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原創:殲-20從試飛到服役,俄羅斯土星AL-31系列發動機功不可沒

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殲-20的氣動外形設計需要大推力發動機支援

殲-20是中國首型裝備整體座艙蓋的戰機。 該整體座艙透明件研製重大攻關於2010年開始, 研製團隊提出“漸次懸拉+真空輔助”工藝實現整體座艙透明件成形、鑲嵌式過渡邊緣連接、柔性吸附定位高精度孔位加工以及複雜曲面均勻膜系鍍制等系列技術, 使中國成為繼美國之後第二個具備研製該類透明件技術能力的國家。

殲-20在設計佈局上, 沒有採用美國的F-22和俄國T-50的常規佈局, 而是採用了雙激渦流升力體邊條翼鴨式氣動佈局, 類似颱風戰機, 此佈局使飛機擁有較優秀的超音速控制率, 良好的大仰角升力特性, 較大的暫態攻角與滾轉率。 但鴨式佈局最大的缺點為最大攻角與持續攻角的矛盾性, 而雙激渦流可平衡這項缺陷。 並且鴨翼偏轉時產生強度較大的鏡面反射回波,

對飛機頭向RCS影響甚至比常規佈局飛機大。 該機外形具有較佳的低可探測設計, 但尾噴口的隱形處理不及F-22。 按其針對機動能力進行強化的思路, 預計該機可能擁有反介入、奪取制空權的重點戰術目的。 根據2016年11月12日的官方報導, 殲-20裝有與霹靂10格鬥短距導彈配合的頭盔瞄準器, 能實行越肩向側向後攻擊。

殲-20的服役之前的多架測試機的發動機, 都屬於AL-31發動機的某款改型, 外媒報導說核心機聲紋特徵與AL-31完全吻合。 殲-20的最終發動機將為渦扇-15, 但聲紋分析也發現殲-20動力已使用一型尚未被確認的發動機, 與AL-31M2同時在試飛。

對於殲20發動機具有多方猜測, 有聲紋頻譜, 有向量噴嘴來判斷為AL-31F, 目前都沒有準確消息。 尹卓將軍曾在中央電視臺表示殲20發動機為三代半國產發動機, 最終使用WS15發動機。

2016年11月珠海航展亮相後表明殲-20已經幾乎達到實戰能力,

央視11月2日專題節目稱其隱身塗料優於F-22, 整體隱身能力應該不低於F-22甚至有可能超過, 同時航電雷達系統受惠於較晚研發所以較高水準, 相比F-22於九十年代末設計只能採用當時的電子科技去設計和量產, 同時11月中旬的探討專題節目表明目前發動機為過渡型號, 最終將有新的發動機研製完成換裝, 與F-22同等的超音速巡航能力是未來的目標。

土星設計局的明星產品——AL31發動機

莫斯科“土星”機器製造廠(今“留裡卡-土星”公司, 2001年併入“土星”科學生產聯合體)研製的AL-31F發動機被選為第四代戰鬥機蘇-27的主要發動機。

具有回轉噴嘴的AL-31FP發動機首次在1989年進行了試驗。1996年4月,裝有這種推力向量可控發動機原型機的蘇-35戰鬥機試驗型機進行了首飛。在這一部件的研製過程中,對噴嘴的有效控制得到了特別的重視,在研製活動和固定部分的可靠密封接頭的過程中完成了複雜的任務。最後提交的發動機能確保全球聞名的機動性和操控可靠性。批量生產AL-31FP發動機安裝在蘇-30戰鬥機上。

AL-31試車

90年代,AL-31F的生產者通過非正式協議瓜分了市場:烏法發動機製造生產聯合體為印度飛機生產發動機,“禮炮”公司為出口中國的飛機製造發動機。2009年中國恢復採購AL-31F/FN。同時,中國訂貨的增加是如此之多,以至於“禮炮”燃氣渦輪機製造科研生產中心的生產能力差點不夠——2009-2011年合同訂購近400台(全部訂貨數量接近1千台)。烏法發動機製造生產聯合體還應按2011年的合同供應140台AL-31FN,用於替換殲-11戰鬥機上耗盡壽命的發動機。

