风切变对舰载系留无人机系统动力学响应的影响研究

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作者 张素侠 朱清荣 吴思琛 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第10期1069-1075,共7页

舰载系留无人机工作在海洋上,必定会受到海洋上风的作用.海洋风场中存在着垂直切变现象.为探究垂直切变对舰载系留无人机系统动力学响应的影响,本文忽略大气层结状态以及边界层厚度等因素,采用指数律模型来描述海洋风场的垂直切变,同时... 舰载系留无人机工作在海洋上,必定会受到海洋上风的作用.海洋风场中存在着垂直切变现象.为探究垂直切变对舰载系留无人机系统动力学响应的影响,本文忽略大气层结状态以及边界层厚度等因素,采用指数律模型来描述海洋风场的垂直切变,同时由于无人机与缆绳相互耦合,因此将无人机平台看作系留缆绳上端点的边界条件;将舰船的垂荡运动看作缆绳下端点的垂向激励,建立了垂直切变风场下舰载系留无人机系统的动力学模型,计算了不同切变指数下缆绳各位置处的最大张力以及无人机运动速度与位移,分析了切变指数对缆绳最大张力和无人机运动的影响.结果表明:最大张力沿缆绳的分布呈现非线性上升趋势;与不考虑切变的情况相比,切变指数为0.30时上端点的最大风速增大为1.37倍,缆绳最大张力减小了11.4%,说明风切变的影响不可忽略;3种风速下缆绳最大张力均呈现先减小后增大的趋势,即缆绳最大张力都存在极小值,并且风速越大,缆绳张力曲线极小值处的切变指数越小;切变指数增加不会改变无人机的运动性质,无人机始终为倍周期运动,但会改变无人机的偏移量,在计算参数范围内,水平最大偏移增大了9.4 m,竖直最大偏移减小了3.1 m,以水平偏移为主.研究结果明确了风切变对舰载系留无人机系统的影响规律,为舰载系留无人机系统的工程设计与安全工作提供了参考. 展开更多

关键词 垂直切变 舰载系留无人机系统 动力学响应 缆绳张力 无人机运动

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对置二冲程柴油机电辅助增压方式对能量利用的影响

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作者 吴晗 黄延瑞 +6 位作者 王子玉 张丛 郭瑾朋 孙珑 张泽宇 石智成 李向荣 《内燃机工程》 北大核心 2025年第4期181-189,共9页

为解决对置活塞二冲程(opposed-piston two-stroke,OP2S)发动机低转速时排气能量不足的问题,开展辅助增压系统研究,改善增压能力。建立了电辅助增压OP2S整机一维仿真模型,分析了前置、中置、后置电辅助增压方式下缸内能量与排气能量利... 为解决对置活塞二冲程(opposed-piston two-stroke,OP2S)发动机低转速时排气能量不足的问题,开展辅助增压系统研究,改善增压能力。建立了电辅助增压OP2S整机一维仿真模型,分析了前置、中置、后置电辅助增压方式下缸内能量与排气能量利用率的特性。研究表明:废气涡轮增压器在发动机≤2300 r/min低转速工况下排气能量不足,无法稳定运行。电辅助增压可拓宽OP2S发动机稳定运行转速范围,且低转速排气能量的提升使原本无法稳定运行的废气涡轮增压器也产生增压作用,增压比进一步提升,二者相互促进。中置式电辅助增压方式的缸内能量利用率最高,较最低的前置式高1.1个百分点,而不影响排气能量利用率。 展开更多

关键词 对置活塞二冲程发动机 废气涡轮增压 电辅助增压 介入功率 能量利用率

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增压器涡轮非设计工况多目标气动优化

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作者 刘正先 高浩 +2 位作者 李孝检 程江华 郭磊宏 《兵器装备工程学报》 北大核心 2025年第1期134-143,共10页

