燃油引擎没有未来?那是他们对力量一无所知
2019-09-27 12:52:24   来源：东方头条   

记者丨张一弛

责编丨听雪煮火锅

现在环保人士包括一些电池车的产生者都喊着说： 以传统能源为基础的发动机已无潜力可挖，未来属于纯电动。 每当听到如此幼稚、浅薄论调，我都忍不住想笑，他们对于力量一无所知。

当把传统能源中的化学能完全释放后，会超乎绝大多数人类的想象，这份力量在航天航空领域被体现的淋漓尽致。 比如曾经世界上推力最大的民用航空发动机，通用电气的GE90，它拥有127900磅的最大推力，作为继任者GE9X的最大推力更达到了134300磅。 或许你对推力没有具体的概念，举个例子说GE9X的推力已经超过了美国第一代红石系列载人火箭了。 再比如以EG90核心机为基础开发的LM9000燃气轮机，它的轴功率超过了10万匹马力。

波音747挂载GE9X测试，看看它尺寸有多大

当然，红石系类火箭是人类最早期的作品，现在航天发动机的能力更是常人难以想象那般恐怖。 美国曾经的航天飞机上，单是高压氢、氧泵的总功率就能达到73MW，相当差不多10万匹马力，再圈一遍重点，这只是泵的功率，可想而知推进器的功率了。 而且它的体积仅有你家床头柜那么大，各个轴承之间没有任何的油液润滑，润滑工作是交给零下180度的液氧来完成的。

航天飞机的引擎，氢、氧泵只是其中的一小部分

且抛开航天发动机不谈，因它们们有氧化剂加持。单说航空发动机，它们为何拥有如此惊人的输出能力呢？这样从发动机的做工原理说起，汽车搭载的活塞发动机是间断做工的。一个完整的循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，只有“做功”冲程是向外释放能量的。以单缸发动机为例，在一个单位时间中，只有四分之一的时间是在做功的。

四冲程活塞引擎工作方式

而飞机引擎，也就是我们常说的喷气引擎，它是由压气机、燃烧室和涡轮这三大核心部件组成的。 空气被压缩之后，进入燃烧室与燃油混合被点燃，高压、高热气体向后喷出带动涡轮，涡轮继续带动压气机工作，如此循环下去就是喷气引擎的基本工作原理。 它是持续做功的，就像是一个火炉，只要不断补给燃料就可以了。

喷气引擎工作方式

这里还要说明一点，很多人认为喷气引擎是利用牛顿第三定律，依靠引擎尾端高速喷出的气体反推飞机前进的。 的确，早期的涡轮喷气引擎是这个原理，但效率太低。 我们现在坐的飞机，都是涡轮风扇引擎，也就是在压气机前部安置一个巨大的风扇，同样由后部的涡轮提供动力。 风扇提供的推力占比达到了80%以上，尾端高速气流所产生的反作用力占比已经很小了。

可以看到GE90前端巨大的风扇

既然可以安装风扇，那么把风扇换成变速箱就可以为船舶、车辆提供动力了。 事实中，早就有船舶、车辆采用了这种动力形式，比如美军的阿利·伯克级驱逐舰以及M1埃布拉姆斯主战坦克。 只不过这种动力形式放在车辆、船舶上不再称为喷气引擎，会换一个说法，叫做——燃气轮机，但核心部件和工作原理与飞机引擎并无二致。

阿利·伯克级驱逐舰的心脏LM2500燃气轮机，相比于它近万吨的体型发动机真的很小

喷气引擎或燃气轮机除了之前说的效率高、动力强劲之外，相比活塞引擎还有其它的优点，比如不挑食。 倘若给汽油引擎加柴油或者给柴油引擎加汽油，结果肯定是开不出一公里就趴窝。 理论上，只要满足液体、能够燃烧这两个条件，就可以成为喷气引擎/燃气轮机的燃料，汽油、柴油、煤油、酒精哪怕是香奈儿的香水都可以加。 自然也就不用担心油品不好，产生积碳、爆震等问题了。

跑个题，为什么飞机一定要用航空煤油呢？ 其一，由于航空煤油的热值高，也就我们说的能量密度高，相应的产生的能量就大； 其二，汽油不稳定具有挥发性，放在飞机上不安全，柴油则是因为低温流动性差，在万米高空上温度都在零下70度，而航空煤油低温流动性好且没有挥发性，自然是最为合适的选择了。 反观相同构造的燃气轮机，因为排除了温度因素，就可以放心的使用轻质柴油了。

回头说车，燃气轮机之所以没有出现在汽车上，主要是两大原因。 一个是油耗问题，虽说燃气轮机在稳定工况下效率高，但是汽车基本不可能在稳定工况下行驶，即便不堵车，等红绿灯总归无法避免。 在停车怠速时，燃气轮机的油耗就非常吓人了。 再来举个例子，飞机除了主引擎外，在尾部还有一个辅助动力装置（APU），它是一个很小的喷气引擎，在停机坪上为飞机提供电力，这台小引擎每小时油耗在100到200升。

空客320系列的APU

再有就是燃气轮机的噪音太大，那些住在航线下的朋友都会吐槽飞机的噪音，想想看小区下如果是个停机坪会是什么结果。

但这些问题也不是绝对没法解决，还记得泰格鲁斯腾风这个名字么，旗下GT96 TREV概念超跑的核心动力就是一台微型燃气轮机。 为了解决效率问题，GT96 TREV的做法是加入了电机，让它成为一台混合动力车型。 这款车和现在的增程式混合动力思路相同，燃气轮机只作为发电机并不参与驱动，如此在怠速时可以为电池充电，能量并没有浪费。

这是一个很好的思路，继续想下去还有很多的可能性，比如类似丰田THS这类动力分流式混动系统。 燃气轮机参与动力输出，但由电机来调控，让燃气轮机始终处于最高效的运转区间。 另外，当面对最大动力请求时，还可以设计一套直连系统，让燃气轮机直接驱动车轮，正好发挥它的优势。

传统燃料的潜力远比我们想象的大，把燃气轮机放在汽车里只是其中的一个方向。 即便往复活塞式引擎也是有很大潜力可以挖掘的，现在很多车企都能做出接近/到达40%热效率的引擎了，而在实验室中已经有50%热效率的引擎诞生，未来就是如何扩宽和量产这些高热效率引擎的问题。

再看看电池车那可怜的能量密度和极其低效的能量补给方式，怎么可能是未来趋势呢。