我國噸級無人機實現電磁彈射起飛，重油航空發動機優勢在哪里？

11月24日，安徽航瑞航空動力裝備股份有限公司通過其微信公眾號中發布旗下DB416B云雀重油發動機的最新進展。在海報中航瑞動力表示，有一款噸級固定翼無人機搭載了該款發動機并成功完成電磁彈射起飛。

航瑞動力宣傳圖

近年來，隨著我國低空經濟的發展，“重油發動機”的概念逐漸走入人們的視野。那么為什么一些航空器要以重油為能源？重油發動機的優勢是什么？

飛機燒的重油到底是什么

首先需要澄清的是，重油在不同領域的涵義是不同的。很多使用“高/低”“輕/重”“大/小”冠名的概念主要指相對概念，只有在特定的語境下，這些詞語才準確表示具體的涵義和事物。

“重油”本意是指的分子量更大、碳鏈更長的液態烴類，在物理性質上，它由于密度更大、更黏稠、更難以揮發而得名。在大多數情況下，常規意義上的重油是石油分餾產物中，介于重柴油與瀝青之間的“渣油”。這些重油非常黏稠，在常溫下甚至可以是半固態，只有加熱到80攝氏度甚至更高的溫度才能具備較好的流動性，也才能被高效的泵送到發動機區域，霧化后噴入燃燒室與空氣混合燃燒。

常規意義上的重油

如果要使用重油作為燃料，必須配備很大體積和重量的燃料與動力系統，因此它基本只適用于地面工廠或重型船舶。也就是說，常規意義上的重油并不適合在飛行器上使用。

JP-8“航空重油”

近年來興起的重油動力航空發動機和航空器，其所依賴的航空重油實際上是航空煤油和部分輕柴油。在多數情況下，航空重油就是指航空煤油，與目前各種中大型軍民用飛機一樣。航空重油的“重”是相對于航空汽油的“輕” 而言的。

為什么要用重油？重點是安全需求

從歷史角度看，飛機很早就在使用航空重油了。在二戰時期，航空柴油活塞發動機一度是相當多成功機型的關鍵動力——柴油比煤油還要“重”。但兩方面的劣勢使航空活塞類發動機的路線競爭加重，最終，汽油發動機淘汰了柴油發動機。

容克-86是二戰時期一款成功的柴油飛機

首先，壓燃式的工作原理導致柴油發動機要比輕油類型的汽油發動機重很多；其次，油料越重越容易凝固凍結，隨著飛機的飛行高度不斷加大，環境溫度的急劇降低對于柴油動力飛機的燃油系統可靠性形成了嚴峻威脅。這兩個因素對飛行器性能的影響很大，以至于汽油高度揮發易燃的安全性問題都成為了相對次要的考慮要素。

隨著技術的發展，柴油和汽油的缺陷最終導致渦輪燃機興起以后，介于汽油和柴油之間、既不過度易于被凍結也不過度易于被點燃的煤油成為了全球中大型飛行器的主流燃料，具備安全和性能方面的相對綜合優勢。

活塞發動機的氣密配合 渦輪燃機的葉片間隙與葉片/機匣間隙

不過，從原理上看，活塞發動機的氣密，是依靠活塞/缸體的極微小間隙配合完成的。而渦輪發動機的氣密是靠葉片旋轉形成的氣流壓力來維持的。這意味著渦輪燃機需要在足夠大的尺度級別上，才能形成結構和燃燒效率上的優勢。這為航空汽油活塞發動機保留了市場，至今很多輕型飛機和小型燃油無人機，都還是采用汽油動力。

在汽油動力高度成熟普及的今天，民用的小型飛機使用汽油是可以滿足安全需求的。特別是車用發動機技術向小型飛機擴散以后，現在很多小型飛機不需要傳統的含鉛抗爆震航空汽油，而是能夠使用車輛的95號汽油，在燃料獲取的成本和靈活性上都顯示出極大的優勢。

小型飛機在普通油站與汽車一起加油

不過對注重軍用需求的飛機來說，汽油的安全劣勢則仍然是隱患。如今，任何國家，一旦其注重發展體系化的軍事裝備，不論是車輛、船舶還是航空系統，都在努力去汽油化，以柴油或煤油類燃料為主要動力來源。

可以說，20世紀90年代以來，無人機和小型載人飛機的活塞發動機重油化，實際上就是當年軍用車輛柴油化的發展歷程再現——只是由于技術難度高、需求急迫性沒有那么高，因此該趨勢顯現得更晚。

飛機活塞發動機燒重油的難度在哪里？

在燃料的特性上，安全與性能經常是相互沖突的要素。相較于以汽油為典型的高揮發性輕油，煤油和柴油不易揮發、閃點更高的特點，一方面使它們具備了更好的安全性。比如流淌在地面上的油液，很難用一根火柴直接點燃。但另一方面，這也使它們在動力系統中，更難以被高效、均勻的霧化，并在霧化后通過點燃的方式形成穩定可控的燃燒。

活塞發動機點火

由于這一原因，如果用汽油機的方式，通過火花塞去點燃霧化后的重油空氣混合物，極易形成不穩定的爆燃，導致發動機出現嚴重的爆震現象，輕則振動嚴重超標，重則發動機迅速損壞。要克服這些問題，需要更為深入的火焰燃燒基礎研究，并使發動機具備更為精密迅速的燃油噴射霧化調節能力和點火控制能力。

但是從市場經濟的角度來說，全球范圍內軍用航空活塞發動機的市場份額都不算大，不足以獨自推動活塞內燃機技術實現如此重大的技術突破和普及。因此，直到汽車活塞內燃機上一系列突破性技術，包括以缸內直噴、高壓共軌噴射為代表的燃油噴射技術，計算機根據傳感器反饋實時調節的先進點火等技術在內，大規模應用并普及化之后，軍用航空活塞發動機，才有行業基礎針對煤油化需求進行特定方向的研發突破。

這也是為什么現代意義上的先進重油航空活塞發動機，直到20世紀90年代中期才完成首次試飛。

重油動力對于電磁彈射航母意義重大

在彈射器的技術發展中，電磁彈射相較于蒸汽彈射的核心優勢就是對能量管理的靈活性，使它能不需要煩瑣的調整甚至是改造，就能迅速以較低的輸出能量和牽引速度，輔助重量和起飛速度遠低于戰斗機的中小型低速無人機起飛，而不至于直接拉壞無人機的結構。而這些無人機的參戰，又能極大的提升航母的感知和打擊靈活性，是航母在未來戰場上生存和作戰能力的關鍵所在。

無人機在航母上的潛力要充分發揮依賴于電磁彈射器。

與此同時，中小型無人機的燃油安全矛盾也變得越發尖銳。幾乎所有導致航母失去戰斗力的嚴重戰損和沉沒案例，直接原因都與故障或者遇襲后引發的火災存在因果關系。艦載無人機如果繼續使用汽油動力，將使航母的后勤和損管體系出現安全隱患。

此外，相較于傳統的航空汽油活塞發動機，新一代的重油發動機在設計時通常會引入新設計理論和技術應用，因此整體性能將普遍都得到了提升。這些提升包括但不限于：整體尺寸更緊湊，重量更輕，燃油效率更高；從整體上看，它們普遍對無人機的續航時間和航程形成了明顯的強化。

從這個方面來說，軍用無人機的動力重油化能夠支持消除潛在隱患，使航母在運用無人機上不再有后顧之憂，并通過共用航空煤油實現燃料供應的統一。這對于電磁彈射航母的戰斗力進一步完善提升，有著顯著的意義和價值。（文案：候知健）