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 發(fā)動(dòng)機(jī)的革命性變化

其實(shí)，在航空煤油之前，柴油和汽油都曾經(jīng)是飛機(jī)的燃料。萊特兄弟制造出的第一架有動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行載人飛行的飛機(jī)“飛行者”1號(hào)就是由柴油提供的動(dòng)力。二戰(zhàn)期間，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)日漸完善，航空汽油逐漸取代了柴油。

相較于柴油，航空汽油具有足夠低的結(jié)晶點(diǎn)和較高的發(fā)熱量，良好的蒸發(fā)性和足夠的抗爆性。這段時(shí)間，航空汽油發(fā)展出多種種類，序列號(hào)從75號(hào)發(fā)展到95號(hào)再發(fā)展到100號(hào)，序列號(hào)越高，抗爆性能高，爆發(fā)力高，飛機(jī)的飛行速度越快、航程越長。

但是，帶螺旋槳的活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)最大的缺點(diǎn)是速度受限制，這讓飛機(jī)只能在每小時(shí)800千米以下飛行。因此，為實(shí)現(xiàn)高速飛行，必須尋求新的動(dòng)力裝置。

1929年，英國皇家空軍的一名22歲軍官弗蘭克·維特爾提出了一種能使飛機(jī)飛得更高、更快的推進(jìn)方式的設(shè)想，在他的設(shè)想中，要取消螺旋槳和活塞發(fā)動(dòng)機(jī)。

這是因?yàn)?，?0000英尺以上的高空中，空氣非常稀薄，螺旋槳無法高效率地“咬住”空氣，活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)也無法充分“呼吸”。而他的設(shè)計(jì)是用一只像風(fēng)車那樣轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)扇將空氣吸入機(jī)體，壓縮后的空氣由燃料加熱，需要排出的巨大體積的氣體就以驚人的速度噴出，其反作用力即可推動(dòng)飛機(jī)前進(jìn)。

一開始，維特爾的這一想法并沒有受到英國空軍的重視，在遭遇一系列冷遇幾乎無望之時(shí)，有兩個(gè)實(shí)業(yè)家對這個(gè)項(xiàng)目感興趣，成立了一家公司來發(fā)展維特爾的發(fā)動(dòng)機(jī)。

與此同時(shí)，德國的馮·奧海因在1935年初也設(shè)計(jì)了一個(gè)燃?xì)鉁u輪的專利，該設(shè)計(jì)由離心壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子、燃燒室、離心渦輪和一個(gè)中央排氣推進(jìn)噴管組成。這兩位科學(xué)家不謀而合的輝煌設(shè)想在歷經(jīng)挫折中逐漸付諸實(shí)際。

噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)是利用發(fā)動(dòng)機(jī)本身高速噴射的燃?xì)饬魉a(chǎn)生的反作用力以推進(jìn)飛行器的。與此前的活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)相比，噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)把燃料的熱直接變成推動(dòng)飛機(jī)前進(jìn)的機(jī)械能，無需再安裝一個(gè)能量轉(zhuǎn)換的中間機(jī)構(gòu)——螺旋槳。

這時(shí)，因?yàn)轱w機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生了革命性的變化，飛機(jī)燃料的研究自然也跟隨著兩位科學(xué)家的步伐，開始進(jìn)行相關(guān)的測試。然而，研究發(fā)現(xiàn)，如果只是將原來用于活塞式內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料提升品質(zhì)，其動(dòng)力效果并沒有明顯的提升。為了找到最適用于噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料，科學(xué)家對汽油、柴油、煤油都進(jìn)行了試驗(yàn)和探索，結(jié)果發(fā)現(xiàn)煤油的效果最好。

煤油具有不易點(diǎn)燃、不易揮發(fā)、比重大、潤滑性好等特征。此外，還有一樣不可忽視的原因：煤油更加便宜。如此一來，煤油逐漸被認(rèn)為是最適合噴氣式飛機(jī)的燃料。因此，從上世紀(jì)40年代開始，相關(guān)的研究與實(shí)踐主要聚焦在不斷提升和改進(jìn)煤油燃料的性能。 

一架出現(xiàn)“血栓”的飛機(jī)

2008年1月，英國航空一架波音777飛機(jī)從北京飛往倫敦在即將降落希思羅機(jī)場時(shí)，兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)突然失去動(dòng)力，連駕駛室內(nèi)的電子儀器都全部自動(dòng)關(guān)閉，導(dǎo)致飛機(jī)只得靠剩余空速滑翔降落。當(dāng)時(shí)飛機(jī)距離地面只有122米。由于飛機(jī)已失去動(dòng)力，所以飛機(jī)以每分550米的速度快速下降。當(dāng)飛機(jī)掠過機(jī)場外的民房及汽車時(shí)，曾離地最高處建筑物最少只有六米。最后飛機(jī)在倫敦希思羅機(jī)場27L跑道前方的草坪上緊急著陸。飛機(jī)著陸時(shí)左側(cè)主起落架刺穿主機(jī)翼并卡住，右側(cè)主起落架亦嚴(yán)重受損且與機(jī)身分離，落在飛機(jī)數(shù)百米以外，而其中兩個(gè)機(jī)輪與輪軸一同脫落，兩臺(tái)羅羅遄達(dá) 800發(fā)動(dòng)機(jī)亦被壓毀。所幸飛機(jī)最終及時(shí)停下，機(jī)上152人全部經(jīng)逃生滑梯安全逃生。

