系列发动机案例分析及解读

11.6.3.1　研制发展概况

美国研制成功F－15 飞机后，苏联在重型战斗机领域为了对抗美国，研制了SU－27战斗机。AЛ－31Ф 是为适应苏－27 战斗机需要，由苏联留里卡设计局在1975—1984年研制的加力式涡轮风扇发动机。

AЛ－31Ф 发动机在研制中曾遇到极大的困难。一是超重，起初，发动机有4 级风扇、12 级高压压气机、2 级高压涡轮和2 级低压涡轮共20 个级，结果发动机超重，达1 600 kg，而推力仅11 000 daN，不得不进行大改，改后的方案，风扇仍为4 级，但高压压气机减为9 级，高低压涡轮各为1 级，总级数降到15 级，于1976年将重量降到1 520 kg，但故障很多。为排除故障重量又有所增加，约增加了10%，后来采用每减重1 kg奖励5 个月工资的办法，减轻了70 kg，实现了原定的重量目标。二是涡轮效率比设计值低4%，后来决定接受这个现实。但为了达到性能，只好将涡轮进口温度由1 350 ℃提高到1 392 ℃，结果涡轮叶片产生裂纹，为此改进了冷却流路，流路十分复杂，采用了旋流冷却，用了新的工艺和好的材料，表面加钴、镍、铬、铝涂层。为此曾撤换过5名领导。在 1976—1985年期间，共解决了 685 个难题。AЛ－31Ф 设计中共获得 128 项专利，使用51 台发动机，总运转22 900 h，其中台架试车16 625 h，试飞6 275 h。

AЛ－31Ф 发动机的生产主要是莫斯科“礼炮”和乌法市“乌法”厂生产。

在AЛ－31Ф 发动机的研制过程中，共投入了51 台发动机，其中地面试验用了48台，共16 625 h，其中整机的特种试车及部件的特种试验占用了38 台份。空中试飞先用了3 台试飞，后来试飞工作量大，又另外加工了7 台发动机进行试飞，这样实际到定型共投入了58 台AЛ－31Ф 发动机。

AЛ－31Ф 发动机所经受的特种试验、试车有：进口加温试车、加速任务试车、寿命试车、检查测定空气动力及测振试车、稳定工作裕度试车、防喘系统功能试车；在大风洞中承受温度畸变的试车（模拟吞入武器的废气）、加力燃烧室温度升高裕度试车、100次断滑油16 s 试验、加力燃烧室高空小表速下的点火试验，等等，特别还进行了发动机引气对座舱污染的考核试车。

苏霍伊飞机设计局对飞机进气道与AЛ－31Ф 发动机的匹配也做了很多的工作，主要有进气道—发动机—机身1∶1 的试验台试验，定在苏霍伊设计局或ЦИАМ（中央航空发动机研究院）进行，留里卡发动机设计局全程参加；还进行了进气道—发动机匹配的试飞，约飞了30 h，尾喷口排气系统试飞大约用了20 h。

AЛ－31Ф 发动机在海平面标准大气条件下，最大推力达到12 500 kg，最大飞行马赫数为2.35，最大静升限20 kg，推重比8.2（不含附件）。

11.6.3.2　改进改型情况

1）АЛ－31ФП，1988年开始研制，带矢量喷管，安装在苏－37、苏－30МКИ 和其他苏－27 系列飞机上；最大马赫数为2，最小机动表速200 km/h；制造过程中采用了多种措施，以降低非加力状态的红外探测性。

АЛ－31ФП 的最复杂部件之一是矢量喷管和加力燃烧室后端的密封，此处温度达2 000 ℃，压力为 5～7 个大气压。

喷管АЛ－100 是能够在两个平面内产生矢量推力的喷管，垂直方向偏转角为±15°，水平方向为±8°。

2）地面燃机。采用 АЛ－31Ф 的核心机，发展了地面燃机 АЛ－31CT，1991年开始发展，现在已经用于天然气输送系统。它由双轴单涵道燃气涡轮发动机组成，加装了自由涡轮，可以在任何气候条件下工作，自动工作在最优状态。1996年АЛ－31CT 通过了生产试验，在“乌法”厂生产，自由涡轮轴输出功率达到了16.8 MW，有效效率达到37%，自由涡轮转速 5 300 r/min，燃料为纯天然气，排放水平为 NOx25 ppm、CO 80 ppm，自由涡轮排气温度 763 K，天然气消耗量为 0.965 kg/c，长 5 236 mm、宽2 103 mm、高1 950 mm，质量4 990 kg，翻修寿命25 000 h，总技术寿命 75 000 h，