俄媒稱,俄羅斯戰略與技術分析中心專家瓦西裡·卡申指出,AL-31FN由用於裝備蘇-27/30雙發重型戰鬥機的AL-31發動機發展而成,是俄方專門針對中國空軍最新型的殲-10單發戰鬥機研製的。他表示,殲-10是中國自行研製的第一種第四代戰鬥機,堪稱中國航空工業的驕傲。中國還為殲-10和仿製的蘇-27(殲-11B)研製了類似AL-31的WS-10型發動機。不過,由於WS-10的可靠性不高,將其安裝到單發的殲-10上存在危險。到目前為止,中國出口的所有戰機均安裝了由俄羅斯或西方國家生產的發動機,而這顯然是按照使用者的要求進行的配置。

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。

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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鑒,它的發展新動向,更值得我們關注。

可以媲美西方頂級發動機的AL-41系列

土星公司的AL-41發動機 是一款俄羅斯為新型戰鬥機設計的渦扇發動機。它的早期型號AL-41F1A由AL-31F發動機發展而來,即為AL-31的117S型(AL-41F1A),用於蘇-35BM和PAK-FA的早期原型機T-50。而後期真正的AL-41F具備全新的內核(即AL-41F1),最初是為米格1.44設計的,將用於未來俄羅斯五代機PAK-FA。據稱推力可以達到F-22的水準。

AL-41F 的推力有大幅度增加,其最大狀態推力約12000 千克(117.6千牛),加力推力的一般說法是不低於17857千克(175千牛),具體數字有18500 千克(181.3千牛)和20000千克(196千牛)等說法。

不管哪一種資料,AL-41F的加力推力都高於F119-PW-100 ( F-22A的發動機)的16000千克( 156千牛)級,按照俄羅斯標準計算其推重比超過11(按照美國標準則約為10)。但是與F119發動機是不能比較的。因為F119發動機是以壽命設計為主,確保12000小時的壽命。而AL-41F發動機是以犧牲壽命設計,提高推力。對於AL-41F的壽命指標我們現在沒有資料。

該發動機渦輪前溫度為1828K ,低幹F119-PW-100 、M88-1 . M88-2 (後兩者是“陣風”的發動機)的1977K 、1843K 和1850K ,但比AL-3lF、F100-PW-100和F110-GE-100的約1665K, 1672K和1644K 有很大提高,也高於EJ200 ( “颱風“使用的發動機)1803K 。這些性能資料說明它的確是一種典型的第五代發動機。

AL-41F也是俄羅斯第一種實現“全許可權數位電子控制”(FADEC)的發動機,俄羅斯業已在AL-31FU上對FADEC 系統進行過驗證,而AL-3lF系列則一直採用液壓電子控制。AL-4lF的FADEC系統與機上KSU-1-42 數位式電傳操縱系統交聯,能夠根據飛行狀態自動調節發動機的工作,從而提高飛行效率和發動機工作的可靠性。

AL-41系列對比

由此可見米格-39 已經具有了“綜合飛行/推力控制系統”(IFPCS) ,下一步應該是將其與火力控制系統(FCS)交聯在一起,實現綜合火力/飛行/推力控制系統(IFFPCS) ,這一點俄羅斯專家在其1999年以前公開的第五代戰鬥機討論中並未提及(其討論側重於各分項目應當具有的指標與特性),但它確實是真正的第五代戰鬥機應當具有的特徵,依賴幹IFFPCS ,作戰飛機將能夠以最佳飛行時間、最佳任務航跡、最佳燃由消耗等為優化目標自動對飛機進行能量管理,實現作戰過程全自動化,大幅提高其生存能力和作戰效能。

具有回轉噴嘴的AL-31FP發動機首次在1989年進行了試驗。1996年4月,裝有這種推力向量可控發動機原型機的蘇-35戰鬥機試驗型機進行了首飛。在這一部件的研製過程中,對噴嘴的有效控制得到了特別的重視,在研製活動和固定部分的可靠密封接頭的過程中完成了複雜的任務。最後提交的發動機能確保全球聞名的機動性和操控可靠性。批量生產AL-31FP發動機安裝在蘇-30戰鬥機上。

