AL-31F第四代航空發動機是由俄羅斯留里卡土星“科研生產聯合體”研製的帶加力燃燒室的渦扇發動機。該聯合體前身是留里卡設計局，組建於1946年，是前蘇聯主要的戰鬥機發動機設計局。
基本介紹
- 中文名：AL-31F發動機
- 類型：發動機
- 研製國家：俄羅斯
- 套用：蘇-27系列飛機
簡介,發展歷史,產品性能,產品改進,性能改進,發展創新,中國採購,分析探討,結論評語,
簡介
蘇-27系列飛機是當今世界上典型的第四代殲擊機，自該機問世以來，曾經創造了快速爬高的多項世界紀錄，普加喬夫駕駛的蘇-27飛機還首創了著名的高難度"眼鏡蛇"機動飛行動作。據報導，早在1988年已估計有三四百架蘇-27戰機在蘇軍中服役。此後，該系列飛機不僅部署到獨立國協國家，而且還成功地出口到俄羅斯境外的包括印度和中國在內的一些國家。這些業績的取得，都與該系列戰機的動力裝置AL-31F發動機有密切關係。AL-31F除了用在雙發布局飛機之上，還推出了可用在單發布局飛機上的改型發動機AL-31FN。因此，AL-31F的過去、現在和未來的發展引起了人們的關注。
AL-31F發動機
AL-31F發動機發展歷史
在AL-21基礎上，1976 年（另一說法是1973年）留里卡開始研製AL-31F發動機。1985年該發動機研製達標後，用於蘇-27、蘇-30和蘇-35戰鬥機。
AL-31F的結構形式是雙轉子加力式渦輪風扇發動機。推力範圍：加力12250daN，中間7620daN。每台價格300萬美元。AL-31F有一些改進型，其中包括帶矢量推力噴管的改進型AL-31FP發動機。
產品性能
從總體上講，作為蘇-27戰機的專用動力裝置AL-31F發動機，其性能是優良的，具有明顯優勢。
（1）尺寸小，推力大。其渦輪具有有效的冷卻系統和良好的熱力學特性；壓氣機增壓快速，發動機結構緊湊，保證飛機有較高的推力和良好的機動性。
（2）穩定性高。可使用在蘇-27飛機的各種飛行高度和速度下，即使飛機在以M2的速度進入平螺旋、直螺旋、翻轉螺旋和進氣道喘振的情況下，發動機工作仍然極其穩定。喘振消除系統、空中自動點火系統、主燃燒室和加力燃燒室的再次啟動系統等可保證在使用機載武器時動力裝置的工作可靠性。
（3）維修簡便。該發動機採用單元體結構，由14個單元體組成，因此，如果出現某些損壞，不需要全部更換，只替換下有故障的單元體即可。這樣，在使用條件下進行發動機維修時，可更換其中的6個單元體。
（4）使用壽命長。AL-31F可根據其技術狀況而使用，只要發動機還正常，就可以一直使用下去，而現代化水平的診斷設備可保證飛行安全。但其使用壽命也有一個限度，一般認為該發動機第一次維修前的使用壽命可達1000h，總使用壽命應該不少於10年。
產品改進
性能改進
AL-31F本來是雙發布局的蘇-27系列戰鬥機的專用發動機，為使它能在單發飛機上使用，留里卡設計局"禮炮"（Salut）公司幾年前推出了AL-31F的改型發動機AL-31FN。
該型發動機的特別之處是：將發動機附屬檔案傳動箱從附著在發動機上面，移到附著在發動機的下面，而飛機附屬檔案傳動機匣還是安裝在發動機上面。這樣處置是為了滿足客戶要求。
從俄羅斯"禮炮"公司2002年11月提供的資料來看，由俄方改型專供出口的AL-31FN發動機性能、尺寸和質量的數據，與原型的AL-31F發動機只有很少的區別。
由於從雙發配置改為單發配置的飛機使用，發動機附屬檔案得以簡化，又由於AL-31FN發動機拆去了內外涵流道的分流隔板，使得發動機重量減輕了一些。但由此帶來的一些負面影響，仍有待深究。另一不足之處是AL-31FN的燃油消耗率也略有提高，因此，AL-31F系列發動機仍有性能改進的必要。
發展創新
AL- 31F發動機已經生產20多年了。上世紀90年代，"禮炮"公司把頭幾批AL-31F提供給前蘇聯空軍，安裝在雙發布局的蘇-27型殲擊機上。儘管"禮炮"公司進行了產品質量跟蹤、預防檢修和定期維護，但是維修措施並不能保障該發動機永久使用。因此，為了適應新世紀的戰爭環境，"禮炮"公司在本世紀初已建議俄國空軍按三個階段改進AL-31F發動機。
1.第一階段
第一階段的改進已經完成，只改變了"通風機"-- 風扇的兩端部件,推力提高了600～700kg。2002年1月，該改型在兩架蘇-27飛機上進行了綜合飛行試驗，第二架飛機用於進行國家試驗，2002 年12月按計畫結束。飛行研究結果證實了初始計算指標，即安裝有兩台AL-31F-M1改進型發動機的蘇-27飛機，在11000m高度上從 300km/h加速到1200km/h飛行速度的時間比原型飛機減少了26s。由此，可使飛機在空戰中更具有加速性好的優勢。
2.第二階段
3.第三階段
有原則性變化：安裝俄羅斯第五代發動機零件。其中如把第一改進階段上使用的四級壓縮風扇換成大行程葉片的"通風機"，葉片與葉輪合為一體。經過第三階段改進後，發動機推力將增加到14600kg，使蘇-27飛機的性能大大改善，而發動機的保險壽命和規定壽命並沒有改變。改進型AL-31F-M1發動機與現役的AL-31F發動機完全可以互換。
