據(jù)央視網(wǎng)消息，日前中國空軍一架殲-10戰(zhàn)機(jī)發(fā)動機(jī)突然停車，飛行員果斷處置成功避開人口稠密區(qū)后安全跳傘。殲-10使用的是俄制AL-31FN發(fā)動機(jī)，它是AL-31F發(fā)動機(jī)的單發(fā)改進(jìn)型號。本期《鑄劍》講述這款總引進(jìn)數(shù)量達(dá)四位數(shù)的俄制發(fā)動機(jī)在中國的故事。

AL-31F是一款雙轉(zhuǎn)子大推力渦扇發(fā)動機(jī)，采用4-9-1-1式結(jié)構(gòu)，4級風(fēng)扇和9級壓氣機(jī)的設(shè)計(jì)雖然顯得復(fù)雜，但由于降低了每級壓氣機(jī)的負(fù)荷，使得整體穩(wěn)定性和抗喘振裕度都很出色，使得蘇-27能夠在飛行包線內(nèi)無顧慮操作，可以完成“眼鏡蛇”等高難度機(jī)動。

受尺寸重量限制，必須控制發(fā)動機(jī)總級數(shù)。但在風(fēng)扇和壓氣機(jī)占去了13級之后，AL-31F的渦輪只能高低壓各留一級，可以說“壓力”都留給渦輪了。和發(fā)動機(jī)整體材料工藝較為新潮不同，受材料加工制造限制，其渦輪葉片和渦輪盤相對保守，影響性能提高。

但結(jié)合其高效的機(jī)械液壓-模擬電子混合的控制系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)高渦輪前溫度、高增壓比和小涵道比的AL-31F最終呈現(xiàn)出性能潑辣、剩余功率充足，抗進(jìn)氣畸變能力強(qiáng)，推力響應(yīng)迅速（5秒內(nèi)能夠從慢車加到軍用推力），空中啟動包線寬廣（后面將提及）等特點(diǎn)。

在57臺發(fā)動機(jī)歷時12年近23000小時的試車后，AL-31F于1985年8月通過國家鑒定試驗(yàn)。作為“新機(jī)配新發(fā)”的產(chǎn)物，AL-31F的服役不僅使蘇-27有著與其優(yōu)秀的氣動設(shè)計(jì)相匹配的機(jī)動性，更使前蘇聯(lián)軍用航發(fā)水平和美國的差距從20年以上縮短到了10-15年。

中國于1992年隨引進(jìn)蘇-27及后續(xù)引進(jìn)蘇-30開始裝備AL-31F，并在1996年開啟“11號工程”時也配套引進(jìn)。但由于種種原因的制約（特別是在經(jīng)費(fèi)不足時，保護(hù)研制中的“太行”的考慮），中國沒有像之前引進(jìn)米格系列時配套引進(jìn)發(fā)動機(jī)那樣引進(jìn)AL-31F的生產(chǎn)技術(shù)。

由于“太行”發(fā)展并不順利，嚴(yán)重落后于殲-10的進(jìn)度，很難按原計(jì)劃配套裝機(jī)試驗(yàn)。為此國家決定用仿制米格-23的R-29-300的渦噴-15發(fā)動機(jī)作為殲-10的動力，盡管渦噴-15推力尚可，但其體積重量和渦扇發(fā)動機(jī)差異很大，殲-10機(jī)體需做大規(guī)格調(diào)整才能安裝。

AL-31F的到來使得這個問題迎刃而解，殲-10的機(jī)體構(gòu)形也由此塵埃落定。在決定購買幾臺AL-31F作為殲-10首飛發(fā)動機(jī)的同時，中俄還簽署了俄方發(fā)展為單發(fā)機(jī)型做特殊適配改進(jìn)的AL-31FN的合同。1998-2000年，殲-10的01號和03號原型機(jī)均使用AL-31F試飛。

AL-31FN和AL-31F最主要的外觀區(qū)別是將發(fā)動機(jī)機(jī)匣的位置調(diào)整到下方，以便于殲-10的使用維護(hù)需要。除了耗油量稍微增加之外，AL-31FN大部分技術(shù)指標(biāo)保持不變，保證了殲-10擁有充足的機(jī)動性能，如果使用渦噴-15的話其性能將很難位列三代機(jī)之列。

