FSAE赛车发动机进排气管分析
FSAE方程式赛车进气系统设计

FSAE 方程式赛车进气系统设计Design on intake system of FSAE racing car汤 沛1,2,倪骁骅1,赵雪晶1,刘 锐2,魏民祥2TANG Pei 1,2, NI Xiao-hua 1, ZHAO Xue-jing 1, LIU Rui 2, WEI Min-xiang 2(1.盐城工学院 汽车学院,盐城 210016;2.南京航空航天大学 能源与动力学院,南京 210016)摘 要:研究分析S.FSAE方程式赛车进气总管的渐缩角与扩张角、稳压腔的容积大小以及进气歧管的内径与长度对充气效率的影响关系。
结合CATIA软件绘图、FLUENT软件对赛车进气系统进行流场分析,运用GT-POWER软件仿真试验得出优化数据。
分析结果得出进气总管的渐缩角为18°、扩张角为6°、进气歧管的长度为180mm、稳压腔体积为2.9L时进气效果最优。
关键词:FSAE方程式赛车;进气系统;优化设计中图分类号:TK413 文献标识码:A 文章编号:1009-0134(2016)11-0033-04收稿日期:2016-09-09基金项目:江苏省普通高校研究生科研创新计划(KYLX-0244)作者简介:汤沛(1981 -),男,江苏盐城人,博士研究生,主要从事发动机仿真设计工作。
0 引言自2010年第一届中国FSC 比赛以来,中国FSC 始终致力于培养国内优秀汽车人才,考验未来一批汽车人的各方面能力。
中国FSC 比赛规定赛事所用发动机排量小于600cc ,且在进气系统的进气总管处设有20mm 的限流阀;同时也规定出进气顺序为:空滤—节气门—总管(内设限流阀)—稳压腔—歧管—发动机。
在以上这些限制条件下,设计出的赛车要取得更好的成绩,并能使发动机工况处于最佳状态,这就要求进气系统做出更合理的设计,并尽可能提高充气效率。
本次的研究目的主要是对进气系统进行优化设计,并验证优化结果。
FSAE赛车发动机进气系统结构参数优化

第36卷第1期 Vol. 36,No. 1西华大学学报(自然科学版)Journal of Xihua University(Natural Science)2017年1月Jan. 2017•新能源汽车与低碳运输•F S A E赛车发动机进气系统结构参数优化(西华大学汽车与交通学院,四川成都610039)摘要:大学生方程式汽车大赛(简称FSAE)规则要求,参赛赛车必须在发动机进气系统中安装流通直径为20 m m的进气限制器。
为弥补加装进气限制器对发动机动力性下降的影响,以FSAE赛车4缸发动机进气系统为研究对象,利用GT - Power建立发动机仿真分析模型,通过外特性实验验证模型的准确性后,以FSAE赛车发动机 进气系统结构尺寸作为单一变量,分析FSAE赛车发动机进气歧管长度及稳压箱容积对发动机性能的影响规律,并 提出优化设计方案。
通过对比实验,可知优化后发动机的动力性能得到提升,最大转矩增幅为5. 9%。
关键词:FSAE;进气管;稳压箱;优化中图分类号:TK41 文献标志码:A 文章编号:1673 -159X(2017)01 -0082-6doi:10. 3969/j. issn. 1673 -159X. 2017. 01. 015Optimization of Structural Parameters for the Engine IntakeSystem of FSAE Racing CarTAN Zhengping, HUANG Haibo, WANG Yongzhong(School of A utomotive and Transportation, Xihua University, Chengdu 610039 China) Abstract:According to the regulation of Formula SAE Rules, the circulating diameter of the intake manifold installed in FSAE racing car’s engine is limited to 20mm. Generally, this leads to the power performance degradation. Therefore, we researched the engine intake system of FSAE racing car and the simulation model was established with GT - Power software. The accuracy of the simulation model was verified. Then the model was used to calculate and analyze the effects of the length of intake