）总规划TP约束就是诸子规划SPi约束的全体原因:局部最优组合非全局最优就是因为子系统之间有某种形式上的耦合,这个耦合可能为变量的耦合,目标的耦合与约束的耦合。
11.给出求解复杂系统多学科设计优化问题的“分解-协调”法思路。
对于复杂系统,直接求解总规划TP,往往规模大,耦合复杂,“独立”与“联系”两方面都要同时考虑而难以直接求解。
构造一种新的规划形式,把原总规划TP中的“相对独立”与“耦合联系”两种因素分开,以“分解”与“协调”两种手段来分别处理“独立”与“联系”两方面的问题,从而使一个大规模、复杂的总规划TP分解为若干相对简单的规划。
12.MDO问题建模有哪些特点？MDO问题建模要遵循什么原则？特点:一般直接对发杂的工程系统进行分析与设计相当困难,较为有效的方法就是将系统按部件或者按照学科分解成若干个子系统。
在复杂系统的多学科设计优化中,建立系统及子系统的设计、分析与优化模型需要考虑的因素很多,学科间的耦合使得MDO问题的建模十分困难,比如物理模型建立的困难,数学模型建立的困难与模型求解的困难。
由于实际问题的复杂性与多样性,要寻求一种合适于MDO的问题建模的通用建模方法不可行。
原则:(1)模型的准确性;(2)模型的实用性;(3)模型的适应性;(4)系统分解的合理性;(5)学科间耦合关系的准确性;(6)系统设计目标与学科设计目标的协调性13.给出可变复杂度建模方法的基本思路,并分析其在多学科设计优化中的意义。
思路:在优化中使用计算成本高的精确分析方法同时也使用了计算成本低的近似分析方法;在迭代过程中主要采用近似分析方法,然后用精确分析方法获得的修正因子来修正近似分析方法。
意义:有效地降低MDO过程的计算成本。
14.飞行器设计中有哪些不确定性？分别举例说明。
信息不确定性:与飞行器载荷、材料属性、物理尺寸、工作环境、成本等相关的可变性决策不确定性:多个设计目标的选择(最小起飞重量、最大航程、最小成本、最大可靠性)建模与仿真不确定性:飞行器气动特性预估存在不同精度的变复杂度模型。
技术不确定性:及采用新技术时产生的技术不确定性。
15.不确定性设计问题中,什么就是稳健设计问题,什么就是可靠性设计问题？稳健设计问题就是寻找对不确定性变量有小改变相对不敏感的设计可靠性性设计就是要获取更小失败可能性的设计稳健设计侧重于保证性能,可靠性设计侧重于系统失效的可能性。
16.什么就是参数化建模？参数化建模在MDO中有什么意义与作用？参数化建模就是一组参数用来约束设计对象的结构形状。
这种设计对象的结构形状相对确定,而尺寸参数的求解比较简单,参数与设计对象的控制尺寸有明显的对应,设计结果的修改较为方便。
意义与作用:对于飞行器这类复杂系统的MDO,参数化建模具有举足轻重的地位,它有利于维护设计对象在几何结构上的完整性、相容性与一致性,并为其她学科如气动分析、结构分析提供支持。
17.经典优化方法中的间接法与直接法各有什么特点？分别给出最速下降法与单纯形法的算法步骤。
间接最优化方法:当目标函数可微并且梯度可以通过某种方法求得时,利用梯度信息可以建立更为有效的最优化方法。
这种方法的寻优速度快,优化效率高。
直接最优化方法:当目标函数不可微,或者目标函数的梯度存在但难以计算时,可以采用直接优化方法进行求解,这一类方法仅需要通过比较目标函数值的大小来移动迭代点,它只假定目标函数连续,因而应用范围广,可靠性好。
最速下降法步骤:单纯形法步骤:18. 共轭梯度法与最速下降法有什么不要,写出共轭梯度法的算法步骤共轭梯度法就是对最优梯度法进行了修正的一种寻优方法,其搜索方向并非负梯度方向,而就是将负梯度方向偏转一定角度,使其与上一步的搜索方向共轭。
算法步骤:19. 用最速下降法求221212(,)4f x x x x =+的极小值,设(0)[1,1]T x =,迭代2次以上,并证明相邻两个搜索方向就是正交的。
证明:由于每次搜索最优步长的确定均使搜索方向上的函数值达到极小值点,说明搜索方向与下一迭代点的等值线相切,而下一迭代点的搜索方向为负梯度方向,该方向为等值线在该点的法线方向,因此前后两次搜索方向正交。
20. 用共轭梯度法求的221212(,)4f x x x x =+的极小值,设(0)[1,1]T x =。
21. 为什么说经典优化算法都就是局部最优化方法？如何提高获取全局最优解的可能性？经典算法只考虑如何求得目标函数的局部极小值,故而成为局部最优化方法。
如果目标函数非凸且存在多个局部极小点,局部优化算法求得的解可能不就是全局最优解。
对于存在多个局部极小值点的非目标函数,最优化结果依赖于初始点的选择,如果初始点选在全局最优点的附近,则可能得到理想的全局最优解。
提高获得全局最优解的可能性可以通过全局优化理论与算法实现,比较常用的有隧道函数法,山丘函数法与填充函数法。
22. 现代优化算法有什么特性？现代优化算法主要有哪些？1） 与导数无关;2)启发式算法,思路直观;3)灵活性;4)应用广泛;5)随机性;6)难以解析 主要有:禁忌搜索、模拟退火、进化算法、神经网络、拉格朗日松弛等算法23. 给出遗传算法的基本思路与算法步骤。
