(整理)AL31F发动机.
鲜竹笋的做法-
精品文档
AL-31F
发动机
AL-31F
发动机苏
-27
系列飞机是当今世界上典型的第三代（俄罗
斯称为“第四代”
）歼
击机，自该机问世以来，曾经创造了快速
爬高的多项世界纪录，普加乔夫驾驶的苏
-27
飞机
还首创了著名的高难度“眼镜蛇”机动飞行动作。据报道，早在
1988<
/p>
年已估计有三四百架
苏
-27
战机在苏军中服役。此后，该系列飞机不仅部署到独联体国家，而且还成功地出口到
俄罗斯境外的包括印度和中国在内的一些国家。
这些业绩的取得，
都与该系列战机的动力装
置
AL-31F
发动机有密切关系。
AL-31F
除了用在双发布
局飞机之上，还推出了可用在单发布
局飞机上的改型发动机
AL
-31FN
。
因此，
AL-31F
的过去、
现在和未来的发展引起了人们的关
注。
简介
<
/p>
AL-31F
是由俄罗斯留里卡“土星”科研生产联合体研制的带
加力燃烧室的涡扇发动机。
该联合体前身是留里卡设计局，组建于
1946
年，是前苏联的主要战斗机发动机设计局。在
上世纪
60
年代，留里卡研制了
AL-21F
系列涡轮喷气发动机，其最大加力推力达
11000daN
。
1970-1974
年投入生产，
广泛用于苏
-17
、
苏
-20
、
苏
-22
、
苏
-24
和米格
-23
战斗机上。
在
AL-21
基础上，
1976
年（另一说法是
1973
年）留里卡开始研制
AL-31F
发动机。
1985
年该发动机
研制达标后，用于苏
-27
、苏
-30
和苏
-35
战斗机。
AL-31F
的结构形式是双转子加力式涡扇发动机。推力范围：加
力
12250daN
，中间
7620d
aN
。每台价格
300
万美元。
AL-31F
有一些改进型，其中包括带矢量推力喷管的改进型
AL-31FP
发动机。
从总体上讲，作为苏
-27
战机的专用动力装置
AL-31F
发动机，其性能是优良的，具有
明显优势。
（
1
）尺寸小，推力大。其涡轮具有有效的冷却系统和良好的热力学特性；压气机增压
快速，发动机结构紧凑，保证飞机有较高的推力和良好的机动性。
（
2
）稳定性高。可使用在苏
-27
飞机的各种
飞行高度和速度下，即使飞机在以
M2
的速
度进入平螺旋、
直螺旋、
翻转螺旋和进气道喘振的情况下，
发动机工作仍然极其稳定。
喘振
精品文档
精品文档
消除系统、
空中自动点火系统、
主燃烧室和加力燃烧室的再次启动系统等可保证在使用
机载
武器时动力装置的工作可靠性。
（
3
）维修
简便。该发动机采用单元体结构，由
14
个单元体组成，因此，
如果出现某些
损坏，
不需要全部更换，
只替换下有故障的单元体即可。
这样，在使用条件下进行发动机维
修时，可更换其中的
6
个单元体。
（
4
）使用寿命长。
AL-31F
可根据其技术
状况而使用，只要发动机还正常，就可以一直
使用下去，
而现代
化水平的诊断设备可保证飞行安全。
但其使用寿命也有一个限度，
一般认
为该发动机第一次维修前的使用寿命可达
1000h<
/p>
，总使用寿命应该不少于
10
年。
改进型：
AL-31FN
发动机
AL-
31F
本来是双发布局的苏
-27
系列
战斗机的专用发动机，为使它能在单发飞机上使
用，留里卡设计局“礼炮”
（
Salut
）公司几年前推出了
< br>AL-31F
的改型发动机
AL-31FN
。
< br>该型发动机的特别之处是：
将发动机附件传动箱从附着在发动机上面，
移到附着在发动
机的下面，而飞机附件传动机匣还是安装在发动机上面。这
样处置是为了满足客户要求。
<
/p>
从俄罗斯“礼炮”公司
2002
年
11
月提供的资料来看，由俄方改型专供出口的
AL-31FN
发动机性能、尺寸和质量的数据，与原型的
A
L-31F
发动机只有很少的区别，详见表
1
< br>。
由于从双发配置改为单发配置的飞机使用，
发动机附件得以简化，
又由于
AL-31FN
发动
机拆去
了内外涵流道的分流隔板，
使得发动机重量减轻了一些。
但由此
带来的一些负面影响，
仍有待深究。另一不足之处是
AL-31
FN
的燃油消耗率也略有提高，因此，
AL-31F
系列发动
机仍有性能改进的必要。
发展新思维
AL-31F
发动机已经生产
20
多年了。上世纪
90
年代，
“礼炮”公司把头几批
AL-31F
提
供给前苏联空军，安装在双发布局的苏
-27
型歼击机上。尽管“礼炮”公司进行了产品质量
跟踪、
预防检修和定期维护，但是维修措施并不能保障该发动机永久使用。
因此，
为了适应
新世纪的战争环境，
“
礼炮”
公司在本世纪初已建议俄国空军按三个阶段改进
AL-31F
发动机。
1.