manifold and the volume of plenum on power performance. Finally, the program was developed to optimize the intake system structure size. The experiment results show that the optimization can improve the power performance and increase the maximum torque 5.9%.Keywords :FSAE ;intake manifold ;plenum ;optimization大学生方程式汽车大赛(简称FSAE)参赛赛车 按其规则[1]要求,必须在发动机进气系统中安装流 通直径为20 mm的进气限制器。
FSAE赛车发动机进气系统设计

收 稿 日 期 =2017-02-16 作 者 简 介 :郑 颖 ,主 要 研 究 方 向 :汽 车 工 程 。
( 2 ) 进 气 歧 管 长 度 和 稳 压 腔 的 体 积 。 根 据 公 式 (1 )计 算 进
气歧管的长度。
L= 3 0 a/(nq)
⑴
L a a 其 中 , 表 示 要 计 算 的 进 气 歧 管 的 长 度 ; 为 声 速 ,取 =
自 身 结 构 储 存 一 定 量 的 空 气 来 减 缓 抢 气 ,从 而 改 善 发 动 机 进
气系统的综合进气性能。
1 采 用 稳 压 腔 的 赛 车 进 气 系 统 C A TIA 模型
( 1 ) 结 构 选 择 。由 于 汽 车 的 行 驶 方 向 总 是 逆 着 空 气 的 流 动 方 向 ,所 以 进 气 系 统 最 前 端 的 撞 风 量 较 大 ,针 对 这 一 问 题 ,本 次 设 计 的 赛 车 进 气 系 统 采 用 对 称 式 的 进 气 管 结 构 ,这 种 布 置 形 式 有 利 于 各 缸 的 进 气 平 衡 ,改 善 进 气 歧 管 上 喷 油 器 的 喷 油 效 果 ,并 在 一 定 程 度 上 减 少 了 回 火 等 不 良 现 象 的 发 生 ;同 时 , 这 种 形 式 的 进 气 管 与 进 气 歧 管 上 没 有 凹 面 ,受 力 均 匀 ,增 加 了 稳压腔的刚度。
率 和 限 制 车 速 ,并 且 要 求 限 流 阀 必 须 设 置 于 发 动 机 节 气 门 和
进 气 门 之 间 。但 加 装 限 流 阀 相 当 于 增 加 了 进 气 的 阻 力 ,即 改 变
了 原 来 发 动 机 的 输 出 性 能 ;另 外 ,赛 车 发 动 机 一 般 为 多 缸 结
FSAE赛车发动机进排气管分析

FSAE赛车发动机进排气管分析
彭才望;阳林;贺绍华;王行
【期刊名称】《公路与汽运》
【年(卷),期】2012(000)005
【摘要】运用GT- Power软件建立FSAE赛车发动机系统仿真模型,计算发动机在不同转速下的性能,分析进排气管长度对发动机性能的影响.结果表明,进气管长度对发动机充气效率、扭矩、功率的影响比排气管更显著,合理设计进排气管长度是优化进排气系统的有效方法.
【总页数】4页(P19-22)
【作者】彭才望;阳林;贺绍华;王行
【作者单位】广东工业大学机电工程学院,广东广州 510006;广东工业大学机电工程学院,广东广州 510006;广东工业大学机电工程学院,广东广州 510006;广东工业大学机电工程学院,广东广州 510006
【正文语种】中文
【中图分类】U483
【相关文献】
1.航空活塞发动机进排气管路改进设计研究 [J], 徐斌;刘昱含;杨世春;姬芬竹;刘波
2.基于进气相位及进排气管的发动机动力性能优化设计 [J], 夏奇松;苏伟
3.小型汽油发动机进排气管的设计与试验 [J], 陈国锐;陈学深;武涛;叶俊茂
4.496Q发动机进排气管优化计算 [J], 张坚
5.FSAE赛车发动机进气稳压腔优化分析 [J], 闵宇翱;李铭迪;谭钊炎
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FSAE赛车发动机进排气系统优化设计

·2019 中国汽车工程学会年会优秀论文(选登)·
FSAE 赛车发动机进排气系统优化设计*
芮宏斌 张帅帅 史洋鹏 蔡斌 郑文哲
(西安理工大学 机械与精密仪器工程学院,西安 710048)
【引用】芮宏斌,张帅帅,史洋鹏,等. FSAE 赛车发动机进排气系统优化设计[J].汽车文摘,2019(10):34-39. 【Citation】Rui H., Zhang S., Shi Y., et al. Optimization of Engine Intake and Exhaust System in A FSAE Racing Car[J]. Automotive Di⁃ gest (Chinese), 2019(10):34-39.
