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汽车烧汽油,重型车辆烧柴油,飞机为什么偏偏烧煤油?

时间:2020年11月06日   来源:微信@航空知识
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  汽车烧汽油,重型车辆烧柴油,那么飞机烧什么燃料呢?

  现在主流的飞机往往使用涡轮燃气发动机,这些飞机既不用汽油,也不是柴油,而是靠航空煤油驱动。可是大家听到是煤油,是不是立刻想到了煤油灯?那么为什么高大上的航空发动机会想到要靠烧煤油呢?

 

  为什么偏偏是煤油?

  我们平时会见到的汽油、柴油和煤油都是化石燃料,这些燃料都是通过石油精炼而成。虽然都是诞生于石油,但是不同的化石燃料之间性质差别比较大。

  首先最直接的标准就是“热值”,也就是1kg燃料完全燃烧能够产生的热量,显然燃料的热值越高越好。汽油的热值是43.71MJ每千克,航空煤油是43.28MJ每千克,反而略低于汽油,所以航空煤油热值不低,但这不是人们选择航空煤油的原因。

 

↑透明色的航空煤油↑

 

  航空煤油真正的优点在于其密度大、闪点高、低温流动性好。密度大,意味着飞机可以在有限的体积装入能量更高的燃料。同样 1L 大小的油箱能装0.72公斤汽油,但因为密度不同,却可以装入0.81公斤航空煤油。全部燃烧之后,汽油放热31MJ,航空煤油放热35MJ,释放的热量整整多出来 13%。显然,飞机虽然对重量敏感,但是对体积紧凑的要求更高,宁可设计好了油箱不装满,也不能想装油但是装不进去。其次,液体燃料都会挥发。挥发形成的燃料蒸汽与空气混合在一起,一旦超过某一个温度,再遇到明火就会爆炸,这个温度就是“闪点”。闪点越高,就意味着燃料越稳定。汽油的闪点为-45摄氏度,而 Jet A1航空煤油的闪点则是 38摄氏度。这就表示,在正常气温下,航空煤油蒸汽与空气混合后很稳定,即使遇到明火也不会爆炸,方便运输和存储。比如说下面这张图中,即便把点燃的火柴扔进航空煤油中,也依然不会引起明火。

  但其实,柴油的密度和闪点都要高于航空煤油。之所以不选择柴油是因为其低温流动性不如航空煤油。因为飞机往往要工作在万米高空,温度低至零下三十度,低温下柴油会变得十分粘稠,在管道中流动变慢,使发动机燃烧效率降低甚至于发生故障,无法正常使用。

 

  航空燃料的历史

  最早大规模投入使用的航空发动机都是活塞式发动机,这种发动机的工作原理与我们现在经常见到的汽车没有什么太大的区别,所以那个时候的飞机跟现在的汽车一样,烧汽油。

  不过随着航空业的发展,人们发现直接使用普通汽油存在很多问题,尤其是发动机的爆震一直困扰着航空界,因此在三十年代,由杜立特少校(对,就是后来轰炸东京的那个杜立特)领导的壳牌石油航空燃料部门开发了一种名为AvGas的高辛烷值汽油,这种汽油有良好的抗爆震性能。

  同时,汽油有一个特性,那就是容易蒸发、容易点燃,因此在活塞发动机中,烧汽油的发动机效率明显会更高。但是随着二战末期航空燃气轮的出现,科学家开始使用煤油和汽油的混合燃料,但是最开始这么做主要是因为二战战事紧张,已经没有那么多的汽油资源了,直到二战结束,使用煤油作为航空燃气涡轮发动机的燃料才成为主流。

 

  未来的航空燃料

  有人会问:

  还有更厉害的航空燃料不?

  燃料最本质的作用就是放热,是什么燃料不重要,燃不燃烧也不重要,重要的是产热,疯狂地产热,而什么方式可以产生大量的热呢?答案是核反应堆。美国在冷战中把核反应堆塞进了B-36轰炸机,发动机吸入的空气不再是混合燃料燃烧,而是直接送入核反应堆吸收其中的热量。依靠源源不断核能,这些飞机几乎可以无限续航。

  但后来战略导弹的出现,让这种无限续航的轰炸机失去了意义。并且,人们也意识到,让核反应堆在天上飞来飞去好像也不太安全。所以这个计划也就不了了之了。除了汽油、煤油、地沟油还有核动力之外,飞机还可以有其他很多种动力,比如说氢动力、太阳能,或者干脆就用蓄电池。不过是因为种种原因,这些动力只是在小飞机,或者在一些实验性质的飞机上出现。然而,随着科技的进步和环保的需要,人类利用能量的手段会不断进步,汽油、煤油这样的传统化石航空燃料迟早会被淘汰,核燃料这样疯狂的能量也迟早会被人类驯服。所以再过二十年,飞机体内还会流淌着什么样的血液呢?大家不妨再等等看吧。

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