第一阶段
第一阶段的改进已经完成，只改变
了“通风机”——风扇的两端部件，推力提高了
精品文档
精品文档
600-700kg
。
2002
年
1
月，该改型在两架苏
-27
飞机上进行了综
合飞行试验，第二架飞机用
于进行国家试验，
2002
年
12
月按计划结束。飞行研究结果证实了初始
计算指标，即安装有
两台
AL-31F-M1
< br>改进型发动机的苏
-27
飞机，在
11000m
高度上从
300km/h
加速到
1200km/h
飞行速度的时间比原型飞机减少了<
/p>
26s
。由此，可使飞机在空战中更具有加速性好的优势。
2.
第二阶段
按计划应在
2003
年末
-2004
年第一季度
结束。其质变的改进将涉及到涡轮机、燃烧室、
冷却系统。
3.
第三阶段
有原则性变化：
< br>安装俄罗斯第五代发动机零件。
其中如把第一改进阶段上使用的四级压
缩风扇换成大行程叶片的“通风机”
，叶片与叶轮合为一体。经过第三阶段
改进后，发动机
推力将增加到
14600kg
< br>，使苏
-27
飞机的性能大大改善，而发动机的保险寿命
和规定寿命并
没有改变。改进型
AL-31F-M1
发动机与现役的
AL-31F
发动机完全可以互换
。
值得
关注的是，俄领土上几乎没有高海拔机场，而使用苏
-27
型系
列飞机的其他国家有
这种机场，其海拔在
3500m
左右。
AL-31F
原型发动机的启动机只能在海
拔
2500m
以下起作
用。为此，
“礼炮”公司研制了能在海拔
3500m
以
上启动发动机的启动机。它与现役的启动
机完全可以互换，并已通过了俄国家试验。
另外，
“礼炮”
公司还可提供适用于单发飞机上的带可控推力矢量喷口的<
/p>
AL-31F
改进发
动机。该喷口已进行
了
400h
的单独调试和特种试验，近期还将进行带有这种喷口
发动机的
500h
内的长期试验。
AL-31F
的电子控制系统的研制工作正与发动机改进工作并行开展。
探讨
综上所述，
对于苏
-27
系列战斗机而言，
AL
-31F
发动机无疑是一台优秀的第三代军用涡
扇发动机，由于
它在苏
-27
及其改进型苏
-30MK
、苏
-33
和苏
-35
等型号上的采用，预计该型
号的改进型发动机直至
2015
年左右仍可在国际军机发动机市场中占有一席之地。如果上
述
的三个阶段的改进计划都能顺利完成，
AL-31F
系列发动机在国际市场上将具有较强竞争力。
但是作为国际上第三代发动机，
AL
-31F
仍有多项参数指标不尽如人意。从表
2
的比较
中，不难看出，
为了适应
21
世纪的战争环境，
早期的
AL-
31F
发动机已非改进不可，
而推重
比
和启动机的启动海拔高度偏低则是它的最主要问题。
有关资料表明，
俄罗斯军用涡扇发动
机性能和使用寿命与欧美国家同一代发动机相比有
一定的差距。
以美国普·
惠公司仍在生产的
F100
系列涡扇发动机为例，
它于
1970
年
3
月开
始全面研制，
< br>1974
年
11
月交付空军使用
，主要装备
F-15
和
F-16
飞机，是世界上最早投入
使用的推重比达
8<
/p>
的军用发动机。
AL-31F
与
F100-PW-229
同为国际上第三代战斗机的涡扇发动机，相比之下，在发动
机
设计参数的选择中，
F100-PW-229
比
AL-31F
要略胜一筹，也就是说，俄制
AL-31F
发动机在
总增压比、中间耗油率、
涵道比、质量，乃至控制系统等方面还存有不同程度的发展空间。
这也许是“礼炮”公司
建议俄国空军按三个阶段改进
AL-31F
发动机，并得到军方
采纳的依
据所在。
据业内资深人士分析，要提高
AL-
31F
的推力等级，俄方可能会采用：提高风扇通气流
量；提高
涡轮前的进气温度；改善燃烧室组织燃烧的质量，扩大稳定燃烧的工作范围；
改善
涡轮冷却气流控制系统等技术途经。
在控制系统方面，
今后则很可能从早
期的机械液压式控制燃油和喷口面积，
改进为数字
式电子控制系
统，
甚至是与
F100-PW-229