为提升某车用特种发动机变工况热力性能,针对其增压器涡轮,基于纯径向造型设计,开展了非设计工况多目标气动优化。采用单参数分析、最优拉丁超立方取样、Kriging代理模型以及梯度变异混合优化算法构建了涡轮多目标气动优化方法,在不损... 为提升某车用特种发动机变工况热力性能,针对其增压器涡轮,基于纯径向造型设计,开展了非设计工况多目标气动优化。采用单参数分析、最优拉丁超立方取样、Kriging代理模型以及梯度变异混合优化算法构建了涡轮多目标气动优化方法,在不损失涡轮设计工况气动性能的前提下,实现了非设计工况等熵效率和比功率的提升。优化后涡轮在大膨胀比工况点等熵效率提高2.03%、比功率提升2.78%。引入熵产率理论并结合涡轮流场分析,得出气动性能提升的机理:转子入口攻角减小、尾缘附近流动均匀性提升,入口及尾缘附近流动分离改善、高熵产率区域减小,气动损失降低;转子出口相对马赫数降低,余速损失减小,等熵效率提升;叶片吸力面载荷降低,前缘负载荷问题改善,转子整体扭矩增大,涡轮比功率提高。文章为增压器涡轮非设计工况气动优化及流动新机理解析提供了有益参考。 展开更多

关键词 增压器涡轮 纯径向造型 非设计工况 多目标气动优化 熵产率分析

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单级和多级连续恒值准零刚度隔振方法

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作者 赵峰 康艳红 +2 位作者 曹心煜 杜文辽 曹树谦 《力学学报》 北大核心 2025年第7期1718-1733,共16页

准零刚度隔振器具有高静态和低动态刚度特性,在低频隔振领域受到广泛关注.具有非线性刚度特性的准零刚度隔振器在承载质量变化时,导致动态刚度增大从而降低低频隔振性能,不适用于变承载质量隔振工况.为解决此问题,采用拉簧和斜杆提出一... 准零刚度隔振器具有高静态和低动态刚度特性,在低频隔振领域受到广泛关注.具有非线性刚度特性的准零刚度隔振器在承载质量变化时,导致动态刚度增大从而降低低频隔振性能,不适用于变承载质量隔振工况.为解决此问题,采用拉簧和斜杆提出一种具备恒值准零刚度特性的隔振器,通过静态分析获得的刚度表达式推导出两个准零刚度参数条件,可实现恒值准零刚度、恒值零刚度或恒力和非线性准零刚度特性;进而基于恒值准零刚度提出了多级连续恒值准零刚度隔振方法.采用谐波平衡法和增量谐波平衡法分别对运动方程求解并得到位移传递率.制作了单级和多级恒值准零刚度实验样机,开展两种机制的变承载质量隔振实验研究.第一种为单级恒值准零刚度机制的隔振实验,适用于小幅变承载质量,如设计承载质量的10%以内;第二种为多级连续恒值准零刚度机制的隔振实验,适用于大幅变承载质量,如设计承载质量的32%及以上.两种隔振机制为准零刚度隔振器在变承载质量工况下的应用提供了可行方法. 展开更多

关键词 准零刚度 隔振器 变承载质量 多级准零刚度 实验

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基于自监督对抗训练算法的气缸盖铸铁材料热机械疲劳寿命预测研究

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作者 蒲博闻 孙兴悦 +3 位作者 周田果 卫军朝 王根全 陈旭 《机械强度》 北大核心 2025年第9期241-249,共9页