AL-31試車

90年代,AL-31F的生產者通過非正式協議瓜分了市場:烏法發動機製造生產聯合體為印度飛機生產發動機,“禮炮”公司為出口中國的飛機製造發動機。2009年中國恢復採購AL-31F/FN。同時,中國訂貨的增加是如此之多,以至於“禮炮”燃氣渦輪機製造科研生產中心的生產能力差點不夠——2009-2011年合同訂購近400台(全部訂貨數量接近1千台)。烏法發動機製造生產聯合體還應按2011年的合同供應140台AL-31FN,用於替換殲-11戰鬥機上耗盡壽命的發動機。

俄媒稱,俄羅斯戰略與技術分析中心專家瓦西裡·卡申指出,AL-31FN由用於裝備蘇-27/30雙發重型戰鬥機的AL-31發動機發展而成,是俄方專門針對中國空軍最新型的殲-10單發戰鬥機研製的。他表示,殲-10是中國自行研製的第一種第四代戰鬥機,堪稱中國航空工業的驕傲。中國還為殲-10和仿製的蘇-27(殲-11B)研製了類似AL-31的WS-10型發動機。不過,由於WS-10的可靠性不高,將其安裝到單發的殲-10上存在危險。到目前為止,中國出口的所有戰機均安裝了由俄羅斯或西方國家生產的發動機,而這顯然是按照使用者的要求進行的配置。

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。

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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鑒,它的發展新動向,更值得我們關注。

可以媲美西方頂級發動機的AL-41系列

土星公司的AL-41發動機 是一款俄羅斯為新型戰鬥機設計的渦扇發動機。它的早期型號AL-41F1A由AL-31F發動機發展而來,即為AL-31的117S型(AL-41F1A),用於蘇-35BM和PAK-FA的早期原型機T-50。而後期真正的AL-41F具備全新的內核(即AL-41F1),最初是為米格1.44設計的,將用於未來俄羅斯五代機PAK-FA。據稱推力可以達到F-22的水準。

AL-41F 的推力有大幅度增加,其最大狀態推力約12000 千克(117.6千牛),加力推力的一般說法是不低於17857千克(175千牛),具體數字有18500 千克(181.3千牛)和20000千克(196千牛)等說法。

不管哪一種資料,AL-41F的加力推力都高於F119-PW-100 ( F-22A的發動機)的16000千克( 156千牛)級,按照俄羅斯標準計算其推重比超過11(按照美國標準則約為10)。但是與F119發動機是不能比較的。因為F119發動機是以壽命設計為主,確保12000小時的壽命。而AL-41F發動機是以犧牲壽命設計,提高推力。對於AL-41F的壽命指標我們現在沒有資料。

該發動機渦輪前溫度為1828K ,低幹F119-PW-100 、M88-1 . M88-2 (後兩者是“陣風”的發動機)的1977K 、1843K 和1850K ,但比AL-3lF、F100-PW-100和F110-GE-100的約1665K, 1672K和1644K 有很大提高,也高於EJ200 ( “颱風“使用的發動機)1803K 。這些性能資料說明它的確是一種典型的第五代發動機。

AL-41F也是俄羅斯第一種實現“全許可權數位電子控制”(FADEC)的發動機,俄羅斯業已在AL-31FU上對FADEC 系統進行過驗證,而AL-3lF系列則一直採用液壓電子控制。AL-4lF的FADEC系統與機上KSU-1-42 數位式電傳操縱系統交聯,能夠根據飛行狀態自動調節發動機的工作,從而提高飛行效率和發動機工作的可靠性。

AL-41系列對比

由此可見米格-39 已經具有了“綜合飛行/推力控制系統”(IFPCS) ,下一步應該是將其與火力控制系統(FCS)交聯在一起,實現綜合火力/飛行/推力控制系統(IFFPCS) ,這一點俄羅斯專家在其1999年以前公開的第五代戰鬥機討論中並未提及(其討論側重於各分項目應當具有的指標與特性),但它確實是真正的第五代戰鬥機應當具有的特徵,依賴幹IFFPCS ,作戰飛機將能夠以最佳飛行時間、最佳任務航跡、最佳燃由消耗等為優化目標自動對飛機進行能量管理,實現作戰過程全自動化,大幅提高其生存能力和作戰效能。

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