航天飞机的发动机已无潜力可挖，未来属于纯电动

当传统能源中的化学能完全释放出来时，将超出大多数人类的想象。 这种力量在航天航空领域体现得最为淋漓尽致。 例如，世界上最强大的民用航空发动机通用电气的GE90，最大推力为1000磅。 作为其后继者，GE9X的最大推力达到了1000磅。 也许你对推力没有具体的概念。 比如GE9X的推力就已经超过了美国第一代红石系列载人火箭。 另一个例子是基于EG90核心机开发的燃气轮机。 其轴功率超过10万马力。

波音747安装GE9X进行测试，看看它有多大

当然，红石火箭是人类最早的作品，现在的航天发动机的能力甚至比常人想象的还要可怕。 在前美国航天飞机上，仅高压氢氧泵的总功率就可以达到73MW，相当于近10万马力。 让我再重复一遍要点。 这只是泵的功率。 你可以想象推进器的威力。 而且它的大小只有你的床头柜大小。 轴承之间没有油润滑。 润滑工作是由-180度的液氧完成的。

航天飞机的发动机、氢气泵和氧气泵只是其中的一小部分

我们先把航空发动机放在一边，因为它们富含氧化剂。 单就航空发动机而言，为何拥有如此惊人的输出能力呢？ 我们先从发动机的工作原理说起。 安装在汽车上的活塞发动机是间歇式制造的。 一个完整的循环由四个冲程组成：吸气、压缩、做功和排气。 只有“动力”冲程向外释放能量。 以单缸发动机为例，单位时间内只有四分之一的时间在做功。

四冲程活塞发动机的工作原理

飞机发动机，我们常说的喷气发动机，由三个核心部件组成：压气机、燃烧室、涡轮。 空气被压缩后，进入燃烧室与燃料混合并点燃。 高压高热气体向后喷出，驱动涡轮。 涡轮继续驱动压缩机。 这个循环就是喷气发动机的基本工作原理。 只要不断补充燃料，它就会继续工作，就像熔炉一样。

喷气发动机的工作原理

这里还要注意的一点是，很多人认为喷气发动机采用的是牛顿第三定律，依靠发动机后端高速喷出的气体来推动飞机前进。 确实，早期的涡轮喷气发动机就使用了这个原理，但它们的效率太低了。 我们现在飞行的飞机都配备涡轮风扇发动机，这意味着压气机前面放置了一个巨大的风扇，压气机也由后面的涡轮机提供动力。 风扇提供的推力占80%以上，后端高速气流产生的反作用力已经很小了。

你可以看到GE90正面的巨大风扇

由于可以安装风扇，用变速箱代替风扇可以为船舶和车辆提供动力。 事实上，很早以前就有采用这种动力形式的舰船和车辆，比如美军的阿利伯克级驱逐舰和M1艾布拉姆斯主战坦克。 只是这种动力形式用在车辆和船舶上时不再称为喷气发动机。 它将被称为燃气轮机，但其核心部件和工作原理与航空发动机没有什么不同。

阿利·伯克级驱逐舰核心的燃气轮机与其近万吨的体积相比实在是太小了。

除了前面提到的效率高、动力强劲之外，喷气发动机或者燃气轮机相比活塞发动机还有其他优势煤油的密度，比如不挑食等。 如果你在汽油机中添加柴油，或者在柴油机中添加汽油，结果肯定是你无法行驶超过一公里，然后就陷入困境。 理论上，只要满足液态和能够燃烧两个条件，就可以作为喷气发动机/燃气轮机的燃料。 汽油、柴油、煤油、酒精，甚至香奈儿香水都可以添加。 自然不用担心油质不好、积碳、敲缸等问题。

题外话，为什么飞机一定要用航空煤油呢？ 首先，由于航空煤油的热值高，我们称之为能量密度高，所以产生的能量也相应大； 第二，汽油不稳定，易挥发，放飞机上不安全，而柴油则因温度低而不稳定。 流动性差，海拔10000米温度为-70度。 航空煤油低温流动性好，无挥发性，自然是最合适的选择。 另一方面，相同结构的燃气轮机由于消除了温度因素，可以安全地使用轻柴油。

回到汽车，燃气轮机没有出现在汽车上主要有两个原因。 一是油耗问题。 虽然燃气轮机在稳定工况下效率很高，但汽车在稳定工况下行驶基本上是不可能的。 即使不堵车，等待红绿灯也是不可避免的。 停车怠速时，燃气轮机的油耗是非常可怕的。 再比如，飞机除了主发动机外，尾部还有一个辅助动力装置（APU）。 它是一种小型喷气发动机，为停机坪上的飞机提供动力。 这台小型发动机每小时消耗 100 燃料。 至 200 升。

空客 320 系列 APU

另外，燃气轮机的噪音太大。 住在航道下面的朋友会抱怨飞机的噪音。 想象一下，如果社区下面有一个围裙，会发生什么。

但这些问题并非完全无法解决。 你还记得泰锐腾峰这个名字吗？ 其GT96 TREV概念超级跑车的核心动力是微型燃气轮机。 为了解决效率问题，GT96 TREV增加了电动机，使其成为混合动力车型。 这款车与当前的增程混合动力车有着相同的想法。 燃气轮机仅起发电机作用，不参与驱动。 这样，电池在闲置时就可以充电，不浪费能源。

这是一个很好的主意。 如果继续思考的话，还有很多可能性，比如像丰田的THS这样的动力分流混合动力系统。 燃气轮机参与动力输出，但受电机控制，使燃气轮机始终处于最高效的运行范围。 此外，在面临最大功率要求时，还可以设计直联系统，让燃气轮机直接驱动车轮，发挥其优势。

传统燃料的潜力远比我们想象的要大，而将燃气轮机装进汽车只是一个方向。 即使是往复式活塞发动机也有巨大的潜力可以挖掘。 现在很多车企都可以制造接近/达到40%热效率的发动机，50%热效率的发动机已经在实验室诞生。 未来的问题是如何扩大这些高热效率发动机的广泛和批量生产。

我们再来看看电瓶车能量密度差、能源供给效率极低的方式。 这怎么能成为未来的趋势呢？