发动机相当的全权限数字式电子控制系统，
使之具
有综合诊断和
与飞机控制系统交联的能力。
结论评语
精品文档
精品文档
透过俄军方按三个阶段改进
AL-31F
来提高苏
-27
系列战机作战能力与生存能力的计划，
不难看出，俄方为适应
21
世纪的战争新环境
，正在走一条与美国研发新机大不相同的发展
道路；这就是在俄罗斯目前“有技术，缺资
金”的国情之下，不优先研发第四代新机，而是
通过对具有国际第三代水平的有潜力可挖
的优秀机种（如苏
-27
）的有限改进，来较快地实
现空军武器装备的现代化。
俄空军把改进动力装置性能作为提高战机性能的
首选，
表明了动
力装置的改善在俄制战机性能提高方面是举足轻
重的。
这一思路，
也许值得发展中国家，
尤
其是俄制战机用户国家参考。
相信随着
AL-31F
改进型（如
AL-31F-M1
）高空加速性能、推
力等级的提高，以及发动
机启动高度提升到海拔
3500m
以上的实现，不仅将进一步打开在国际上价位较低的苏
-27/
苏
-30
系列战机的外销市场，而且也有利
于有高海拔机场的用户在其国土上的全疆域部署。
从技术层面来看，
AL-31F
发展新思维的实现，除了采用高效率核心机、增大风扇流量
和改善燃
烧室（含加力室）燃烧质量的技术外，今后的设计改进，
在参数选择上还将注重采
用高增压比、
高涡轮前温度和低涵道比这样的策略；
< br>采用全权限数字式电子控制系统应是它
的发展方向；便于保养与维修的单元体结构
设计也将进一步得到优化。
虽然
AL-31F
性能不够理想，各方面还
有待发展，但它仍有不少成功的设计经验值得我
们学习与借鉴，它的发展新动向，更值得
我们关注。预计，如果
AL-31F
三年发展计划顺利
实现，再配置现有的三元矢量推力喷管，将有可能使苏
-27
发展型飞机在高机动性和高敏捷
性方面，直逼
F/
A-22
战机的水平。
AL-31F
是一种推重比为
8
一级的加力式涡扇发动机。目前，留里卡
设计局在该发动机
基础上研制了带推力矢量喷管的
AL-31F
P
发动机，并用在苏
-37
和苏
-30MK
飞机上，这使两
种飞机达到了较好
的超机动性。
< br>苏
-27
是世界上优秀的歼击机之一，具有良好的机动性
和较高的作战效能。同时，俄罗
斯还在该机的基础上改进改型出一系列飞机，
从而形成了一个庞大的苏
-27
“家族”
，
而这些
飞机的心脏便是
AL-31F
发动机。
AL
系列师出名门
AL-31F
是由俄罗斯留里卡
-
土星科学生产联合企业研制的带有加力
燃烧室的涡扇发动
机。该联合企业的前身是留里卡设计局，组建于
1946
年，是前苏联的主要歼击机发动机设
计局。该设计局
的首任总设计师阿尔希普·留里卡研制出了前苏联的首台涡喷发动机
TR-1
，
被称为俄罗斯
“喷气发动机之父”
。
在此之后，
他又研制出多种喷气发动机，
如
TR-2
、
TR-3
、
TR-5
和
AL-5
型发动机。
该设计局在
50
年代中期制造出了著名的
AL-7
系列发动机，使用此种发
动机的飞机在
60
年代创造了近
20<
/p>
项速度和高度世界纪录，
特别是全天候高空超音速飞机苏
-7
、
苏
-9
、
10
、
精品文档
精品文档
苏<
/p>
-11
、
苏
-1
7
、
苏
-24
是前苏联当时空中边界守卫的主力军。
使用该型发动机的还有
“
伊尔”
、
“图”
、
“拉”型飞机，而
M-10
飞机，即著名的别
-10
飞机后来创造了数十项世界纪录。
在
60<
/p>
年代，
留里卡还研制了
AL-21F
涡喷发动机，
其改型
AL-21F-3
的推力达
108
千牛，
它在压气机、燃烧室、涡轮和加力燃烧室方面都取得了重大进展，
并投入大批量生产
，
广泛
使用在苏
-17M
、苏
-20
、苏
-22
、苏
-24
和米格
-23
飞机上，这些飞机不仅用于俄罗斯，也出
口到世界上的许
多国家。
留里卡于
1973
年开始研制涡扇发动机
AL-31F
，其加力推力达
123
千牛，主要性能大大
优于当时批生产的所有发动机。在
