“侧卫”之心（上）.docVIP

“侧卫”之心（上） 　　在2015年的莫斯科航展上，俄罗斯的苏-35战机凭借一系列华丽的性能出尽风头，捍卫了“侧卫”家族在世界战机史册上的威名。苏-35虽然有着匪夷所思的机动性能、强悍而霸气的武器装备、先进而全面的航电系统，但真正让国人羡慕的是其“心脏”――117S/AL-41F1S发动机。除了苏-35之外，改进自AL-31F系列的117S发动机也将装备俄罗斯最顶级战机T-50（AL-41F1）。作为3代半（3++）和第4代（俄罗斯称为第5代）隐身战机的动力系统，117S发动机肯定是身怀绝技，所以才能让俄罗斯对它如此重视。本文重点对其“血统身世”一探究竟。 　　Al-31F发动机问世的背景 　　回首漫长的航空发动机发展史，曾经的红色帝国为与美国争霸世界，对关乎国家命运的航空发动机产业的发展向来都是全力以赴，不遗余力。在苏联众多一流的航空发动机设计局中，能够设计第三代大推力涡扇发动机的唯有一家――留里卡设计局。 　　留里卡设计局组建于1946年，是苏联主要战机动力系统设计局。该设计局的首任总设计师阿尔西普?留里卡研制出了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，他又研制出了TR-2、TR-3、TR-5、AL-5、AL-7、AL-21等多种喷气发动机，装备于苏-7、苏-9、苏-11、苏-24、苏-17M、苏-20、米格-23等战机，以及伊柳申、图波列夫等设计局的多型飞机。这些飞机不仅用于苏联/俄罗斯，还出口到世界上许多国家。而真正把留里卡设计局推向世界顶级航空发动机领域的，当属后来大名鼎鼎的AL-31F发动机。 　　在冷战正酣之际的20世纪60年代，苏联得知美国上马了新一代战机计划，也启动自己相应的对抗计划。这就是后来的米格-29和苏-27战斗机。此时，苏联针对美国普拉特?惠特尼（PW）公司的F100高性能发动机，决定由留里卡设计局负责研制一款与之性能相近的战斗机发动机。该项目代号99，正式型号名称为AL-31F（字母F表示加力），并在1973年正式启动。 　　拥有豪门“血统”的AL-31F发动机的初期研发工作十分顺利，次年的8月就完成了第一台样机的装配。留里卡设计局的早期设计方案为“3级风扇+9级高压压气机+高低压涡轮各1级”。不过经过精确计算，这个方案虽然重量很轻，但性能根本达不到F100的水平。为此，留里卡设计局只好把早期方案推倒，增加级数（4级风扇、12级高压压气机、高低压涡轮各2级）以提高循环参数来获得更大的推力。不过，级数的增加虽解决了推力不足的问题，但发动机的超重情况却是高得离谱，达到1600千克，推力仅为108千牛，与F100相去甚远，研制进度也大为拖延。 　　无奈之下，留里卡设计局只好把前后两个方案都推倒进行方案大改。虽然在AL-31F的设计初期困难重重，但作为当时苏联唯一能与PW、通用电气（GE）抗衡的世界级航空发动机领跑者，留里卡设计局的自身实力可不是一般小鱼小虾所能比拟的。在留里卡院士的带领下，设计局上下参考众多优秀设计方案，对设计方案进行了重大改进：保留了以前的4级风扇，但高压压气机减为9级，高低压涡轮各为1级，总级数下降到15级，重量也降到了1530千克。修改后的发动机在试验过程中又遇到了许多故障，某些工作参数仍未能达到设计指标。为此，设计局采用了新的工艺和材料将涡轮进口温度升高以提高涡轮效率。直到1979年8月23日，首架安装AL-31FH发动机（型号名称中的H表示附件下置。早期的AL-31F的齿轮箱等附件设计在发动机的下部，后来为配合飞机结构修改，将附件机匣“高置”成现在的样子）的苏霍伊设计局苏-27原型机T-10-3才飞上蓝天。 　　Al-31F发动机早期存在的问题 　　尽管试飞取得成功，可发动机仍存在诸多问题。某些工作参数未能达到设计指标，其中最严重的莫过于涡轮问题，直接导致了进度的拖延。按照原计划，发动机定于1982年通过国家鉴定。为此，两家定点发动机生产企业――莫斯科“礼炮”（Salut，又译作萨留特）机械制造厂和乌法发动机制造生产厂在1981年就分别建立了定型型号的批量生产线。可是直到1984年6月，苏联航空发动机的大师级人物留里卡总设计师去世，高压涡轮问题仍是横亘在型号定型的道路上。 　　因为涡轮效率的设计值比目标低了4%，只好将涡轮进口温度提高到1392℃。但温度的提高造成涡轮叶片热负荷过大，运转不久叶身便产生裂纹，根本无法通过定型试车。发动机的翻修寿命也只有可怜的50小时左右。关键时刻，留里卡院士的亲密战友――设计局的新一任总设计师维克特?米哈洛维奇?切普金临危受命，带领团队展开了新一轮的技术攻关，果断决定修改涡轮叶片的冷却流路。采用了旋转式冷却方式、改进制造工艺与热障、涂层技术等措施后，留里卡设计局最终迈过了这道坎。