以气缸盖铸铁材料为研究对象,采用本体取样的方式进行了一系列不同温度范围下的热机械疲劳试验。结果表明,铸铁材料的疲劳试验表现出循环软化、循环稳定和快速失效3个阶段。此外,反相位加载下材料的疲劳寿命显著小于正相位加载。使用人... 以气缸盖铸铁材料为研究对象,采用本体取样的方式进行了一系列不同温度范围下的热机械疲劳试验。结果表明,铸铁材料的疲劳试验表现出循环软化、循环稳定和快速失效3个阶段。此外,反相位加载下材料的疲劳寿命显著小于正相位加载。使用人工神经网络(Artificial Neural Network,ANN)、随机森林(Random Forest,RF)等6种典型有监督学习模型对试验数据进行疲劳寿命预测;结果表明,模型无法学习到材料的疲劳寿命分布趋势。针对该问题,利用基于生成对抗网络(Generative Adversarial Network,GAN)自监督算法,实现了对气缸盖铸铁材料热机械疲劳寿命的预测,在小样本条件下表现出了较好的预测效果。该研究对于开展气缸盖设计和疲劳分析有着极强的指导意义和参考价值。 展开更多

关键词 自监督算法 深度学习 热机械疲劳 脉冲疲劳 寿命预测

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基于灰色关联与最弱链理论的铸铝气缸盖组织与力学性能评估

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作者 蒲博闻 周海涛 +3 位作者 王根全 毛郭灵 胡定云 何晓东 《车用发动机》 北大核心 2025年第2期17-23,共7页

为了准确表征铸造铝合金气缸盖材料微观组织与失效概率之间的相关性,提出综合反映材料强度和试样尺寸对失效概率影响的评价方法。首先,基于气缸盖不同位置微观组织表征和力学性能测试结果,利用灰色关联分析方法,以二维孔隙率、孔隙面积... 为了准确表征铸造铝合金气缸盖材料微观组织与失效概率之间的相关性,提出综合反映材料强度和试样尺寸对失效概率影响的评价方法。首先,基于气缸盖不同位置微观组织表征和力学性能测试结果,利用灰色关联分析方法,以二维孔隙率、孔隙面积、孔隙最大Feret尺寸、硅相面积、硅相长宽比、硅相最大Feret尺寸和硅相颗粒圆度7个微观组织特征作为比较序列,以抗拉强度、弹性模量和维氏硬度3个力学性能指标作为参考序列,研究气缸盖材料组织特征与力学性能之间的关联关系。基于最弱链理论,通过考虑缺陷分布偏离理想均匀分布程度,构建了弱化试样尺寸效应的广义双参数Weibull分布模型,对气缸盖不同位置失效概率与材料强度关系进行描述。结果表明:孔隙最大Feret尺寸对铸铝气缸盖本体材料力学性能的影响相对较大,底板位置容易出现局部缺陷的集中分布,发生由铸造缺陷引起失效的概率较高。 展开更多

关键词 气缸盖 铝硅合金 灰色关联分析 缺陷分布 最弱链理论

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涡轮增压器压气机自循环机匣非定常扩稳机理研究

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作者 田津津 刘玉焱 +3 位作者 李孝检 付璐阳 张哲 赵祎佳 《内燃机工程》 北大核心 2025年第1期91-99,108,共10页

为了研究自循环机匣的非定常扩稳机理,针对某型涡轮增压器压气机采用非定常数值计算方法得到了典型工况三维全通道非定常流场。通过对比实壁机匣及自循环机匣压气机在设计工况和近失稳工况的非定常流动特征,探究了实壁机匣在近失稳工况... 为了研究自循环机匣的非定常扩稳机理,针对某型涡轮增压器压气机采用非定常数值计算方法得到了典型工况三维全通道非定常流场。通过对比实壁机匣及自循环机匣压气机在设计工况和近失稳工况的非定常流动特征,探究了实壁机匣在近失稳工况下稳定性降低的原因,并阐明了自循环机匣的非定常扩稳机理。结果表明:实壁机匣压气机上下游非定常扰动分别来自主流叶片和分流叶片间隙泄漏涡,两者相互影响且在同一工况下频谱分布相似、主频相同。其中主流叶片间隙泄漏涡破碎及通道涡的形成是压气机上游非定常脉动增强、堵塞加剧、稳定性下降的主要原因。自循环机匣通过抽吸效应能够有效维持主流叶片前缘间隙泄漏涡稳定性,抑制其破碎,减小高叶高区的流动堵塞,同时能够有效阻碍上下游间隙泄漏涡扰动的相互干扰,从而提升压气机稳定性。 展开更多