AL-
31F
研制中曾遇到极大的困难，主要是要解决重量和
涡轮效率
问题。
最初的设计是发动机有
4
级风扇
、
12
级高压压气机、
2
级高压涡轮和
2
级低
压涡轮
。结果发动机超重，达
1600
千克，而推力仅
108
千牛，不得不进行大的改进。改进
后，发动机风
扇仍为
4
级，但高压压气机减为
9
级，高低压涡轮各为
1
级，重量也降低到<
/p>
1520
千克。为了达到所设计的涡轮效率，将涡轮进口温度提高
，并采用了新的工艺与材料，
同时也解决了大量的难题。
AL-31F
还有许多改型，其中包括带矢量喷管的改型，即安装在苏
-37
和苏
-30MK
机上的
AL-31
FP
发动机。此外，还在该型发动机的基础上改装成
AL-31
ST
煤气泵站用燃气轮机（大
修前使用寿命为
< br>25000
小时，总技术寿命为
75000
小时）和
AL-31STS
发电用燃气轮机。
该联合体还研
制过一种涡桨发动机
AL-34
，用于轻型多用途飞机；一种<
/p>
AL-31
的非加力
改型计划用于
S-21
超音速行政机。目前，该联合体正在研制一种全新的
AL-41
加力式涡扇
发动机，
推力为
196
千牛，
计划用于
90
年代末期研制的
1.44
歼击机。
该发动机将采用先进
燃烧室、单晶叶片
的高温高负荷涡轮和先进的喷管。
设计先进
结构合理
AL-31F
为双转子涡扇发动机。进气机匣为钛合金结构，有
23
个可变弯度的进口导流叶
片，风扇
为
4
级轴流式，压比为
3.6
，整个风扇为全钛合金结构。前
3
级转子叶片带
阻尼凸
台。风扇转子用电子束焊焊为一个整体构件。第
4
级转子叶片对应的外机匣上，开有
400
个斜
槽，用以提高风扇的稳定工作裕度。
高压压气机为
9
级轴流式，其中第
1-3
级盘和第
4-6
级盘均用电子束焊焊在一起，为
6
钛合金结构，
第
7-9
级用长螺栓与
第
6
级盘连在一起，
由耐热合金制成。
第
1-5
级转子叶片
< br>用钛合金制成，
第
6-9
级转子
叶片用耐热合金制成。
所有
9
级的榫头
均为环形燕尾槽式榫头。
高低压涡轮均为单级。高压涡轮转子叶片共
90
片，榫头处带有减振器。低压涡轮转子
叶片也为
90
片。低压涡轮轴的特点是前后分为三段，前、后段由耐热不锈钢制成，中段由
钛合金制成，
三段间以
叉型
结构用径向销钉连为一体。
高、
低压涡轮的转子叶片和导向器
叶片均为气冷式叶片，总冷气量占内涵空气流量
的
17.5%
。
燃烧室为环形，有
28
个双油路离心式喷嘴，两个点火装置和半导体电嘴。加力燃烧室
进口处有混合器，分
5
区供油，其中第
5
区为加力启动区，采用“热射流”方式点火。火焰
稳定器有
3
圈
V
型稳定器，
并有一些径向传焰槽。
加力燃烧室采用全长防振
屏防振，
并在内
尾锥处开有大量的防振孔。尾喷管为收敛
-
扩张式喷口，各有
16
个调节片和封严片。
收敛喷口靠
16
个液压作动筒操纵，
扩张喷口则靠
16
个周向气压作动筒形成的环形
束带
固紧，随着喷口落压比的变化，靠气动力作动改变喷口的出口截面面积。
控制系统的基本部
分为液压
-
机械式系统，
包括主泵
-
主调节器、
加力泵和加力供油和喷
口控制等主要附件。
该系统还备有称为综合控制器的模拟式电子控制装
置，
可控制发动机的
主要工作状态的极限值，并有其他多种功能
。当电子系统出现故障时，便自动转换由液压
-
机械系统控制。
此外，
控制系统还具有多项参数的监测系统、
< br>防喘系统和涡轮冷却空气控制
系统等。
精品文档
精品文档
发动机的重量为
1533
千克，
进气口直径
0.91
米，最大直径
1.22
米，
长
4.95
米。
最大
工
作状态时的最大耗油率为
0.765
千克
/10
牛
/
小时，加力状态时为
1.96
千克
/10
牛
/
小时，
最小巡航状态时为
0.68
千克
/10
牛
/
小时，
空气流量为
112
千克
/
秒，
涡轮进口温度为
1392
℃，
涵道比为
0.60
，推重比为
8.