Key words: FSAE, Engine intake and exhaust system, Simulation, Optimization
0 引言
发动机的进排气系统设计对车辆动力性、燃油经 济性评价指标—功率和油耗的影响较大[1]。中国大学 生方程式汽车大赛(FSAE)按赛事规则[2]要求,发动机 进气系统用限流阀的安装直径为 20 mm,这种进气系 统布置结构对发动机的动力性有较大影响,会导致赛 车在动态项目中发动机低速时扭矩和高速时功率的
【摘要】为提高 FSAE(Formula SAE)赛车的性能,对其发动机进排气系统进行数值仿真,获得优化设计方案。利用 FLU⁃ ENT 对限流阀流场进行计算,得到流量损失最小的入口和出口锥角。运用 GT-Power 软件建立发动机仿真分析模型,通过 实测外特性曲线比对验证模型的准确性;以发动机进排气系统结构尺寸作为单一变量,分析发动机进排气歧管几何参数对 发动机动力性能的影响规律,根据所得参数提出优化设计方案。通过对比分析可知优化后发动机的功率、最大扭矩均有较 大的提升,同时峰值扭矩的输出转速区域加宽,输出更加平稳,最大扭矩增加 11.6%。另外,峰值功率对应的转速点向高转 速移动,弥补了安装进气限流阀对发动机动力性能下降的影响,达到了设计要求。
FSAE赛车进气系统流场分析及优化

FSAE赛车进气系统流场分析及优化作者:库亚斌来源:《汽车科技》2017年第04期摘要:本文研究的对象是FSAE赛车的进气系统,研究主要参考目标为学校车队的赛车进气系统。
首先运用了理论分析方法查阅相关文献资料,初步建立三维模型,进行仿真分析。
然后运用单一变量分析的方法,对模型各部分参数进行仿真优化,求解出进气系统各部分的最优尺寸。
使用的工具是常用的三维软件CATIA。
对进气系统内气体的流动过程进行分析优化所使用软件为常用的有限元分析软件ANSYS Fluent。
经过分析优化得出了较为理想的FSAE赛车进气系统的流线分布图。
关键词:进气系统;流场分析;FSAE;20mm限流阀中图分类号:U464.234 文献标识码:A 文章编号:1005-2550(2017)04-0055-06Abstract: The object is FSAE car's intake system, the main reference target university research team racing intake system. First, the theoretical analysis method using access to relevant documents, the initial establishment of three-dimensional model, simulation analysis. Then use the method of univariate analysis of the various parts of the model parameters of simulation and optimization, solving the optimal size of the various parts of the intake system. Tool is commonly used three-dimensional software CATIA. Process flow within the intake system of the gas is analyzed to optimize the software commonly used finite element analysis software ANSYS FLUENT use. After analysis and optimization come to the ideal racing intake system FSAE streamline distribution.Key Words: Air intake system; The flow field analysis; FSAE; 20 mm flow-limiting valves引言大学生方程式汽车大赛(简称“FASE”)是一项由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛。
大学生FSAE赛车发动机进气系统设计

