讲武谈兵丨苏/俄第五代军用航空发动机的艰辛发展有何启示?

澎湃防务特约撰稿 黄国志

2016-09-19 08:23 来源:澎湃新闻

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近日,俄罗斯空军PAK-FA第五代战机原型机T-50准备换装“产品30”涡扇发动机,以替换此前的“产品117”发动机,从而进入到最后的定型试验阶段。此前,T-50装备“产品117”发动机试飞时曾经发生多次事故,甚至有1架原型机因发动机故障几乎被烧毁。加之结构强度、弹仓设计等诸多因素,使得PAK-FA虽然首飞比中国歼-20早,但是研制进度远远落后于后者。凡此种种,不禁让人感慨,昔日强大的俄罗斯航空工业竟然也患上了“心脏病”。
T-50发动机事故
冷战期间的针锋相对催生AL-41F
苏联第五代战机动力系统的研发计划起始于1981年。当年,美国率先提出了下一代战斗机研发计划ATF,按照冷战中主战装备针锋相对的原则,苏联也在同一年启动“战斗机-90”计划。当时,如日中天的米格设计局与后起之秀苏霍伊设计局同台竞技,最终前者的设计方案胜出,即后来被很多人以“出师未捷身先死”形容的米格1.42/1.44原型机。在战斗机方案竞标的同时,为其配套的发动机设计方案也进行激烈的较量,对阵双方是大名鼎鼎的留里卡-土星设计局和莫斯科联盟设计局。强者恒强,留里卡-土星设计局的AL-41F方案战胜了莫斯科联盟设计局的R179-300方案。米格1.44与AL-41F这一对不逊于YF-22/F119的强强组合就这样走到了一起。
不过,与普惠公司全新研发F119发动机做法不同的是,留里卡-土星设计局是在此前已经非常成功的AL-31F发动机基础上研制AL-41F的。AL-31F大推力涡扇发动机堪称苏联航空发动机工业最后的巅峰之作。很难想象,如果没有这样一款强悍发动机的推动,苏-27战斗机会拥有如此优异的性能并发展出庞大的型号家族。不过,很少有人知道的是,AL-31F在历时9年的研发中也像苏-27战斗机一样经历了超重、减重、为了补偿强度再增重、又减重的曲折历程。该发动机的设计性能几度反复,进度拖延,以至于苏-27首架原型机T-10-1首飞时安装的还是AL-21F-3涡喷发动机。而且,AL-31F研制中的很多数字也创下了苏联航空发动机工业的历史记录,比如总共制造了51台试验用发动机,总运转时间高达22900小时。当AL-31F发动机于1985年顺利通过苏联国家试验时,其出色的性能很快就征服了几乎所有苏-27系列战机飞行员的心。
留里卡-土星设计局选择在AL-31F的基础上研制AL-41F,既能够利用一定的设计传承减小技术风险,也可借此节省一定的研发费用、降低成本。按照当时的设计指标要求,AL-41F要比AL-31F减重20%、推力增加30%、全寿命周期使用成本降低25%,同时配备有轴对称矢量喷管。作为苏联空军的重点项目,AL-41F的研制进度推进的很快,留里卡-土星设计局先后生产了26台试验用发动机,除了进行数千小时的台架试验,还在图-16亚音速空中试车平台上和米格-25超音速空中试车平台上分别进行了亚音速、超音速飞行试验。
从“产品117”到“产品30”——艰难的复兴之路
然而,就在AL-41F安装到米格1.44原型机上准备进行首飞的关键时刻,苏联在那个圣诞夜以一种悲怆而高效的方式宣布了自身的不复存在。独立后的俄罗斯继承了大部分苏军军力,以及正在进行的一大批先进装备的研制计划。这些在他国看来是让人垂涎欲滴的财富,但是落到俄罗斯人头上却成了无法承担的重负。于是,不仅大批军力、装备被裁减,就连包括米格1.44、T-95在内的下一代武器研发计划也纷纷下马或暂停。米格1.44直到2000年俄罗斯第二位总统普京上台后,才以两次告别试飞的方式彻底结束了自己的使命。
米格1.44
苏联解体对于这个昔日帝国方方面面的影响都是翻天覆地的,航空发动机工业亦不例外。苏联航空发动机工业同其他军事工业一样,遵循着计划体制下基础研究、型号研制和产品制造三个相对独立体系由政府部门统一领导的格局。但是,独立后的俄罗斯首任总统叶利钦全面采取所谓“休克疗法”,对其继承的苏联工业体系实施私有化,使其航空发动机工业因此遭受重创。从1991年到2000年,俄罗斯航空发动机工业因为国家拨款和国内订货急剧减少,只能依靠向中国、印度等国出口各型发动机来勉强维持自身运转,不仅生产实力大幅下滑,基础研究和型号研制等科研部门的人才流失也非常严重。2000年,奋发图强的普京登上总统之位后,决心重振俄罗斯国力,其中就对航空发动机工业进行了大刀阔斧的结构重组。由此,俄罗斯航空发动机工业才真正开始恢复往日的雄风。
