中華小福星——蘇27的AL31F發動機

飛帥 發佈 2020-01-17T08:49:53+00:00

AL31F發動機是蘇聯留里卡設計局的作品,由推力超過10噸的AL21F渦噴發動機發展而來,屬雙轉子中等涵道比大推力渦扇發動機,雖然AL31在大推力發動機中十分平庸,但仍是蘇27優異性能的可靠保障。

AL31F發動機是蘇聯留里卡設計局的作品,由推力超過10噸的AL21F渦噴發動機發展而來,屬雙轉子中等涵道比大推力渦扇發動機,雖然AL31在大推力發動機中十分平庸,但仍是蘇27優異性能的可靠保障。

AL31F採用了4-9-1-1的結構,即4級風扇,9級高壓,高低壓渦輪各一級,4級作為低壓壓氣機的風扇,增壓比3.6,AL31之所以推重比僅6.9與多了一級大直徑的風扇有很大關係。9級高壓壓氣機的壓比也僅有6.6,其後面負荷較高的幾級葉片是用螺栓緊固到葉盤上的,強度雖然不是很高,但提高了維護性,如有葉片損壞,可以單獨更換。

4級風扇和9級壓氣機的設計雖然顯得複雜,但降低了每級壓氣機的負荷,如其4級風扇每一級的平均壓比僅1.37,而美國的F100和F110的風扇級壓比都超過1.4,再加上AL31F的總壓比僅23.8。因此,AL31F的喘振裕度很出色,使蘇-27能夠在飛行包線內無顧慮操作,可以完成「眼鏡蛇」等高難度機動,這儼然成了蘇27的一塊金字招牌。

殲10矢量版的眼鏡蛇機動

受尺寸重量限制,必須控制發動機總級數,在風扇和壓氣機已經占去了13級之後,AL-31F的高低壓渦輪各自只能分到一級,可以說「壓力」都留給渦輪尤其是低壓渦輪了。和發動機的風扇、機匣等冷端部件工藝較為新潮不同,渦輪的工作環境嚴酷,但它又對發動機性能有決定性影響。因此,為求穩妥,渦輪葉片和渦輪盤的技術就相對成熟,相對保守,從而影響AL31F性能的提高。

AL31F精緻的壓氣機葉片

雖然作為一款70年代水平的航空發動機,什麼粉末冶金盤、單晶渦輪葉片之類的時髦技術都與AL31F無緣,但它還是有不少長處的,主要是以下幾點:

第一點是獨到的機匣處理,在AL31F第4級風扇葉片對應的機匣上,開有400個斜槽,叫做機匣處理,作用是防止壓氣機葉片失速,保證發動機吸進去的是均勻的氣流,再加上可調進口導流葉片,蘇-27在使用中的潑辣、皮實,很大程度上要歸功於此。俄羅斯好歹也是經歷過工業革命的,底蘊還是比較深厚的。

第二點是AL31F高效的機械液壓-模擬電子混合的控制系統,蘇聯在這方面有很高的造詣,使得各項指標都很平庸的AL-31F最終在整體上呈現推力響應迅速(5秒內能夠從慢車加到軍用推力),空中啟動包線寬廣等優點。

AL31F緻密的控制管路

第三是AL1F優秀的空中再起動能力,空中再起動分三種,自動重啟(轉子轉速低於限定值時,自動加大噴油量提速)、牽引重啟(單發熄火,用另一台帶轉起動)和風車起動,這裡重點講述風車起動,發動機風車起動即發動機空中停車、燃燒室熄火或不工作後,發動機在空氣動力、轉子慣性和阻力的共同作用下,在不低於最低風車轉速的情況下,經過燃燒室再點火,並且成功加速到空中慢車狀態的過程。與其它兩種空中起動方式相比,風車起動的難點在於這個狀態下,進入燃燒室的空氣流速雖然很高,但壓力、溫度卻很低.使燃油點燃和穩定燃燒十分困難。AL31F只要飛機空中停車時速度在每小時450公里以上,燃燒室就可完成再起動。

即使空中再起動沒有成功,對雙發戰機而言,一個發動機出現故障,剩下的發動機仍然能夠支持飛機飛行較長一段時間,以供飛機選擇地點進行緊急迫降。兩台發動機同時發生故障的機率是極低的。

AL31F乃殲10之福星

AL31F除了多數指標平庸以外,還有兩個很要命的缺陷:

一是其支撐系統超級複雜,採用了雙中介軸承,可能這裡也貫徹了壓氣機的設計思想,自知軸承不怎麼樣,多弄幾個支撐點分擔負荷吧!這本來沒什麼,但備份多到一定程度,複雜性會呈數量級增長,可靠性則相反。偏偏AL31F的滑油系統又很糟糕,好在多是用在雙發飛機上,湊合用唄!但殲10的AL31FN就沒有這個福利了,因此就出了一系列事故,但這屬於基本設計的缺陷,AL31F這輩子是沒得改了,我們能為殲10做的只能是加大維護和檢測力度,爭取把故障隱患排除於地面。

殲10的滑翔迫降

第二,就是AL31F不堪的使用壽命,其平均翻修周期只有300個小時,總壽命僅900小時,即使按照蘇27機體壽命的下限2500小時計算,也要消耗4~6台發動機,代價實在高昂,只能大才小用,時不時的出去搞威懾巡行而已,或為節約飛行小時,動不動就趴在窩裡。

我國通過引進AL31F的大修線,最終摸索出了其再製造技術,使其壽命從900小時大幅提高到1500小時,基本上達到了該型發動機的設計極限,實在難能可貴。

雖然AL31F並不優秀,但對我國航空工業有巨大現實意義,殲11靠它,殲10靠它,殲20還是靠它,它為太行贏得了寶貴的成長期,AL31F在很長的時間裡,幾乎支撐了整個中國的天空,有了它我國空軍才熬過了最艱難的歲月。

殲20使中國人重新找回了自信

如果沒有它,簡直不敢想像,首先無發動機可用的殲10很可能夭折,重蹈殲9的覆撒,既然沒有殲10,也就談不上殲20了,要知道,殲20可是為國人帶來了必勝的信念,有定海神針般的作用。沒有AL31F長期的使用、維護乃至大修的實際操作經驗,太行的成熟也遙遙無期,要知道發動機是用出來的,修出來的,否則,再好的設計方案也僅僅是紙上談兵。

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