值得關注的是，俄領土上幾乎沒有高海拔機場，而使用蘇-27型系列飛機的其他國家有這種機場，其海拔在3500m左右。AL-31F原型發動機的啟動機只能在海拔2500m以下起作用。為此，"禮炮"公司研製了能在海拔3500m以上啟動發動機的啟動機。它與現役的啟動機完全可以互換，並已通過了俄國家試驗。
另外，"禮炮"公司還可提供適用於單發飛機上的帶可控推力矢量噴口的AL-31F改進發動機。該噴口已進行了400h的單獨調試和特種試驗，近期還將進行帶有這種噴口發動機的500h內的長期試驗。
AL-31F的電子控制系統的研製工作正與發動機改進工作並行開展。
中國採購
據俄羅斯《紐帶》網2011年7月4日報導，俄羅斯國防產品出口公司已於6月初與中國簽署了在2013年前向中方提供123台AL-31FN型航空發動機的契約，總價值超過5億美元。據俄航空工業企業的一位訊息人士透露，首批13台發動機將會在今年年底前交貨。
俄媒稱，俄中雙方此次簽署的契約將由莫斯科“禮炮”發動機製造廠負責執行。該企業此前已分批向中國提供過276台AL-31FN發動機：根據2003年的契約交付54台，根據2007年的契約交付100台，根據2009年的契約交付了122台。
分析探討
綜上所述，對於蘇-27系列戰鬥機而言， AL-31F發動機無疑是一台優秀的第四代軍用渦輪風扇發動機，由於它在蘇-27及其改進型蘇-30MK、蘇-33和蘇-35等型號上的採用，預計該型號的改進型發動機直至2015年左右仍可在國際軍機發動機市場中占有一席之地。如果上述的三個階段的改進計畫都能順利完成，AL-31F系列發動機在國際市場上將具有較強競爭力。
但是作為國際上第四代發動機，AL-31F仍有多項參數指標不盡如人意。從表2的比較中，不難看出，為了適應21世紀的戰爭環境，早期的AL-31F發動機已非改進不可，而推重比和啟動機的啟動海拔高度偏低則是它的最主要問題。
有關資料表明，俄羅斯軍用渦輪噴氣發動機性能和使用壽命與歐美國家同一代發動機相比有一定的差距。以美國普·惠公司仍在生產的F100系列渦輪風扇發動機為例，它於 1970年3月開始全面研製，1974年11月交付空軍使用，主要裝備F-15和F-16飛機，是世界上最早投入使用的推重比達8的軍用發動機。
AL-31F與F100-PW-229同為國際上第四代戰鬥機的渦輪風扇發動機，相比之下，在發動機設計參數的選擇中，F100-PW-229比AL-31F要略勝一籌，也就是說，俄制AL-31F發動機在總增壓比、中間耗油率、涵道比、質量，乃至控制系統等方面還存有不同程度的發展空間。這也許是"禮炮"公司建議俄國空軍按三個階段改進AL-31F發動機，並得到軍方採納的依據所在。
據業內資深人士分析，要提高AL-31F的推力等級，俄方可能會採用：提高風扇通氣流量；提高渦輪前的進氣溫度；改善燃燒室組織燃燒的質量，擴大穩定燃燒的工作範圍；改善渦輪冷卻氣流控制系統等技術途經。
在控制系統方面，今後則很可能從早期的機械液壓式控制燃油和噴口面積，改進為數字式電子控制系統，甚至是與F100-PW-229發動機相當的全許可權數字式電子控制系統，使之具有綜合診斷和與飛機控制系統交聯的能力。
結論評語
透過俄軍方按三個階段改進AL-31F來提高蘇-27系列戰機作戰能力與生存能力的計畫，不難看出，俄方為適應21世紀的戰爭新環境，正在走一條與美國研發新機大不相同的發展道路；這就是在俄羅斯目前"有技術，缺資金"的國情之下，不優先研發第五代新機，而是通過對具有國際第四代水平的有潛力可挖的優秀機種（如蘇-27）的有限改進，來較快地實現空軍武器裝備的現代化。俄空軍把改進動力裝置性能作為提高戰機性能的首選，表明了動力裝置的改善在俄制戰機性能提高方面是舉足輕重的。這一思路，也許值得開發中國家，尤其是俄制戰機用戶國家參考。
相信隨著AL-31F改進型（如AL-31F-M1）高空加速性能、推力等級的提高，以及發動機啟動高度提升到海拔3500m以上的實現，不僅將進一步打開在國際上價位較低的蘇-27/蘇-30系列戰機的外銷市場，而且也有利於有高海拔機場的用戶在其國土上的全疆域部署。
從技術層面來看，AL-31F發展新思維的實現，除了採用高效率核心機、增大風扇流量和改善燃燒室（含加力室）燃燒質量的技術外，今後的設計改進，在參數選擇上還將注重採用高增壓比、高渦輪前溫度和低涵道比這樣的策略；採用全許可權數字式電子控制系統應是它的發展方向；便於保養與維修的單元體結構設計也將進一步得到最佳化。
雖然AL-31F性能不夠理想，各方面還有待發展，但它仍有不少成功的設計經驗值得我們學習與借鑑，它的發展新動向，更值得我們關注。預計，如果AL-31F三年發展計畫順利實現，再配置現有的三元矢量推力噴管，將有可能使蘇-27發展型飛機在高機動性和高敏捷性方面，直逼F/A-22戰機的水平。
