文/ 航小北的日常科普

汽車燒汽油，重型車輛燒柴油，那么飛機(jī)燒什么燃料呢？

現(xiàn)在主流的飛機(jī)往往使用渦輪燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，這些飛機(jī)既不用汽油，也不是柴油，而是靠航空煤油驅(qū)動(dòng)?？墒谴蠹衣牭绞敲河?，是不是立刻想到了煤油燈？那么為什么高大上的航空發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)想到要靠燒煤油呢？

為什么偏偏是煤油？

我們平時(shí)會(huì)見到的汽油、柴油和煤油都是化石燃料，這些燃料都是通過石油精煉而成。雖然都是誕生于石油，但是不同的化石燃料之間性質(zhì)差別比較大。

↑石油的精煉過程↑

首先最直接的標(biāo)準(zhǔn)就是“熱值”，也就是1kg燃料完全燃燒能夠產(chǎn)生的熱量，顯然燃料的熱值越高越好。汽油的熱值是43.71MJ每千克，航空煤油是43.28MJ每千克，反而略低于汽油，所以航空煤油熱值不低，但這不是人們選擇航空煤油的原因。

↑透明色的航空煤油↑

航空煤油真正的優(yōu)點(diǎn)在于其密度大、閃點(diǎn)高、低溫流動(dòng)性好。

密度大，意味著飛機(jī)可以在有限的體積裝入能量更高的燃料。同樣 1L 大小的油箱能裝0.72公斤汽油，但因?yàn)槊芏炔煌瑓s可以裝入0.81公斤航空煤油。全部燃燒之后，汽油放熱31MJ，航空煤油放熱35MJ，釋放的熱量整整多出來 13%。

顯然，飛機(jī)雖然對(duì)重量敏感，但是對(duì)體積緊湊的要求更高，寧可設(shè)計(jì)好了油箱不裝滿，也不能想裝油但是裝不進(jìn)去。

其次，液體燃料都會(huì)揮發(fā)。揮發(fā)形成的燃料蒸汽與空氣混合在一起，一旦超過某一個(gè)溫度，再遇到明火就會(huì)爆炸，這個(gè)溫度就是“閃點(diǎn)”。閃點(diǎn)越高，就意味著燃料越穩(wěn)定。

汽油的閃點(diǎn)為-45攝氏度，而 Jet A1航空煤油的閃點(diǎn)則是 38攝氏度。這就表示，在正常氣溫下，航空煤油蒸汽與空氣混合后很穩(wěn)定，即使遇到明火也不會(huì)爆炸，方便運(yùn)輸和存儲(chǔ)。比如說下面這張圖中，即便把點(diǎn)燃的火柴扔進(jìn)航空煤油中，也依然不會(huì)引起明火。

↑不同燃料閃點(diǎn)不同，安全性也不同↑

但其實(shí)，柴油的密度和閃點(diǎn)都要高于航空煤油。之所以不選擇柴油是因?yàn)槠涞蜏亓鲃?dòng)性不如航空煤油。因?yàn)轱w機(jī)往往要工作在萬米高空，溫度低至零下三十度，低溫下柴油會(huì)變得十分粘稠，在管道中流動(dòng)變慢，使發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率降低甚至于發(fā)生故障，無法正常使用。

↑粘度不同的液體↑

下面就是三種燃料的數(shù)據(jù)，可以看到，航空煤油都是剛好適中，所以才能夠用在航空發(fā)動(dòng)機(jī)中。

航空燃料的歷史

最早大規(guī)模投入使用的航空發(fā)動(dòng)機(jī)都是活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)，這種發(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理與我們現(xiàn)在經(jīng)常見到的汽車沒有什么太大的區(qū)別，所以那個(gè)時(shí)候的飛機(jī)跟現(xiàn)在的汽車一樣，燒汽油。

↑活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)↑

↑活塞式航空發(fā)動(dòng)機(jī)工作原理↑

不過隨著航空業(yè)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)直接使用普通汽油存在很多問題，尤其是發(fā)動(dòng)機(jī)的爆震一直困擾著航空界，因此在三十年代，由杜立特少校（對(duì)，就是后來轟炸東京的那個(gè)杜立特）領(lǐng)導(dǎo)的殼牌石油航空燃料部門開發(fā)了一種名為AvGas的高辛烷值汽油，這種汽油有良好的抗爆震性能。

↑能文能武的杜立特↑

同時(shí)，汽油有一個(gè)特性，那就是容易蒸發(fā)、容易點(diǎn)燃，因此在活塞發(fā)動(dòng)機(jī)中，燒汽油的發(fā)動(dòng)機(jī)效率明顯會(huì)更高。

但是隨著二戰(zhàn)末期航空燃?xì)廨喌某霈F(xiàn)，科學(xué)家開始使用煤油和汽油的混合燃料，但是最開始這么做主要是因?yàn)槎?zhàn)戰(zhàn)事緊張，已經(jīng)沒有那么多的汽油資源了，直到二戰(zhàn)結(jié)束，使用煤油作為航空燃?xì)鉁u輪發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料才成為主流。

未來的航空燃料

有人會(huì)問：

還有更厲害的航空燃料不？

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燃料最本質(zhì)的作用就是放熱，是什么燃料不重要，燃不燃燒也不重要，重要的是產(chǎn)熱，瘋狂地產(chǎn)熱，而什么方式可以產(chǎn)生大量的熱呢？答案是核反應(yīng)堆。

美國(guó)在冷戰(zhàn)中把核反應(yīng)堆塞進(jìn)了B-36轟炸機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)吸入的空氣不再是混合燃料燃燒，而是直接送入核反應(yīng)堆吸收其中的熱量。依靠源源不斷核能，這些飛機(jī)幾乎可以無限續(xù)航。

↑核動(dòng)力飛機(jī)中的動(dòng)力裝置↑

↑核動(dòng)力飛機(jī)NB-36H↑

但后來戰(zhàn)略導(dǎo)彈的出現(xiàn)，讓這種無限續(xù)航的轟炸機(jī)失去了意義。并且，人們也意識(shí)到，讓核反應(yīng)堆在天上飛來飛去好像也不太安全。所以這個(gè)計(jì)劃也就不了了之了。

除了汽油、煤油、地溝油還有核動(dòng)力之外，飛機(jī)還可以有其他很多種動(dòng)力，比如說氫動(dòng)力、太陽(yáng)能，或者干脆就用蓄電池。不過是因?yàn)榉N種原因，這些動(dòng)力只是在小飛機(jī)，或者在一些實(shí)驗(yàn)性質(zhì)的飛機(jī)上出現(xiàn)。

然而，隨著科技的進(jìn)步和環(huán)保的需要，人類利用能量的手段會(huì)不斷進(jìn)步，汽油、煤油這樣的傳統(tǒng)化石航空燃料遲早會(huì)被淘汰，核燃料這樣瘋狂的能量也遲早會(huì)被人類馴服。所以再過二十年，飛機(jī)體內(nèi)還會(huì)流淌著什么樣的血液呢？大家不妨再等等看吧。