17
。
性能优良，优势明显
AL-31F
是按照留里卡的传统方
法设计的，工作温度可达到极限，压气机压力可达到最
大，涡轮可达到最高转速，总体上
讲，该型发动机的性能优良，优势明显。
尺寸小，推力大。
AL-31F
的涡轮拥有有效的冷却系统和良好的热力学特性、压气机具
精品文档
精品文档
有压力增加的快速性以及发动机结构的紧凑性，
这使发动机以较轻的重量和较小的尺寸达
到
了较大的推力，保证飞机有较高的推力。
稳定性高。
AL-31F
可使用在各种飞行高度和速度下，
即使飞机以<
/p>
M2
的速度进入平螺旋、
直螺旋和翻转螺
旋和进气道喘振的情况下，
发动机仍然极其稳定。
喘振消除系统
、
空中自动
点火系统、
主燃烧室和加力
燃烧室的再次启动系统等可保证在使用机载武器时动力装置的可
靠性。
< br>
维修简便。
该发动机采用单元体结构，
由
14
< br>个单元体组成。
由于发动机为单元体结构，
如果出现某些
损坏，
不需要全部更换，只替换下有故障的单元体即可。
这样，
在使用条件下
进行发动机维修时，可更换其中的
6
个单元体。
使用寿命长。与以前的发动机相比，
AL-31F
可根据其技术状况而使用。也就是说，只
要发动机还正常，它就可以一直使用下去，而
现代化水平的诊断设备可保证飞行安全。
推力矢量
最新改型
留里卡设计局在切普金院士的领导下，在
AL-31F
的基础上成功地研制了
AL-31FP
推力
矢量发动机，使苏霍伊设计局新研制的苏
-37
多用途飞机拥有了“超机动性能”
。
AL-31FP
< br>与
AL-31F
在主要性能上基本相同，但由于增加了矢
量喷管，发动机的长度增
加了
0.4
米
，重量增加了
110
千克。发动机第一次维修前的使用寿命为<
/p>
1000
小时。总体上
讲，新型发动机与
AL-31F
的主要区别是主燃烧室有更薄的火焰筒，高压涡轮
盘更加坚固，
使用新型涂层的高压涡轮叶片，以及改进了高压涡轮的后支撑点。
这种新型发动机
被首先安装在机号为“
711
”的苏
-
37
飞机上，并于
1996
年
4
月开始飞
行试验，成为英国范堡罗（
1996
年）
、韩国汉城（
1996
年）和法国巴黎（
1997
年）航展上
的明星。同时，该型发动机也被安装在苏
-30M
K
歼击机上，使其机动能力更好。俄罗斯出口
到印度的
50
架苏
-30MKI
和印度可能自己组装的
100
架该机都将最终安装此种发动机。
可以
相信，新型“
AL
”型发动机将把世界上最新型且最优秀的
苏
式飞机送上天空
牌
号
A
Л
-31
Ф
用
途
军用涡扇发动机
类
型
涡轮风扇发动机
国
家
俄罗斯
厂
商
留里卡“土星”科研生产联合体
生产现状
生产
装机对象
用于苏
-27
歼击机。不带加力的
A
Л<
/p>
-31
Ф
曾用于“暴风雪”
(
Б
У
Р
< br>А
Н
)
航天飞机在大气层中试飞
时的动力装置
(
机上装
6
台
)
。改进型还用于苏
-3
5
等飞机上。
研制情况
Al-31F
A
Л
-31
Ф
为留里卡设计局在
1976-198
5
年间研制的加力式涡轮风扇发动机。
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
1600kg
，而推力仅
11000daN
，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
1520
kg
，但故障很多。为排除故障重量又有增加，约增加
了
10%
，后来采用每减重
1kg
奖励
5
个月工资的办法，减轻了
70
公斤，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<
/p>
轮进口温度由
1350
℃提高到
1392
℃。结果涡轮叶片裂纹，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
< br>个难题。
A
Л
-31
Ф
设计中共获得
128
项
专利，使用
51
台发动机，总运转
22
900h
，其中台架试车
16625h
，试飞
6275h
。
精品文档