关键词 离心压气机 全通道数值模拟 自循环机匣处理 非定常流动特性 扩稳机理

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SiC_(p)含量对SiC_(p)/Al-Mn复合泡沫组织与压缩性能影响研究

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作者 孙临枫 蒲博闻 +2 位作者 刘雨佳 李蕊 杨旭东 《有色金属(中英文)》 北大核心 2025年第10期1659-1667,共9页

采用粉末冶金发泡法制备了SiC_(p)增强Al-Mn基复合泡沫,系统研究SiC_(p)质量分数(0~6%)对泡孔结构、微观组织和力学性能的影响,并结合断口形貌分析了其失效机制。结果表明,与纯Al-Mn泡沫相比,添加SiC_(p)后的复合泡沫泡孔数量明显增加,... 采用粉末冶金发泡法制备了SiC_(p)增强Al-Mn基复合泡沫,系统研究SiC_(p)质量分数(0~6%)对泡孔结构、微观组织和力学性能的影响,并结合断口形貌分析了其失效机制。结果表明,与纯Al-Mn泡沫相比,添加SiC_(p)后的复合泡沫泡孔数量明显增加,但过量添加SiC_(p)(6%)会导致泡沫膨胀率降低。此外,SiC_(p)的加入会导致Al-Mn析出相的数量增多和尺寸粗化。当SiC_(p)含量为4%时,复合泡沫性能最优,其屈服强度、平台应力及单位体积吸能相比纯Al-Mn泡沫分别提高52.2%、33.5%和35.3%,这归因于SiC_(p)与Al基体间的良好界面结合,通过载荷传递机制有效增强了复合泡沫的力学性能。 展开更多

关键词 铝基复合泡沫 力学性能 吸能性能

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浇注工艺对重力铸造铝硅合金机体组织的影响

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作者 毛郭灵 刁占英 +3 位作者 王根全 林杰威 王韬 何晓东 《车用发动机》 北大核心 2025年第1期47-52,共6页

利用模拟指导大型复杂结构零件的工艺优化能节约大量的人力和物力。采用模拟的方法研究了浇注工艺(浇注时间和温度)对重力铸造铝硅合金机体组织(二次枝晶间距)的影响。结果表明:材料级阶梯样件和重力铸造铝硅合金机体的模拟结果和试验... 利用模拟指导大型复杂结构零件的工艺优化能节约大量的人力和物力。采用模拟的方法研究了浇注工艺(浇注时间和温度)对重力铸造铝硅合金机体组织(二次枝晶间距)的影响。结果表明:材料级阶梯样件和重力铸造铝硅合金机体的模拟结果和试验结果具有较好的对应关系,模拟结果的偏差较小。浇注时间一定时,随着浇注温度升高,二次枝晶间距先减小后增大,最佳浇注温度为695℃;浇注温度一定时,随着浇注时间增加,二次枝晶间距先减小后增大,最佳浇注时间为60 s;浇注时间一定时,随着浇注温度升高,凝固时间先减少后增加;浇注温度一定时,随着浇注时间增加,凝固时间先减少后增加。 展开更多

关键词 浇注 重力铸造 铝硅铸造合金 机体 枝晶间距 凝固时间

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进气结构对扫气性能的影响机理研究

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作者 王增全 梁永森 +2 位作者 王文晓 李红 石达宇 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S02期65-72,共8页

