AL-31加力式涡轮风扇发动机

牌　　号　AЛ-31Ф
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AЛ-31Ф曾用于“暴风雪”(БУРАН)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-35等飞机上。

研制情况

Al-31F

　　AЛ-31Ф为留里卡设计局在1976～1985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1520kg，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个难题。AЛ-31Ф设计中共获得128项专利，使用51台发动机，总运转22900h，其中台架试车16625h，试飞6275h。
　　AЛ-31Ф还有改进型，其中包括带有矢量喷管的改进型，但未见详细报道。

　　AL系列 师出名门

AL-31FN

　　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、苏-11、苏-17、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-31FP发动机。此外，还在该型发动机的基础上改装成AL-31ST煤气泵站用燃气轮机（大修前使用寿命为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-31FP

　　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、防喘系统和涡轮冷却空气控制系统等。
　　 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

　　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。
　　 维修简便。该发动机采用单元体结构，由1 4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-30MK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。

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