2001年AL-31FN開始安裝在殲-10后續(xù)原型機(jī)上進(jìn)行試驗(yàn)。從2003年至2013年，中國先后分3批引進(jìn)了400臺AL-31FN，后續(xù)批次在可靠性和壽命上有所提高，保障了200多架殲-10/10A/10S的穩(wěn)定生產(chǎn)交付，平均下來每架飛機(jī)有1臺用于裝機(jī)另1臺用作備份。

由于空重增加和電子設(shè)備能耗（例如相控陣?yán)走_(dá)和千瓦級電子對抗設(shè)備）的增長，殲-10B/C需要一款動力更加充沛的發(fā)動機(jī)，由于國產(chǎn)發(fā)動機(jī)暫還不能滿足要求，俄方應(yīng)中國要求用99M（AL-31FM1/2）的技術(shù)發(fā)展了AL-31FN第三批次，也被稱為AL-31FN-M1。

AL-31FN-M1加力推力從125千牛增加到137千牛，軍用推力也增加了5千牛。更換啟動機(jī)后其4000米以上高原使用能力上升，由于使用了更加精確的數(shù)字式發(fā)動機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)（FADEC），其推力曲線更優(yōu)秀，耗油還略有降低，使殲-10B的能量特性比殲-10A還好。

AL-31FN-M1已于2014年4月獲得準(zhǔn)予大批量產(chǎn)的許可證裝備中國空軍，與其同源的99M系列發(fā)動機(jī)也已經(jīng)用于殲-20戰(zhàn)斗機(jī)的2011-2016等5架原型機(jī)的試飛。由于也具備FADEC，因此它并不會阻礙殲-20在國產(chǎn)發(fā)動機(jī)到位前測試“飛-火-推一體”這類試飛項(xiàng)目。

由于“太行”的進(jìn)度問題，殲-11B和殲-15的原型機(jī)和01批次也在使用AL-31F。由于這兩種型號并不在俄方供應(yīng)范圍之內(nèi)，它們的發(fā)動機(jī)主要靠引進(jìn)蘇-27/30和組裝殲-11時俄方提供的備份發(fā)動機(jī)解決。那么俄方嚴(yán)格控制數(shù)量的備份發(fā)動機(jī)一旦不夠用又該怎么辦？

這就要提到中國引進(jìn)AL-31F的時候配套引進(jìn)的全套維修資料以及發(fā)動機(jī)大修線了。大修是航空發(fā)動機(jī)五個修理等級中最高的，需要對已經(jīng)到了規(guī)定翻修期（翻修一次之后下一次翻修期更短）的發(fā)動機(jī)整體分解后對組件和附件進(jìn)行全面更換，實(shí)施必要的加改裝措施。

因此大修線的建立意味著修理廠需要具備對發(fā)動機(jī)的大部分部件和附件的維護(hù)和生產(chǎn)能力，也就是官方報(bào)道中經(jīng)常出現(xiàn)的“再制造”概念。“再制造”涵蓋范圍很廣，這里僅就以下兩個方面：定凝合金渦輪葉片的精確修復(fù)和更換大直徑粉末冶金渦輪盤等稍加說明。

修復(fù)AL-31F的定向凝固合金渦輪葉片，必須保證新鑄造結(jié)晶與原結(jié)晶方向吻合，否則在高溫高壓下工作會因強(qiáng)度不足而斷裂。5719廠已實(shí)現(xiàn)了渦輪葉片報(bào)廢后的回收重新利用，提高了原料利用率和成品率，大大降低了綜合裝備成本（葉片的價(jià)格可能貴如黃金）。

前面提到了AL-31F原始設(shè)計(jì)中因?yàn)楫?dāng)時技術(shù)能力不足沒有應(yīng)用單晶葉片、粉末渦輪盤等典型西方第三代軍用渦扇發(fā)動機(jī)的技術(shù)。隨著國產(chǎn)航發(fā)相關(guān)技術(shù)的突破，根據(jù)官方媒體的報(bào)道，5719廠已經(jīng)有能力對包括渦輪盤在內(nèi)的AL-31F熱端部件進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)制造。

