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为什么喷气式客机烧煤油?

日期:2017年4月24日 10:25

  相信大家都知道大部分汽车靠汽油或者柴油在道路上行驶,是否有想过,如今航线上飞行的大部分喷气式客机是靠什么飞起来?喷气式飞机是靠装有喷气式发动机来推动机身向前的,其使用的燃料既非汽油也非柴油,而是煤油。这一选择也是有不少故事在背后的。

  发动机的革命性变化

  其实,在航空煤油之前,柴油和汽油都曾经是飞机的燃料。莱特兄弟制造出的第一架有动力系统进行载人飞行的飞机“飞行者”1号就是由柴油提供的动力。二战期间,活塞式发动机日渐完善,航空汽油逐渐取代了柴油。

  相较于柴油,航空汽油具有足够低的结晶点和较高的发热量,良好的蒸发性和足够的抗爆性。这段时间,航空汽油发展出多种种类,序列号从75号发展到95号再发展到100号,序列号越高,抗爆性能高,爆发力高,飞机的飞行速度越快、航程越长。

  但是,带螺旋桨的活塞式发动机最大的缺点是速度受限制,这让飞机只能在每小时800千米以下飞行。因此,为实现高速飞行,必须寻求新的动力装置。

  1929年,英国皇家空军的一名22岁军官弗兰克·维特尔提出了一种能使飞机飞得更高、更快的推进方式的设想,在他的设想中,要取消螺旋桨和活塞发动机。

  这是因为,在20000英尺以上的高空中,空气非常稀薄,螺旋桨无法高效率地“咬住”空气,活塞式发动机也无法充分“呼吸”。而他的设计是用一只像风车那样转动的风扇将空气吸入机体,压缩后的空气由燃料加热,需要排出的巨大体积的气体就以惊人的速度喷出,其反作用力即可推动飞机前进。

  一开始,维特尔的这一想法并没有受到英国空军的重视,在遭遇一系列冷遇几乎无望之时,有两个实业家对这个项目感兴趣,成立了一家公司来发展维特尔的发动机。

  与此同时,德国的冯·奥海因在1935年初也设计了一个燃气涡轮的专利,该设计由离心压气机转子、燃烧室、离心涡轮和一个中央排气推进喷管组成。这两位科学家不谋而合的辉煌设想在历经挫折中逐渐付诸实际。

  喷气式发动机是利用发动机本身高速喷射的燃气流所产生的反作用力以推进飞行器的。与此前的活塞式内燃发动机相比,喷气式发动机把燃料的热直接变成推动飞机前进的机械能,无需再安装一个能量转换的中间机构——螺旋桨。

  这时,因为飞机发动机发生了革命性的变化,飞机燃料的研究自然也跟随着两位科学家的步伐,开始进行相关的测试。然而,研究发现,如果只是将原来用于活塞式内燃发动机的燃料提升品质,其动力效果并没有明显的提升。为了找到最适用于喷气式发动机的燃料,科学家对汽油、柴油、煤油都进行了试验和探索,结果发现煤油的效果最好。

  煤油具有不易点燃、不易挥发、比重大、润滑性好等特征。此外,还有一样不可忽视的原因:煤油更加便宜。如此一来,煤油逐渐被认为是最适合喷气式飞机的燃料。因此,从上世纪40年代开始,相关的研究与实践主要聚焦在不断提升和改进煤油燃料的性能。

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