俄罗斯研制第五代军用航空发动机是从1996年空军提出的“战斗机-2000”计划开始起步的。当时,新生的俄罗斯空军虽然面对诸多困境,但是在美国推进研发F-35的压力下,决定依靠自己的力量研制一款与之类似的轻型多用途单发隐身战斗机。为此,留里卡-土星设计局启动了代号为“产品117”的新型发动机研发计划。不过,“战斗机-2000”计划很快就因为种种问题而下马,“产品117”发动机项目也只进行到图纸设计阶段。1998年,俄罗斯空军再次提出“21世纪战斗机”计划,研制一款任务定位类似于F/A-18E/F的中型多用途隐身战斗机。此后,该计划几经反复,最终在2001年确定为研制一款能够与F-22相抗衡的重型多用途隐身战斗机,这就是今天经常登上各大媒体头条的PAK FA第五代战斗机,其原型机代号T-50,正式服役后型号可能为苏-50。
117S
PAK FA计划确立后,其配套发动机采用的还是留里卡-土星设计局的“产品117”。同当初的AL-41F发动机设计模式类似,“产品117”也是在AL-31F基础上进行深度改进设计而成,同时也采用了部分在AL-41F发动机上经过验证的新技术。按照俄罗斯空军的规划,“产品117”分为两个型号,一是用于技术验证的117A,另一个就是为备受瞩目的苏-35战机和T-50原型机配套的117S,其正式编号为AL-41F1S。117S发动机虽然性能相比AL-31F有了大幅提高,采用的也都是俄罗斯航空发动机工业最尖端的技术,但是其可靠性和稳定性让俄军方感到很失望,在T-50和苏-35试飞时发生了多起严重事故。因此,俄罗斯空军决定,苏-35战机量产时虽然可以继续装备117S,但是PAK FA进入到定型服役阶段必须换装新发动机,这就是留里卡-土星公司和礼炮公司联合研制的“产品30”发动机。该型发动机彻底摆脱了此前几个型号均脱胎于AL-31F的设计理念,采用了全新的结构布局以及最新的材料、工艺,在可靠性大幅提高的同时,性能相比“产品117”还有相当程度的提高。如果不出意外,明年我们就可以看到装备“产品30”发动机进行试飞的第二阶段T-50原型机。
苏-35
曲折经历有何借鉴意义?
从1991年苏联解体至今的25年,俄罗斯第五代军用发动机的研制历程从某种意义上看,几乎就是俄航空发动机工业几番波折起伏的缩影。而就在今年8月,中国航空发动机集团公司正式挂牌。可以说,对于刚刚从中航体系独立出来的中航发,俄航空发动机工业的曲折经历实在有太多值得借鉴的有益启示。
目前,俄罗斯航空发动机工业已经形成了规模较大的联合发动机制造集团和规模较小的礼炮发动机科研生产中心两大集团并立的局面。前者对原有的各个独立分散的设计局和生产企业进行全面深度的资源整合,在俄罗斯国内外发动机市场上占有绝大部分的份额,是俄发动机工业的绝对主力。后者虽然产业规模和市场份额较小,但是专注于AL-31F改进型的研发,其代表性产品就是AL-31FN和AL-31FM1/M2/M3,中国空军歼-10、歼-11、歼-15等战机采用的都是该公司生产的发动机,甚至歼-20也采用了AL-31FM2作为服役初期的动力系统。也正是通过与中方的技术交流,使得礼炮发动机科研生产中心最终凭借过硬的实力,成为PAK FA发动机的参与研制方。
AL31FM1
AL31FM2
此外,在基础研究方面,俄罗斯政府无论资金多么紧张,也要挤出预算维持中央航空发动机研究院等机构的运作。今后,俄罗斯政府还计划对所有航空基础研究机构进行资源整合,以建立自己的“NASA”。

(“讲武谈兵”是由知名军刊资深编辑黄国志为澎湃防务开设的个人专栏,以客观严谨的态度,辅以活泼精炼的语言,力图“破除防务迷雾”,为读者更好地认识我国与国外在装备技术上的差距提供参考和借鉴。每周一或二倾情奉献。)
责任编辑:孙梦文澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
关键词 >> 俄罗斯 航空发动机 战斗机

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