汽車燒汽油，重型車輛燒柴油，飛機為什麼偏偏燒煤油？

2020-11-04 航空知識


文/ 航小北的日常科普


汽車燒汽油，重型車輛燒柴油，那麼飛機燒什麼燃料呢？

現在主流的飛機往往使用渦輪燃氣發動機，這些飛機既不用汽油，也不是柴油，而是靠航空煤油驅動。可是大家聽到是煤油，是不是立刻想到了煤油燈？那麼為什麼高大上的航空發動機會想到要靠燒煤油呢？

為什麼偏偏是煤油？

我們平時會見到的汽油、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。雖然都是誕生於石油，但是不同的化石燃料之間性質差別比較大。

↑石油的精煉過程↑

首先最直接的標準就是「熱值」，也就是1kg燃料完全燃燒能夠產生的熱量，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，反而略低於汽油，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↑

航空煤油真正的優點在於其密度大、閃點高、低溫流動性好。

密度大，意味著飛機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，但因為密度不同，卻可以裝入0.81公斤航空煤油。全部燃燒之後，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，飛機雖然對重量敏感，但是對體積緊湊的要求更高，寧可設計好了油箱不裝滿，也不能想裝油但是裝不進去。

其次，液體燃料都會揮發。揮發形成的燃料蒸汽與空氣混合在一起，一旦超過某一個溫度，再遇到明火就會爆炸，這個溫度就是「閃點」。閃點越高，就意味著燃料越穩定。

汽油的閃點為-45攝氏度，而 Jet A1航空煤油的閃點則是 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後很穩定，即使遇到明火也不會爆炸，方便運輸和存儲。比如說下面這張圖中，即便把點燃的火柴扔進航空煤油中，也依然不會引起明火。

↑不同燃料閃點不同，安全性也不同↑

但其實，柴油的密度和閃點都要高於航空煤油。之所以不選擇柴油是因為其低溫流動性不如航空煤油。因為飛機往往要工作在萬米高空，溫度低至零下三十度，低溫下柴油會變得十分粘稠，在管道中流動變慢，使發動機燃燒效率降低甚至於發生故障，無法正常使用。

↑粘度不同的液體↑

下面就是三種燃料的數據，可以看到，航空煤油都是剛好適中，所以才能夠用在航空發動機中。

航空燃料的歷史

最早大規模投入使用的航空發動機都是活塞式發動機，這種發動機的工作原理與我們現在經常見到的汽車沒有什麼太大的區別，所以那個時候的飛機跟現在的汽車一樣，燒汽油。

↑活塞式航空發動機↑

↑活塞式航空發動機工作原理↑

不過隨著航空業的發展，人們發現直接使用普通汽油存在很多問題，尤其是發動機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，就是後來轟炸東京的那個杜立特）領導的殼牌石油航空燃料部門開發了一種名為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，汽油有一個特性，那就是容易蒸發、容易點燃，因此在活塞發動機中，燒汽油的發動機效率明顯會更高。

但是隨著二戰末期航空燃氣輪的出現，科學家開始使用煤油和汽油的混合燃料，但是最開始這麼做主要是因為二戰戰事緊張，已經沒有那麼多的汽油資源了，直到二戰結束，使用煤油作為航空燃氣渦輪發動機的燃料才成為主流。

未來的航空燃料

有人會問：

還有更厲害的航空燃料不？


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燃料最本質的作用就是放熱，是什麼燃料不重要，燃不燃燒也不重要，重要的是產熱，瘋狂地產熱，而什麼方式可以產生大量的熱呢？答案是核反應堆。

美國在冷戰中把核反應堆塞進了B-36轟炸機，發動機吸入的空氣不再是混合燃料燃燒，而是直接送入核反應堆吸收其中的熱量。依靠源源不斷核能，這些飛機幾乎可以無限續航。

↑核動力飛機中的動力裝置↑

↑核動力飛機NB-36H↑

但後來戰略飛彈的出現，讓這種無限續航的轟炸機失去了意義。並且，人們也意識到，讓核反應堆在天上飛來飛去好像也不太安全。所以這個計劃也就不了了之了。

除了汽油、煤油、地溝油還有核動力之外，飛機還可以有其他很多種動力，比如說氫動力、太陽能，或者乾脆就用蓄電池。不過是因為種種原因，這些動力只是在小飛機，或者在一些實驗性質的飛機上出現。

然而，隨著科技的進步和環保的需要，人類利用能量的手段會不斷進步，汽油、煤油這樣的傳統化石航空燃料遲早會被淘汰，核燃料這樣瘋狂的能量也遲早會被人類馴服。所以再過二十年，飛機體內還會流淌著什麼樣的血液呢？大家不妨再等等看吧。


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