为探究多种进气结构对扫气性能的影响,基于进气口壁厚、进气口形状、进气口偏移量、进气口数量4种气口结构参数,开展正交试验。试验结果表明:直流扫气对置活塞二冲程柴油机的进气结构通过影响进气气流的旋流强度和流通阻力对综合性能产... 为探究多种进气结构对扫气性能的影响,基于进气口壁厚、进气口形状、进气口偏移量、进气口数量4种气口结构参数,开展正交试验。试验结果表明:直流扫气对置活塞二冲程柴油机的进气结构通过影响进气气流的旋流强度和流通阻力对综合性能产生影响;通过改变进气结构的进气倾角、斜面长度、斜面宽度对进气气流的旋流强度进行调整;通过改变进气结构的进气倾角、总气口接触面对流通阻力产生影响;改变进气旋流强度可以调整扫气性能,改变进气流通阻力可以抑制废气回流。研究发现进气口壁厚为调节对置活塞二冲程柴油机扫气性能的显著因素。 展开更多

关键词 二冲程柴油机 扫气性能 进气结构 正交试验

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汽车振动下突出腰椎间盘力学响应的变化规律 被引量：1

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作者 贾通举 刘军 +4 位作者 李晓骏 戴博 魏柯 刘清 张春秋 《医用生物力学》 CSCD 北大核心 2024年第6期1058-1065,共8页

目的研究汽车振动下突出腰椎间盘力学响应的变化规律。方法使用羊腰椎间盘制作突出和健康试样,分别以前屈和垂直方式进行压缩加载,模拟不同坐姿下汽车驾驶员的腰椎受力,在此基础上进行动态蠕变试验。使用标准线性固体模型描述动态蠕变... 目的研究汽车振动下突出腰椎间盘力学响应的变化规律。方法使用羊腰椎间盘制作突出和健康试样,分别以前屈和垂直方式进行压缩加载,模拟不同坐姿下汽车驾驶员的腰椎受力,在此基础上进行动态蠕变试验。使用标准线性固体模型描述动态蠕变时腰椎间盘的黏弹性力学行为,计算动态蠕变应变、应变率、弹性模量,分析本构方程的物理意义。结果腰椎间盘突出试样的动态蠕变应变显著大于健康试样,而振幅基本不变;振动加速度对于动态蠕变应变基本没有影响,而对于振幅影响显著;前屈方式对于动态蠕变应变略有影响,而对于振幅影响显著。本构方程计算结果与实验测试结果一致。结论研究结果对预防汽车驾驶员腰痛疾病具有重要的理论指导意义。 展开更多

关键词 腰椎间盘突出 振动 本构模型 黏弹性 动态蠕变

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壁湍流相干结构的时空多尺度条件平均模态

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作者 李秋营 范子椰 +2 位作者 白建侠 程肖岐 姜楠 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期3409-3417,共9页

对湍流边界层中“喷射”和“扫掠”事件的时间历程和空间物理形态进行描绘并研究其统计特性,是深入认识湍流的重要途经.利用平板湍流边界层四相机阵列大视场高时间分辨率TRPIV(time-resolved particle image velocimetry)实验数据库,获... 对湍流边界层中“喷射”和“扫掠”事件的时间历程和空间物理形态进行描绘并研究其统计特性,是深入认识湍流的重要途经.利用平板湍流边界层四相机阵列大视场高时间分辨率TRPIV(time-resolved particle image velocimetry)实验数据库,获取流-法向平面u-v瞬时速度场的时间序列样本,依据子波分析能量最大准则及条件相位平均统计分析方法,对平板湍流边界层瞬时速度场进行时-空多尺度分析,开展壁湍流相干结构的时空多尺度条件平均模态研究.结果发现:对瞬时速度场中不同法向位置的流向脉动速度信号进行空间多尺度分解得到能量最大流向空间尺度为第9尺度,该尺度湍动能达到峰值,湍流猝发最活跃.提取不同法向位置对应的流向脉动速度时间序列,进行时间多尺度子波分解,发现流向湍动能最大时间尺度随着法向位置远离壁面,逐渐从小尺度第6尺度向大尺度第8尺度转移.获得第6时间尺度喷射和扫掠事件的流向脉动速度、法向脉动速度和瞬时雷诺应力的条件相位平均波形,结果呈现很好拟序性.此外,对4个不同法向位置的第6空间尺度喷射事件和扫掠事件锁定流线和涡量场的空间相位平均模态,发现对数律区的检测点处流线出现明显鞍点-焦点动力系统结构,且在鞍点-焦点动力系统四角的涡量场呈现明显四极子结构,在缓冲层区域,四极子的下层涡对消失,四极子上层涡对诱导流体产生喷射和扫掠事件.该项研究为湍流边界层多尺度涡结构的动力系统模型提供了实验依据. 展开更多

