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煤油的密度(煤油的密度是多少千克立方米)
(資料圖片)
文/航空日報小北科普
汽車燒汽油,重型車輛燒柴油,那么飛機燒什么燃料呢?
現在主流飛機經常使用渦輪燃氣發動機。這些飛機由航空空煤油驅動,而不是汽油或柴油。但是一聽說是煤油,你是不是馬上就想到煤油燈了?那么高大上的aero 空發動機為什么會想到燒煤油?
我們平時看到的汽油、柴油、煤油都是化石燃料,都是石油提煉出來的。雖然都誕生于石油,但不同化石燃料的性質差別很大。
石油的提煉過程
首先,最直接的標準是“熱值”,即1kg燃料完全燃燒所能產生的熱量。顯然,燃料的熱值越高越好。汽油的熱值為每公斤43.71MJ,航空空煤油的熱值為每公斤43.28MJ,略低于汽油,所以航空空煤油并不低,但這并不是人們選擇航空空煤油的原因。
↑透明航空空煤油↑
航空空煤油真正的優勢在于密度高,閃點高,低溫流動性好。
高密度意味著飛機可以在有限的體積內裝載能量更高的燃料。同樣大小的油箱,可以裝0.72kg汽油,但是因為密度不同,可以裝0.81kg煤油。全部燃燒后,汽油釋放的熱量為31MJ,航空空煤油為35MJ,釋放的熱量多13%。
顯然,飛機雖然對重量比較敏感,但對緊湊性的要求更高。不如設計一個油箱,油箱沒加滿,或者加了油卻裝不進去。
其次,液體燃料會揮發。揮發性燃油蒸氣與空氣體混合,一旦超過一定溫度,遇到明火就會爆炸。這個溫度就是“閃點”。閃點越高,燃料越穩定。
汽油的閃點是-45攝氏度,而噴氣A1 空煤油的閃點是38攝氏度。這意味著,在常溫下,航空空煤油蒸汽與空氣體混合后非常穩定,即使遇到明火也不會爆炸,便于運輸和儲存。比如下圖,即使點燃的火柴扔進航空空煤油里,依然不會引起明火。
↑不同的燃料閃點不同,安全性也不同↑
實際上,柴油的密度和閃點高于航空煤油。不選擇柴油的原因是其低溫流動性不如航空空煤油。由于飛機經常要在萬米空的高空工作,溫度低至零下30度,低溫下柴油會變得非常粘稠,管路中的流動會變慢,降低發動機的燃燒效率甚至導致故障,無法正常使用。
↑不同粘度的液體↑
下面是三種燃料的數據。可以看到,航空空煤油剛好適中,可以用在航空空發動機上。
最早大規模投入使用的aero 空發動機都是活塞式發動機。這種發動機的工作原理和我們現在經常看到的汽車沒有太大區別,所以當時的飛機和現在的汽車一樣都是燒汽油的。
↑活塞式發動機空 ↑
↑活塞式航空空發動機工作原理↑
但是隨著航空空行業的發展,人們發現普通汽油直接使用存在很多問題,尤其是發動機的爆震一直困擾著航空空行業。所以在20世紀30年代,杜利特爾少校(沒錯,就是后來轟炸東京的杜利特爾)領導的殼牌石油航空空的燃料部門研發了一種高辛烷值汽油,叫做AvGas。
↑能文能武的杜立特↑
同時,汽油有一個特點,就是容易蒸發,容易點燃。因此,在活塞發動機中,汽油發動機的效率明顯更高。
然而,隨著二戰末期航空空燃氣輪機的出現,科學家們開始使用煤油和汽油的混合燃料。不過一開始主要是因為二戰戰爭激烈,所以沒有那么多汽油資源。直到二戰結束,煤油作為航空空燃氣渦輪發動機的燃料才成為主流。
有人會問:
有沒有更厲害的航空空燃料?
還沒完呢!
休息5秒鐘。
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燃料最本質的功能就是放熱。不管是哪種燃料,燃燒與否。重要的是產生熱量,瘋狂地產生熱量。而什么方式可以產生大量的熱量呢?答案是核反應堆。
冷戰時期,美國把核反應堆塞進B-36轟炸機,發動機吸入的空氣體不再與混合燃料燃燒,而是直接送入核反應堆吸收熱量。依靠源源不斷核能,這些飛機幾乎可以無限期地持續飛行。
↑核動力飛機中的動力裝置↑
↑核動力飛機NB-36H↑
但是后來,戰略導彈的出現讓這種無限續航轟炸機變得毫無意義。而且,人們也意識到讓核反應堆在天空中飛來飛去似乎不安全。所以,這個計劃就不了了之了。
除了汽油、煤油、地溝油和核能,飛機還可以有許多其他動力,如氫動力、太陽能或簡單的電池。但由于種種原因,這些動力只出現在小型飛機或一些實驗性飛機上。
但是,隨著科學技術的進步和環境保護的需要,人類利用能源的手段會不斷提高。汽油、煤油等傳統化石燃料遲早會被淘汰,核燃料這種瘋狂的能源遲早會被人類馴服。那么再過二十年,飛機里會流著什么樣的血呢?你不妨等等看。