這次事故是波音777客機(jī)于1995年投入市場以來首次發(fā)生嚴(yán)重事故。雖然出事客機(jī)（G-YMMM）機(jī)齡只有6年，但由于損毀嚴(yán)重，英國航空事故調(diào)查委員會(huì)發(fā)布的報(bào)告中已將飛機(jī)損害描述為“超出經(jīng)濟(jì)維修能力”。當(dāng)時(shí)的英航發(fā)言人亦證實(shí)飛機(jī)已作報(bào)廢處理，肇事客機(jī)因而成為全球首架報(bào)銷的波音777客機(jī)。

事后調(diào)查顯示，這次事故與飛機(jī)燃料系統(tǒng)結(jié)冰有關(guān)。如果將飛機(jī)燃料比作人體血液，那么燃油輸送管道就相當(dāng)于人體的血管。調(diào)查人員在調(diào)查此次事故時(shí)在飛機(jī)的燃料箱發(fā)現(xiàn)了5公升的水，導(dǎo)致飛機(jī)在降落前1分鐘，燃油輸送管道受阻。所謂輸送管道受阻，就相當(dāng)于“血栓”這一病癥。當(dāng)然，飛機(jī)燃料結(jié)冰并不尋常，因?yàn)橐话銇碇v，飛機(jī)燃料可抵受零下38攝氏度的低溫。當(dāng)時(shí)英航這架波音777飛機(jī)從北京飛往倫敦時(shí)，飛經(jīng)西伯利亞上空，有可能在這兒遭遇極低的溫度。調(diào)查報(bào)告指當(dāng)時(shí)飛機(jī)在該航段飛行時(shí)，保持著平穩(wěn)的狀態(tài)飛行，令燃料缺乏流動(dòng)。

進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)，之所以會(huì)出現(xiàn)燃油系統(tǒng)“血栓”的情況可能與發(fā)動(dòng)機(jī)熱交換器性能欠佳有關(guān)，從而導(dǎo)致了燃油或輸油管在高空結(jié)冰。為此，波音向全球擁有配備此款羅羅遄達(dá) 800發(fā)動(dòng)機(jī)的波音777顧客發(fā)出新的安全建議，要求同型號(hào)客機(jī)不應(yīng)在“燃油溫度低于零下10攝氏度的高空”持續(xù)飛行超過兩小時(shí)。 

清潔與可再生能源

近年來，全球興起了綠色能源和低碳經(jīng)濟(jì)的浪潮。在人類活動(dòng)導(dǎo)致的二氧化碳排放總量中，商用航空業(yè)所占比例約2%。一直以來，航空業(yè)在減少環(huán)境影響方面取得的進(jìn)步是顯著的，飛機(jī)氣動(dòng)性能、發(fā)動(dòng)機(jī)的效率以及航空公司、機(jī)場和空管系統(tǒng)運(yùn)營的改進(jìn)共同使飛機(jī)的燃油效率比40年前提高了70%以上。

近些年，由于燃油緊缺和價(jià)格上漲, 尋找替代性航空燃料的研究越來越受到關(guān)注，而主要的方向之一就是生物燃料。它不僅可以滿足航空公司降低成本的需求，還更加綠色、環(huán)保。目前，波音、空客等航空制造公司都在進(jìn)行生物燃料的相關(guān)研究，不少能源公司在生物燃料研制方面也取得了不少進(jìn)展。我國也有不少機(jī)構(gòu)和企業(yè)在推動(dòng)著生物燃油的研究。

2008年2月，英國維珍大西洋航空公司利用提取自巴西棕櫚果和椰子的生物燃料進(jìn)行了從倫敦希思羅到阿姆斯特丹的飛行。執(zhí)行這次飛行的是一架波音747-400飛機(jī)，四臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)中有一臺(tái)連接了一個(gè)獨(dú)立的生物燃料油箱，可以提供這臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)20%的動(dòng)力。另外三臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)使用傳統(tǒng)燃料，確保在出現(xiàn)問題的情況下也足以為飛機(jī)提供動(dòng)力。這是商用航線的首次生物燃料飛行。

在2015年3月，中國自主研發(fā)生產(chǎn)的1號(hào)生物航煤進(jìn)行了首次商業(yè)載客飛行。加注了生物航空煤油的海南航空HU7604航班完成了上海到北京的航線飛行。此次飛行所采用的生物航煤是以餐飲廢油（俗稱“地溝油”）為原料生產(chǎn)，并以1：1的比例與普通航煤調(diào)合而成。

當(dāng)然，生物燃料要想真正應(yīng)用到飛機(jī)上并非一件簡單的事情。雖然有許多飛行試驗(yàn)驗(yàn)證成功，但生物燃料本身還需要得到認(rèn)證，而這一取證過程并不順利。不過，利用生物燃料替代航空有可能真的不再只是一種美好的愿望，它正在被證明具有很大的現(xiàn)實(shí)可能性。