大学生FSAE赛车发动机进气系统设计贺彤阳;何山;黎杰;肖国权;雷雄【摘要】利用AVL BOOST建立FSAE赛车发动机工作循环的一维模型,对其进行分析优化,确定合适的进气歧管长度、谐振腔容积等几何尺寸,并借助三维建模软件Inventor对进气系统各个部件进行建模.【期刊名称】《机械工程师》【年(卷),期】2012(000)011【总页数】4页(P20-23)【关键词】中国大学生方程式汽车大赛;发动机进气系统;BOOST【作者】贺彤阳;何山;黎杰;肖国权;雷雄【作者单位】华南理工大学机械与汽车工程学院,广州510641;华南理工大学机械与汽车工程学院,广州510641;华南理工大学机械与汽车工程学院,广州510641;华南理工大学机械与汽车工程学院,广州510641;华南理工大学机械与汽车工程学院,广州510641【正文语种】中文【中图分类】U464.1341 引言中国大学生方程式汽车大赛是一项由高等院校汽车工程或汽车相关专业在校学生组队参加的汽车设计与制造比赛。
各参赛车队按照赛事规则和赛车制造标准,在一年的时间内自行设计制造出一辆在加速、制动、操控性等方面具有优异表现的小型单人座休闲赛车,能够成功完成全部或部分赛事环节的比赛。
发动机供给系统设计作为发动机的主要设计任务,主要包括进气系统、排气系统和供油系统设计。
发动机供给系统,特别是进气系统对于发动机性能有着非常重要的影响。
通过借鉴国外车队的经验,并进行分析对比,发现Honda 的发动机比较适合FSAE 比赛,所以决定选用Honda CBR 600 RR 这款高性能的摩托赛车发动机。
据了解,这款发动机在FSAE 赛车上的使用频率相当高,因为它的各项性能指标都非常适合这项比赛[1],但是发动机原来的进气系统和大赛规则要求[2]的结果相差很大,必须重新设计进气系统,而不能使用发动机原装的进气系统。
2 进气系统布置对于汽油机而言,进气量的多少直接决定发动机性能的高低[3]。
毕业设计(论文)-fsae进气系统设计与分析【毕业论文】[管理资料]
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毕业设计(论文)-FSAE进气系统设计与分析【毕业论文】FSAE进气系统设计与分析目录摘要 1ABSTRACT 20 引言41 绪论4大学生方程式汽车大赛简介 4汽车发动机进气系统的简介 6定义 6基本构成 6进气形式 7汽车发动机进气系统发展趋势8FSAE赛车进气系统与量产车比较11FSAE规则对进气系统限制11FSAE赛车进气系统主要构成13国内外FSAE赛车进气系统现状与发展142 进气系统方案设计16进气系统设计流程16确定进气形式18确定进气系统材料与制造工艺22节气门体类型选择233 设定进气系统各部件基本参数25系统参数 25空气滤清器25限流阀开口26限流阀26限流阀扩散器27稳压腔28进气道29进气管方案一29进气管方案二30进气管方案三31方案的论证与选择31利用赫尔姆霍兹(Helmholtz)进气谐振原理验算 33 4 进气系统做流体动力学分析35分析软件介绍35模型网格划分与边界条件初步定义37整体分析 38进气管方案二整体分析38进气管方案三整体分析40确定进气系统方案42扩散器理想锥角的CFD模拟426°锥角扩散器分析427°锥角扩散器分析448°锥角扩散器分析46扩散器对比论证47燃油雾化效果模拟485 进气系统制造工艺及装配48零件制造 48装配与安装506 结论与展望52结论52展望53参考文献54译文56原文说明71摘要本毕业设计课题来自我校第二届FSAE赛车项目课题。
FSAE赛事中文名称为大学生方程式赛,是上世纪70年代由美国汽车工程师协会发起,三十一年以来发展至世界各地,致力于培养汽车方向的大学生各方面综合能力。
此项赛事结合了专业知识与工程实践能力,有利于提高大学生的汽车和零部件的自主研发能力。
本文以2011年全国第二届FSAE大学生方程式赛为背景,设计研发一辆符合参赛规则的方程式赛车。
FSAE赛车进气系统以减少进气阻力,增强发动机充气效率,增强动力的同时要使赛车手便于操控为目标,对进气系统进行合理的设计。
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状及发展方向[J].小型内燃机与摩托车,2002,31
(5).
转速,(r・min-1) 图9排气管长度对发动机功率的影响
[11]王伟涛.增压柴油机进气系统仿真研究[D].北京:北 京交通大学,2008.