在綜合改進(jìn)后，AL-31F的壽命也有提高。隨首批蘇-27引進(jìn)的早期型總壽命900小時，首翻期只有300小時。而隨著國內(nèi)制定的新的定壽（不再是定時翻修而是以使用載荷為標(biāo)準(zhǔn)的單機(jī)壽命控制）和延壽方法實(shí)行后，首翻期延長到500小時，總壽命達(dá)1500小時。

總之通過對大修線的不斷改進(jìn)，目前國內(nèi)已經(jīng)具備生產(chǎn)AL-31F絕大部分部件的能力。如果有需要，技術(shù)上完全可以生產(chǎn)出可靠性和壽命比AL-31F基本型更好的發(fā)動機(jī)。例如殲-20的2001號驗(yàn)證機(jī)2011年首飛時使用的兩臺發(fā)動機(jī)就是來自空軍大修線“再制造”的成果。

AL-31F國產(chǎn)化和改進(jìn)這一系列工作的領(lǐng)路人是空軍裝備研究院的甘曉華院士。從1992年引進(jìn)AL-31F以來，他就長期為近千匹“野馬”能夠在中國廣闊疆域自由馳騁，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)不斷開拓出新成果。2010年12月，時任中央軍委主席胡錦濤簽署通令給甘曉華記一等功。

依靠強(qiáng)大“再制造”技術(shù)的保證，那些殲-11B和殲-15能夠抽調(diào)備用的AL-31F也就不足為奇了。而在運(yùn)用新技術(shù)為國內(nèi)AL-31F“續(xù)命”（俄方也按照合同繼續(xù)向國內(nèi)殲-10/殲-11機(jī)隊(duì)提供AL-31F）的同時，AL-31F的一些子系統(tǒng)也被用到了國內(nèi)一些航發(fā)的改進(jìn)設(shè)計(jì)中。

例如前文講述的AL-31F靈活高效的液壓機(jī)械-模擬電子控制系統(tǒng)就曾被直接移植到“太行”發(fā)動機(jī)上。但由于沒有根據(jù)兩臺發(fā)動機(jī)性能和結(jié)構(gòu)的差異對控制系統(tǒng)進(jìn)行更多的適應(yīng)性改進(jìn)，這個“斯拉夫大腦”和“美國骨架的中國軀體”曾一度產(chǎn)生排異反應(yīng)，現(xiàn)已解決。

另外AL-31F有戰(zhàn)斗/訓(xùn)練兩種狀態(tài)選擇，平時選擇推力稍低的訓(xùn)練模式可節(jié)省壽命，其原理是靠降低轉(zhuǎn)速從而降低渦輪熱負(fù)荷。這一技術(shù)也被甘曉華“移植”到我軍大量承擔(dān)飛行員訓(xùn)練使命的殲-7B/H戰(zhàn)機(jī)上，使發(fā)動機(jī)戰(zhàn)斗推力增加4%、訓(xùn)練時壽命延長70%。

盡管我國已經(jīng)對其進(jìn)行不少改進(jìn)，AL-31F仍然存在著“阿喀琉斯之踵”。這就是其故障率偏高的潤滑部件。由于部件設(shè)計(jì)落后，它常出現(xiàn)滑油流量不足的問題，導(dǎo)致摩擦阻力加大產(chǎn)生高溫，此時發(fā)動機(jī)會發(fā)出降轉(zhuǎn)警報(bào)，如不能及時處理就會導(dǎo)致軸間卡死停車的結(jié)果。

蘇-27系列單發(fā)負(fù)載較低，本身出現(xiàn)潤滑問題的概率也較低，加上還有另一臺發(fā)動機(jī)可以幫助保持速度和高度，因此出現(xiàn)降轉(zhuǎn)告警后，飛行員只要及時關(guān)車等待潤滑系統(tǒng)正常工作后再行啟動即可。AL-31F為此設(shè)計(jì)了補(bǔ)氧系統(tǒng)保障下的多種啟動模式保證開車成功。

