俄罗斯第五代战斗机T-50(PAK FA项目)



 



　　随着俄罗斯从前苏联解体和经济休克的阴影中缓慢地恢复，加之俄罗斯五代战机项目的刺激作用，俄罗斯的航空发动机研制成果又重新出现在世界各大航展上。各类俄罗斯第五代战机发动机的型号和编号以及对应的性能指标也让大家眼花缭乱，本文就来梳理一下俄罗斯近年来在第五代战机动力的研制情况。



 



　　俄罗斯第五代战斗机项目最早称为MFI，于1980年代初展开，是一种与美国F22对应的双发重型战机，其于苏联解体后经费中断，勉强试飞两次后便无以为继。在2000年左右，俄国航空界为了挽救10年后的军用航空市场，半自发的重启五代战机计划，此时其以F35等轻型战机为竞争对手，被定位为单发中轻型战机，称为〝轻型前线攻击机LFS〞，短短两年却又改成与F22相抗衡的双发重型战机。



 





 



　　战机本身戏剧性的命运也牵动着与之搭配的发动机的命运。原搭配MFI的AL41F发动机(重约1850kg，最大推力20000kg，推重比11.1)就这么一晃十年，从最先进的发动机沦为〝中古〞货，再加上新战机对发动机尺寸与推力需求的改变，使得五代战机发动机需要大改或重造。对于已经研制出AL41F这种五代发动机，但又不可能马上有五代发动机订单的俄罗斯发动机业界而言，只有改良型发动机能让自己生存。因此五代发动机的发展方式就是以五代发动机技术逐步改造四代发动机，然后过渡到5或5+代。



 





 



　　俄罗斯第五代战机发动机的研发还引来了AL31F发动机原始设计者——MMPP Salut(礼炮公司)和主力生产厂NPO Saturn(土星公司)在新型发动机研制上的竞争。NPO Saturn于2000年MiG 1.44(MFI)试飞后便有了五代发动机优化计划：即先在AL31-F基础上研发推重比10的AL41F1系列，用于Su35BM等4++代战机以及第五代战机PAKFA(T50)原型机;而后再以累积的技术发展推重比12~12.5(2004年数据，后有文献指出为14~15)的AL41F2，用于PAKFA(T50)量产型。很快的这项优化计划成为俄国航空发动机界的联合计划，但作为生产厂的MMPP Salut被排除于研发计划外，只能负责日后生产，于是Salut便找上航空发动机研究院TsIAM进行自己的AL31FM系列及其后续改型。



 



　　土星的117S与AL41F2发动机



 



　　“117计划”分三阶段，首先是在寿命不明显增加的前提下达到推力要求的AL-41F1-A(117A)，接着是寿命提升到要求的AL-41F1-S(117S)，最后才是满足五代战机需要的版本，正式型号未定，暂称AL-41F2(即“产品30”)。



 





 





　　117S发动机结构及参数



 



　　117S又称作〝第一阶段AL41F〞的AL41F1S，设计局代号〝产品117S〞(изделие117С，izdeliye117S)。117S以AL31F为基础，应用AL41F的材料、气动力、热力学、设计等成果，与AL41F有高度共通性，被称为〝AL31F尺寸的AL41F〞。AL41F优化计划在五代机方案竞争之初，未有正式合约便开始进行，当时计划于2002年5月中组装出第一阶段改型AL41F1A，换装增大进气量之风扇及新的数位控制系统，而使推力增至14500kg。至2003年9月，AL41F1A已完成地面试验，并着手装设于编号710的Su35原型机上待飞，2004年3月5日该Su35左侧换装AL41F1A首飞，此试验最大高度达10000m，滞空55分钟。



 





　　AL -41F系列发动机研制历程



 



　　自2005年起，这款发动机已改称“117S”而不是AL-41F1-A，从“117S”的改进项目可知所谓“117S”已换装风扇、涡轮、控制系统等，不只是仅更换风扇与控制系统的AL-41F-1A。试验机先仅于一边换装117A试飞约20次确认可靠性后，开始进行双发试验，又测试了20余次而确认发动机可用于苏-35BM原型机，因此首飞的苏-35BM便是采用117S。



 





　　117S产品细节



 





　　配装在苏-35S战斗机上的117S发动机



 



　　自2011年T-50首飞起，117S被暂时应用于第五代战机T-50的原型机上，完成试飞并已经量产。但这只是第五代战机发动机的过渡阶段，最终目的是为了研制出最新型的发动机“产品30”。该型发动机将在耗油率和推重比方面超过117S发动机，其设计方案、所用技术和性能将完全符合第五代发动机的国际标准。



 



　　MMPP Salyut的AL31FM系列与5+代发动机



 



　　2000年6月23日，NPO Saturn接受研制供五代战机及改型Su27系列使用之发动机〝产品117S〞(izdeliye117S)计划。MMPP Salut以其仅为发动机生产厂的身分而不能参与研发计划。然事实上MMPP Salut早已具备发动机研改能力并于1999年成立自己的〝前瞻计划设计局〞(FPDB)。因此不满足于仅仅成为新一代战机发动机生产厂的MMPP Salut于2000年夏与航空发动机研究院(TsIAM)合作进行自己的AL31F改良计划——AL31FM，以及后续的五代发动机计划。其改良进度甚至较NPO Saturn的方案更早。当时计划在2005年前分三阶段将AL31F进化到AL31FM3。或许正是由于AL31FM系列的改良进度较快，且其与基本型之安装条件相同，因此虽然计划之初不被Su35BM、PAKFA计划采用，然其一推出便被军方看好，被选为Su27SM之动力来源。



 





　　MMPP Salut的AL31FM系列发动机演进



 



　　MMPP Salyut更于2007年初跳脱〝工厂〞身份，而改组为〝持股公司〞(Holding Company)，并于2015年并入了联合发动机集团公司。



 



　　“产品30”研发现状



 



　　目前俄罗斯第五代战机发动机研发计划已经进入到最后的“产品30”阶段，在俄罗斯航空发动机产业重组的背景下，“产品30”由“土星”和“礼炮”合作开展的新项目。在土星公司的战机产业转移如乌法公司后，“产品30”成为乌法公司的优先发展产品。



 



　　“产品30”发动机的架构与AL-31F发动机已经完全不同，该发动机的风扇级数和压气机数量进一步减少(有可能为3-6-1-1布局)，并加大了新材料的使用范围，包括镍单晶叶片、陶瓷复合材料、新型耐热合金等。总压比接近40;涡轮前温度1900~2000K，甚至达2100~2200K。据此可知，“产品30”将比“产品117”发动机节约15～18%的燃油，全寿命成本可以大幅度降低，同时加力推力可以达到18吨力，推重比有可能达到14~15(保守估计为12~12.5)。使用“产品30”后，T-50将具备超音速巡航等一系列先进特性。



 



　　2016年9月，首架安装“产品30”发动机的T-50原型机已经在制造阶段，按计划于2016年10月完成并开始相关测试，并将于2017年进行首架安装“产品30”发动机的T-50原型机首飞。发动机试验样机将在2017年出厂，并计划在2018年进行试验。且俄罗斯计划将从2018年开始批量生产配备新型的发动机的T-50第五代战斗机。



 





　　PAK FA项目发展趋势