从图7~9可以看出:相同转速下,排气管长度 变化对发动机性能的影响不是很明显,其影响程度
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第5期
2012年9月
清器、进排气管道等)模块用方框表示,用圆形来连 接各个元件。各元件的结构、运行参数在相对应的 元件模块和连接件模块中进行定义。 CBR600型发动机的主要参数如表1所示。利 用GT—Power软件建立发动机模型,主要建立缸 体、进气和排气3个模块。图3为发动机整机模型, 主要由管路和接头前后连接组成。
[3]
CD—adapco Japan Co.Ltd.GT—Power CD—adapco Japan Co.Ltd,2001.
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,
[4]谢田峰,金国栋,钟绍华.GT—P0wER在内燃机排气 消声器设计中的应用[J].内燃机,2003(1). [5]刘金玉,郑广勇,李康.GT—P0wER在发动机开发中 的应用[z].长春:第一汽车集团公司技术中心,2002. [6]刘字.基于GT—Power的汽油机仿真及优化设计 [D].长春:吉林大学,2006. [7]于佳.TY3100非道路用柴油机整机系统建模与仿真 [D].武汉:武汉理工大学,2009. [8]刘亚君,陈国华.小型四冲程汽油机准维循环模拟研究 [J].小型内燃机,1999(2). [9]褚超美.进排气管结构与配气系统匹配对汽油机性能 的影响研究口].内燃机工程,2003(5). [10]许元默,帅石金,王燕军,等.发动机缸内数值模拟现
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转速,(r・rnin’1)
图6迸气管长度对发动机功率的影响
速的动力性能及充气效率影响很大,且随着长度的 增加,其影响越明显。发动机一定时,发动机转矩和 充量系数成正相关。因此,由于原发动机的高速谐 振点所对应的发动机转速较高,适当加长进气管长 度,对改善发动机中、高转速的动力性能作用比较 大。故在不影响发动机整体布置的前提下应适当加 长进气管长度。
峰值压力和压力升高率基本不变,但峰值放热率较高;大负荷下燃烧基本同时开始且峰值参数对 应曲轴转角相同,峰值压力、压力升高率及峰值放热率较高。2)M5和M10的输出功率和扭矩比 Mo略低。3)在满负荷速度特性下,与MO相比,M5与M10碳烟排放明显降低,C0排放略有降 低,NO:和HC排放基本不变。 关键词:汽车;柴油机;生物柴油;甲醇;燃烧特性;排放
500
r/min。采用由日本小野公司生产的
CB566燃烧分析仪、电荷放大器、压力传感器、光电
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作为柴油机燃料(5%体积比例生物柴油),这从某种 程度上降低了生物柴油的替代性。该文选择高体积 比例的生物柴油一柴油(体积比各为50%)作为基 础燃料,通过添加甲醇形成微乳化燃料,研究其在柴 油机上使用的各项性能,推动柴油机清洁替代燃料 的研究与应用。
1试验条件
1.1发动机与测试仪器 试验所用发动机为ZHll05W型单缸直喷柴油 机,气缸直径为105 mm,活塞行程为115 mm,压缩 比为16.5,排量为O.996 L,标定功率为11.03 kW, 原机喷油提前角为上止点前22。,最大扭矩点对应 转速为1
称为“虚拟发动机”,是目前国内外高等院校进行研 究的模拟仿真工具。GT—Power可模拟多种类发 动机,也可用于预测发动机的多种性能,如进排气管 的空气流速和流量、进排气系统的温度和压力、功 率、扭矩及NO。排放、催化剂化学反应等。GT— Power是基于面向对象的交互式界面,从模型图的 建立、运行到数据的后处理,其操作简便、高效。其 界面如图2所示。 lk“一-・h”岫一I一¨’
(1.长安大学汽车学院,陕西西安710064;2.厦门金龙旅行车有限公司,福建厦门
36l006)
摘要:为了研究生物柴油一柴油一甲醇微乳化燃料在柴油机上的应用,在一台ZHll05w直 喷式柴油机上对微乳化燃料的燃烧特性、排放特性及发动机性能进行试验研究。结果表明:1)转
速为l
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r/min时,与MO相比,M5与M10在小负荷下燃烧滞后且峰值参数对应曲轴转角滞后,
