为毛小车加汽油卡车加柴油飞机要加煤油? | 大师课堂

​其实一开始,大师没有想过会写这么一篇文章。说得难听点,都是些很蠢的问题,蠢到就好比当年牛顿问为什么苹果熟透了只会往地上掉,而不是掉到天上去。有一天,儿子突然问:呆地,为什么小轿车加汽油,卡车加柴油,飞机烧煤油,而轮船却烧重油呢?那一瞬间,我竟然无言以对……不单单是我,怕是99%的车迷、车友还有专职司机们,都没有办法知其所以然。所以,“苹果为什么往地上掉”,绝对不是一个蠢问题。大多数人只是习惯了“苹果往地上掉”而已,并不知道真正的原因。鉴于此,大师恶补了一星期,写出了这么一篇文章。看完本文之后,相信各位以后和朋友出去聚会喝酒,又多了一项装逼绝技……



注:上图为2014年Danish航展宣传海报,千万别当真!真正的霸气的加油照片在后面……


小汽车为何烧汽油


要解释清楚这个问题,不妨说一件二战中不为人知的故事——二战爆发之前,德国的柴油机技术已经发展到登峰造极的地步,并成功实现了柴油机的小型化……然而有意思的是,二战期间烧柴油的德国潜艇虽然在大西洋闹得鸡飞狗跳,但陆地上的德国坦克,却全部搭载汽油发动机,这是为何?



其实这还是和柴油的物理特性有关。汽油在零下60℃的极寒天气下不会冻结,加入醇类抗冻剂之后,甚至可以在零下100℃保持液态。而当时的柴油在低温环境下虽说不会完全冻结,但随着温度的降低,会变得粘稠甚至析出石蜡,堵塞供油管道导致车辆无法启动。当时德国军方担心在极寒地区例如挪威和苏联西伯利亚作战时,难以从当地获取质量有保证的柴油,因此,拥有世界一流柴油机技术的德国不得不选择汽油版的坦克……


此外,当时的柴油机都属于中低转速内燃机,持续经济地输出动力是强项,不擅长频繁地起步和变化转速,而汽车总是要走走停停的,所以从燃料特性和柴油机特性而言,以前的汽车确实不太适合烧柴油。直到二战之后,大众公司才在德国市场首次推出柴油轿车。不过随着技术的进步,目前柴油汽车在欧洲相当普及。


现在的柴油在二氧化碳排放量方面远远低于汽油,但氮氧化物排放量却高于汽油,正是因为这个原因,一些国家对柴油车采取了比较严苛的限制政策。


卡车坦克为何烧柴油?


其实在二战以前的大部分卡车烧的也是汽油。1924年,第一辆柴油卡车诞生于德国MAN公司,这家公司的创始人叫Rudolf Diesel,此人也是柴油机的发明者,柴油的英文单词“Diesel”,正是源于其姓氏。



相对于汽油卡车而言,柴油卡车的高转速动力表现虽然略差,但在起步的爆发力和整体的燃油经济性上有绝对的优势,作为商用运输车辆而言,成本永远是第一竞争力,这也是为何现在柴油卡车一统天下的原因。



而坦克使用柴油作为燃料,是二战以后的事情了。都说打仗烧钱,坦克自然不用担心燃料成本,然而问题在于,由于反坦克武器的进步,坦克装甲越来越厚;且随着任务需求的多样化,坦克上的配备和武器单元也越来越多,这些因素合在一起,导致坦克重量越来越大,现代的主战坦克如果自重低于45吨,那都算“瘦”的……


一般来说,在最大功率基本一致的前提下,涡轮增压柴油机的最大扭矩是同排量涡轮增压汽油机的1.25倍左右,所以现代主战坦克为了追求机动性,都采用柴油机作为动力源。



如此一来不得不说一件往事——二战期间德军曾经研发出“鼠”式坦克(8号坦克),别看这款坦克的名字很弱鸡,却是人类历史上最重的坦克,其重量高达188吨,其装甲和火力足以碾压当时任何型号的坦克!这款坦克出自保时捷公司创始人斐迪南·保时捷之手,此君也是大众甲壳虫的设计师。由于过于沉重,“鼠”式坦克起步都成问题,保时捷公司不得不开发出世界上第一套油电混动系统,以大扭矩电动机来辅助坦克起步。



所以说,现在的坦克选择柴油机,主要看中的是柴油机的大扭矩特性,而不是柴油机的经济性。


飞机为何用航空煤油?