在此基础上通过优化自由涡轮设计，又发展了20 MW 的发电设备АЛ－31CTЭ，作为电站的单元体，产生电能，利用排放的废气产生热量。它由燃气发生器、动力涡轮和非传动附件三个单元体构成，功率20 MW，效率35%，自由涡轮转速3 000 r/min，燃料使用天然气，排气温度788 K（废气收集器前），长4 880 mm、高2 118 mm、宽1 950 mm，质量5 200 kg（含构架），翻修寿命15 000～25 000 h，总技术寿命45 000～75 000 h，动力涡轮总技术寿命6 000～10 000 h。

3）推力达13300 的 АЛ－31Ф－M1，主要的改进是采用了直径从 φ905 mm 增大到φ924 mm的新四级低压压气机КНД－924，空气流量增大6%，以及更现代化的数字式控制系统，涡轮前温度提高了25 ℃，根据2002年1月25日完成的试飞结果，全加力推力达到了13 300 kg，最大状态推力也提高到了8 300 kg。(www.xing528.com)

4）2004年改进的 АЛ－31Ф－M2，带有新型燃烧室，采用了新材料、新冷却系统涡轮叶片的改进涡轮，以及全权限数控系统，贯彻以上措施后，涡轮前温度提高了100 ℃，推力达到了14 400 kg，它既可是通常结构，也可安装由礼炮和克里莫夫联合开发的全向偏转矢量喷管。此阶段还要保证延长翻修间隔期和总寿命。

5）АЛ－31Ф－M3 发动机，换装带宽弦叶片的三级低压压气机，按整体叶盘制造，2002年11月该压气机上试验台，带该压气机的 АЛ－31Ф－M3 推力达到了 14 600 kg。并且，这些改型发动机具有完全互换性，无须更改苏－27 结构即可换装，改进可望在大修时在现役АЛ－31Ф 发动机上完成。

AЛ－31Ф 发动机分别配装在多种类型的军用战斗机上，如用于苏－27、苏－27УБ、苏－30、苏－30МК、苏－33、苏－34、苏－32ФН 等飞机上，包括出口中国的苏－27、苏－30MKK，带有矢量喷管的改进型装备了出口印度的苏30MKI，俄罗斯礼炮厂为歼10飞机发展了附件下置的AЛ－31ФH 发动机。

11.6.3.3　AЛ-31Ф 系列发动机发展经验

1）先进的性能。

发动机推重比达到8，双发配装苏－27 系列飞机，使飞机推重比超过1，可以实现飞机垂直爬升，该系列飞机在第三代战斗机中创造了多个飞行纪录，均有赖于强劲的发动机性能。

2）较大的发展潜力。

在发动机原型机基础上发展了多个改型，用于苏－27 家族，还可以改成地面燃机。该发动机的最新改型是苏－35 飞机的117C 发动机，俄罗斯第五代飞机苏－57 初始装备的AЛ－41 发动机仍沿用了大量用于AЛ－31Ф 发动机的成熟的技术和零部件。

3）泼辣的作战适用性。

良好的气动稳定性，保证了飞机在大机动条件下的发动机稳定工作，苏－27 飞机首次实现了眼镜蛇机动，迎角高达120°的发动机仍工作正常；空中使用极少喘振停车，空中提车率低；无忧虑操纵。

4）较佳的可靠性维修性

通过研制阶段的严格试验和改进设计，发动机主机可靠性较高，总可靠性超过150 h，故障集中在附件系统；外场容易更换发动机风扇和压气机叶片。发动机可以在－60 ℃～＋60 ℃的环境下起动工作，适应全球战场环境，但与西方先进发动机相比还有一定差距。

注：本章内容的主要素材取自以下参考文献以及若干其他资料。