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FSAE赛车发动机进排气管分析
彭才望,阳林,贺绍华,王行
(广东工业大学机电工程学院。广东广州
510006)
摘要:运用GT—Power软件建立FSAE赛车发动机系统仿真模型,计算发动机在不同转速下 的性能,分析进排气管长度对发动机,I生能的影响。结果表明,进气管长度对发动机充气效率、扭 矩、功率的影响比排气管更显著,舍理设计进排气管长度是优化进排气系统的有效方法。
最大扭矩/(N・m)
图4进气管长度对发动机充气效率的影响
压缩比
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14为连接元件。 发动机
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转速,(r・如n'‘) 图5进气管长度对发动机扭矩的影响
4排气管长度对发动机性能的影响
发动机排气管长度影响排气管道的压力波,适
万方数据
总第152期
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21
当改变排气管的长度,可充分利用压力波的动态效 应使发动机的残余废气系数降低、充量系数提高,从 而有效地提高发动机的输出功率,达到提升动力的 目的。但目前要使发动机具有良好的排气动力效 应,一般很难靠经验设计。运用GT—Power,在不 改变汽油机其他结构参数的前提下,分析排气管长 度对发动机充气效率、扭矩和功率的影响,结果如图 7~9所示。
中图分类号:U473.1 文献标志码:A 文章编号:1671—2668(2012)05一0022~04
石油资源的日益紧缺加快了柴油机替代燃料的 开发与研究;推动柴油机清洁替代燃料的应用是节 能减排的工作重点。在中国,二甲醚、液化石油气、 生物柴油与醇类等柴油机优良替代燃料形成了多元 化区域性发展态势,并且具有不同的特点。生物柴 油是指以油料作物、野生油料作物和工程微藻等水 生植物油脂及动物油脂、废餐饮油等为原料油,通过 酯交换工艺制成的甲酯或乙酯燃料。生物柴油以其 来源广泛、物理性能与柴油相近、环境友好及可直接 在柴油机上燃用等优点得到了广泛关注、深入研究 与初步应用。 作为柴油机替代燃料,生物柴油应用的主要问 题是其酸值较高且粘度大。因此,目前国内外均采 用低体积比例生物柴油与柴油掺混使用,通常生物 柴油体积比例不超过20%,如美国与巴西使用BD5
的改进,为FSAE赛车设计提供一定参考。
利用所建立的CBR600汽油机GT~Power仿 真模型,可分析进排气管长度对发动机充气效率、扭 矩、功率的影响及影响规律。但发动机进排气结构 参数多,必须做到多种参数相结合优化分析,以达到
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3∞O
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O∞5 o()0
6 000 7 000
参数值
4 67 42.5 12:1
参数值
自然吸气
50.7 51.9
转速,(r・111in一1)
缸数
缸径/mm 冲程/mm
吸气方式 额定功率/kW
关键词:汽车;FSAE赛车;发动机;进气管;排气管;GT—Power软件 中图分类号:U483 文献标志码:A 文章编号:167l一2668【2012)0s一0019一03
FSAE比赛已经吸引众多高等院校的参与,比 赛规则的基本要点是赛车使用排量不超过o.6 L的 发动机,比赛项目包括静态项目和动态项目。其中, 动态项目包括加速性、弯道性能和操作稳定性等。 赛车发动机的所有进气都通过直径为20 mm的限 流阀,如图1所示,限流阀必须设置在发动机节气门 和进气门中间,这将导致低速时发动机扭矩较小、高 速时充量系数不高。因此,提高发动机低速时的扭 矩和高速时的功率显得尤为重要。该文对一款排量 为O.599 L的CBR600型汽油机进行优化改进设 计,改善其动力性,从而提高FSAE赛车的竞争力。
l 图2 GT—Power软件界面
GT—Power介绍
GT—Power是一款包涵内燃机两大机构和五
2
仿真模型的建立
GT—Power采用模块式结构建立发动机不同
大系统的基于一维气体动力学原理的计算软件,被
工况时的模型。发动机的内部元件(如缸体、空气滤
万方数据
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