航空煤油别名“无臭煤油”。其实飞机不一定只用航空煤油的。航空煤油只是国内对于这类燃料的一种通俗叫法,而国际上则将其称为“Jet fuel”——直译过来就是“喷气燃料”。由此可见,其实只有喷气发动机(涡轮喷气或冲压喷气)才指定使用“喷气燃料”,而普通活塞螺旋桨飞机是使用汽油的。



喷气发动机的点火主要是靠一个小型的发动机或电动机带动转轴,当转速达到额定转速的30%-60%时,燃烧室就有足够的压力,这个时候发动机开始喷油,火花塞只用打一次火,就能保证燃烧室内持续保持燃烧状态,所以就不需要火花塞不停地打火了——这和咱们家里的煤气灶点火方式有些类似。



由于燃料不存在冲程式的周期燃烧,而是持续燃烧,因此喷气发动机的供油管道极易受热;此外,由于飞行高度的原因,喷气式飞机的所处的环境温度极低,对于超音速战斗机而言,在超音速状态下,由于机体和空气摩擦生成大量的热量,很可能造成油箱受热不均的情况……



试想一下,如果使用汽油作为燃料,飞机的供油管道受热之后,极易蒸发的汽油容易在供油管道内形成气阻,从而造成发动机熄火;此外汽油极易燃烧,容易在燃烧室内出现爆燃,影响燃烧的稳定性。


如果使用柴油作为燃料,问题更大。首先是柴油冰点温度较高,在高空极寒条件下容易出现结冰;其次,柴油黏度太大不符合喷气发动机的燃料雾化要求;第三,柴油在生产储运过程中容易吸收空气中的水分,一般来说柴油含水量低于5%就已经很不错了,国内柴油含水量在10%至20%之间,而航空燃料允许的最大含水量为30ppm即0.0003%,含水量超过这一比例,高温供油管道中的燃料就容易出现水蒸气气阻……



所以,这些特定的需求就决定了喷气式飞机只能使用物理特性和化学特性极其稳定的航空煤油作为燃料。必须说明的是,民用航空煤油分1、2、3、4号,其中3号比较常用。而军用航空煤油就更为细化严格,例如普通舰载战斗机的航空煤油要求泄漏之后就算着火,也可以被水稀释扑灭;美国SR-71黑鸟侦察机的燃料在非雾化的常态下甚至连明火都点不燃,且不能和美国U2高空侦察机的燃料通用……


船舶为何烧的是重油?


很多人认为,重油其实就是重柴油。其实这是误解。所谓的重油,其实是残渣燃料油的不太严谨的俗称,也就是从原油提炼燃料油的过程中,最后“有用的”那部分燃料油。使用重油(残渣燃料油)的,往往是一些大型的远洋船舶,其动力系统往往不是所谓的燃气轮机或柴油内燃机,而是重油锅炉蒸汽轮机。



重油的特点是分子量大、黏度高、杂质多,既不能用在汽车上也不能用在飞机上,但热值却不亚于汽油柴油,而且价格超便宜,每吨价格只有2000元左右,所以对用油需求量大的远洋大型船舶来说,重油是不错的燃料——说白了就是“价格便宜量又足”。



不过你以为船舶只烧重油,那就大错特错了。查阅我国船用燃油的国家强制标准GB/T17411,以及国际船用燃油标准ISO8217-2012,不难发现,其实-10#柴油、0#柴油以及5#柴油,还有10#重柴油和20#重柴油也在船舶燃油之列——由于水的冰点为0℃,因此就算再冷的天气,位于船体底部的燃料舱可以常年保持在0℃左右,这就是为什么船用柴油最低标号为-10#的原因。



柴油燃料有易于储存、扭矩大、经济性好等优点,适用于中高转速的船用柴油机以及船用燃气轮机,例如目前常规动力军用舰艇,还有渔船以及内河船舶等等。毕竟远洋渔船和大型军舰诸如护卫舰、驱逐舰,出去跑一趟就是几千上万公里,不是哪里都能找得到加油站的。军舰采用柴油动力还有另外一个目的,那就是在马力全开的加速状态下,可以让柴油燃气轮机介入工作,柴油燃气轮机体积小,功率大,但油耗也是相当吓人的,因此军舰日常巡航时,还是使用更加经济的柴油内燃机组。


写在最后


什么样的机器使用什么样的燃料,完全是由这台机器的用途以及燃料的特性来决定的,仅此而已。好了,恭喜尔等又习得新的装逼招数,众爱卿可以退下了。

——END——

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