另外由于升阻比出色，蘇-27有更高的滑降比（滑翔距離與下降高度的比值），所以只要停車時姿態(tài)不太差，啟動成功率還是很高的，有經(jīng)驗(yàn)的飛行員還可直接單發(fā)迫降。“太行”由于啟動器原理和主燃油泵調(diào)節(jié)器都和AL-31F相似，因此在啟動上的操作大體相同。

正是因?yàn)檫@一原因，加上俄軍并不裝備AL-31FN系列，雙發(fā)同時降轉(zhuǎn)可能性又很低，所以基本不會造成墜機(jī)事故，因此長期以來俄方對這一問題（盡管我國曾多次咨詢）很不上心。國內(nèi)研究單位只能通過結(jié)合F100和“太行”的滑油系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)。

受安裝空間限制，目前的解決方案也是“螺獅殼里做道場”：增加滑油附件中增壓泵齒輪的寬度，保證整體強(qiáng)度的同時使滑油流量增加了12%，緩解了我軍蘇-27/30機(jī)隊(duì)AL-31F的潤滑問題，但是能否滿足AL-31FN系列的使用還需要進(jìn)一步工程化試驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證。

AL-31FN的潤滑問題已經(jīng)成為導(dǎo)致整體可靠性還不錯的殲-10事故來源的罪魁禍?zhǔn)住Ｖ袊哲姾秃＼姷臄?shù)起殲-10墜毀事故中（包括本起事故在內(nèi)），絕大部分都由發(fā)動機(jī)引起，而發(fā)動機(jī)的問題則又多由潤滑問題引發(fā)，還好這類事故還沒有導(dǎo)致飛行員犧牲的案例。

增加推力的AL-31FN-M1由于沒有改變基本的支承結(jié)構(gòu)，更大的風(fēng)扇，更高的轉(zhuǎn)速只會增加轉(zhuǎn)子的潤滑壓力。從2014年11月一架使用AL-31FN-M1的殲-10B戰(zhàn)斗機(jī)就因在低空出現(xiàn)發(fā)動機(jī)降轉(zhuǎn)停車而無法啟動的故障而墜毀來看，俄方對這一問題的解決遠(yuǎn)稱不上完美。

潤滑問題只是AL-31F技術(shù)上先進(jìn)與落后并存的一個縮影，這也決定了其歷史地位。回想當(dāng)時如果決定引進(jìn)AL-31F生產(chǎn)線，受其沖擊，技術(shù)架構(gòu)更加先進(jìn)但研發(fā)路途已經(jīng)曲折的“太行”很可能重蹈當(dāng)年渦扇-6的覆轍而下馬，至少其重視程度和研發(fā)進(jìn)度將遠(yuǎn)不如現(xiàn)在。

如果這樣，中國軍用航發(fā)很可能將如同之前戰(zhàn)斗機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域被米格-21所牢牢束縛那樣，被AL-31F長期束縛。從部隊(duì)裝備和戰(zhàn)斗力形成的角度講，由國產(chǎn)AL-31F保障起來的體系下限不會低，但從長遠(yuǎn)建立獨(dú)立自主航發(fā)體系的角度說，無疑將制約發(fā)展的上限和動力。

從現(xiàn)在的階段性結(jié)果來看，中國具備了AL-31F的全套維修乃至再制造能力；“太行”也終于進(jìn)入堪用階段，國產(chǎn)軍用航發(fā)挺過了最艱難的時期。但當(dāng)年沒有引進(jìn)AL-31F全套生產(chǎn)技術(shù)的是非功過究竟如何，自當(dāng)由后人評說。本期《鑄劍》就到這里，周三我們再見！

鑄劍｜華夏猛龍的斯拉夫之心：AL-31F發(fā)動機(jī)的中國故事

澎湃防務(wù)

日前一架殲-10因發(fā)動機(jī)故障墜毀，飛行員成功避開人口稠密區(qū)后安全跳傘。殲-10使用的是AL-31F系列發(fā)動機(jī)中的FN型，《鑄劍》講述這款傳奇發(fā)動機(jī)的中國故事。

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