关键词 壁湍流 PIV(particle imagevelocimetry) 子波分析 相干结构 时空条件平均模态

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向心涡轮可变喷嘴激波优化研究

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作者 程江华 杨世龙 +1 位作者 刘正先 李孝检 《内燃机学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期463-470,共8页

针对某型增压器涡轮可变喷嘴,在大膨胀比、小开度工况下实施激波优化研究.首先引入可兼顾全局与局部特性的Hicks-Henne函数对喷嘴叶型进行参数化设计,然后提出了静压周向梯度最大值加权方法来量化喷嘴激波强度,最后基于径向基函数和NSGA... 针对某型增压器涡轮可变喷嘴,在大膨胀比、小开度工况下实施激波优化研究.首先引入可兼顾全局与局部特性的Hicks-Henne函数对喷嘴叶型进行参数化设计,然后提出了静压周向梯度最大值加权方法来量化喷嘴激波强度,最后基于径向基函数和NSGA-Ⅱ遗传算法实施了喷嘴叶型多目标优化.结果表明:优化后喷嘴激波等效强度降低68.88%、总压损失减小25.77%、涡轮绝热效率增大3.57%及流量变化不超过4%,实现了在不降低涡轮气动性能的前提下大幅削弱可变喷嘴激波强度. 展开更多

关键词 向心涡轮 可变喷嘴 激波优化 静压周向梯度

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超高压多次喷射条件下柴油喷雾发展特性研究

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作者 徐丹 杨贵春 +3 位作者 刘继林 徐春龙 李华乐 刘永旺 《车用发动机》 北大核心 2024年第6期1-7,共7页

为探明超高压条件下多次喷射燃油喷雾发展特性,利用高速摄影直拍技术,对高背景密度条件下超高压多次喷射喷雾发展特性进行了研究。研究结果表明:在背景温度303 K,喷孔直径0.148 mm,背景密度60~140 kg/m^(3),喷射压力200~250 MPa条件下,... 为探明超高压条件下多次喷射燃油喷雾发展特性,利用高速摄影直拍技术,对高背景密度条件下超高压多次喷射喷雾发展特性进行了研究。研究结果表明:在背景温度303 K,喷孔直径0.148 mm,背景密度60~140 kg/m^(3),喷射压力200~250 MPa条件下,随背景密度增加,燃油喷雾纵向发展受阻,燃油堆积后向径向发展,导致喷雾贯穿距减小(最大减小26%),喷雾锥角增加(最大增加17%);提高喷射压力可以同时提高燃油喷雾纵向及径向的扩散能力;在预喷比例10%~30%,预主喷间隔0.4~1.6 ms范围内,由于主喷燃油与预喷燃油之间的追击效应,使得多次喷射主喷喷雾贯穿距离大于单次喷射,随着预喷油量的增加、预主喷间隔时间的缩短,追击效应加强,主喷喷雾贯穿距增加(最大增加18%);由于主喷燃油对预喷燃油的推动作用,预喷燃油喷雾相对单次喷射燃油喷雾贯穿距离增加,且间隔时间越大,主喷燃油对预喷燃油的推动作用越弱,当间隔时间为1.2 ms时,单次喷射和预喷射喷雾贯穿距离基本相同,推动作用已不明显。 展开更多

关键词 柴油机 超高压 燃料喷射 追击效应 喷雾特性

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