真假AL-41F

  T-50原型机和苏-57早期生产型安装两台AL-41F1加燃涡扇发动机,该发动机由土星-留利卡科研生产联合体研制,是苏-27/30系列AL-31系列发动机的深度改进型,也是苏-35 AL-41F-1S发动机(“产品117S”)的增推型,最大加力推力从前者的14.5吨增加到15吨,该发动机代号“产品117”。

AL-31FN与AL-41F-1S(右),前脸看起来一模一样

安装了轴对称全向矢量尾喷管的AL-41F1

  “产品117”作为一种过渡发动机,虽然号称AL-41,却与曾安装在米格1.44验证机上的AL-41F(“产品20”)截然不同,后者具有全新的核心机,最大加力推力17.7吨,并针对长时间超音速巡航进行了优化,在尺寸上也大于“产品117”。

正宗AL-41F

  土星在AL-41F的研制中采用了包括粉末冶金在内的多项新技术,发动机大量采用复合材料和新型合金等先进材料,留里卡工程师们在降低发动机的红外和雷达特征上也付出巨大努力,最终与苏-27战斗机的留里卡AL-31F发动机相比,AL-41F的性能在几乎每个方面都有了很大提高。例如涡轮温度上升12%,推重比从AL-31的8提高到了11,另一个重要指标——推力/迎风面积比也得到了改善。AL-41F零件数量更少,单晶叶片高压涡轮采用全新叶片冷却概念,此外留里卡-土星科研生产联合体还必须满足一个关键指标:发动机操作成本降低约25%。

Al-41F与“产品117S”(下)的尺寸对比

  但随着苏联在1991年底的解体,AL-41F发动机也最终随着米格1.44项目的终结而夭折,仅制造出几十台原型发动机,安装在图-16LL发动机测试平台和一架米格-25PD上进行了飞行测试。除了米格1.44外,苏霍伊的苏-47“金雕”验证机也计划安装这种发动机,但最后没有实现。

安装两台AL-41F发动机的米格1.44验证机

  2002年苏霍伊公司在PAK-FA项目中获胜后,俄罗斯重启第五代战斗机的研制。但苏霍伊公司设计的苏-57战斗机是一种与米格1.44和苏-47截然不同的隐身战斗机,在进气系统和发动机设计继承了苏-27的吊舱式设计,紧凑的外形意味着该机发动机舱将无法塞下庞大的AL-41F发动机。

“产品117”

  于是俄罗斯人决定采用两条腿走路的办法,在T-50原型机和苏-57早期生产型上使用AL-31F发动机的重大改进型AL-41F1“产品117”,然后在后续生产型上安装全新研制的“产品30”发动机。

  使用“产品117”发动机完成过渡,不会耽误苏-57的研发试飞和装备,此外还能借鉴苏-35S在“产品117S”发动机上的使用经验。作为AL-41F-1S的进一步改进型,AL-41F1“产品117”具有了全权限数字式发动机控制系统以适应苏-57的全新飞控。

台架测试中的AL-41F1

  “产品117”与AL-31相比更换了新的风扇、高低压涡轮,数字控制系统,以及在苏-30MKI上验证成熟的推力矢量喷管,最大加力推力比Al-31F增加了16%,寿命比Al-31F大幅提高了2~2.7倍,首次大修时间提高到1500小时,此后的大修间隔也从500小时提高到1000小时,该发动机依据使用条件的不同能达到1500~4000小时的设计寿命,这对俄制发动机来说是重大飞跃。

尾喷管和LEVCON配合差动的苏-57

  虽然“产品117”发动机的推力比AL-31F增加了2.5吨达15吨,发动机重量减轻了330千克,推重比增加到10.5,由于军用推力不足(8.8吨),影响了苏-57超音速巡航能力的发挥,与F-22普惠F119发动机的10.6吨军用推力相比还有很大差距。

  超音速巡航是第四代隐身战斗机的一个重要能力,F-22能做1.5-1.6马赫的超音速巡航。由于超音速巡航无需开加力,所以大幅提高战斗机在超音速机动中的滞空时间,还能降低对隐身不利的红外辐射,并具有更大的机动空间和空空导弹初始动能,提高射程。虽然苏霍伊表示苏-57的最大超音速巡航速度1450公里/小时,但这个数值应该是更换“产品30”发动机之后的估算数值,安装“产品117”发动机的苏-57在干净气动外形下应该仅能进行“弱”超音速巡航,意义不大。

“产品30”

  苏-57最终将换装“产品30”发动机,也就是所谓的“第二阶段发动机”,该发动机不仅更轻、推力更大,并且零件数量也大幅减少。

  目前这种发动机处于严格保密状态中,相关信息很少。一般认为,“产品30”代表着俄罗斯在战斗机发动机领域的最高成就,其设计军用推力11吨,加力推力17-18吨,达到甚至超过F119的水平。“产品30”属于俄制第5代喷气式战斗机发动机,具有许多新特点,其中最重要的就是能在不开加力的情况下让苏-57进行超音速巡航飞行,这对提高该机作战半径和空战能力至关重要。

测试台上的“产品30”发动机

  “产品30”在研制中应用了俄罗斯最先进的发动机技术、材料和解决方案,根据已知信息,这种发动机的亚音速和超音速下的油耗都低于苏-57现有的“产品117”。“产品30”具有3级低压压气机、5级高压压气机、环形燃烧室、一级高压涡轮和一级低压涡轮,与4级低压压气机和9级高压压气机的“产品117”相比更轻,更易于维护,更少的运动部件也意味着更少的维护时间。

  压气机压缩比为6.7,提供高达20-23千克/秒的空气流量。燃烧室配有直接安装在燃油喷嘴上的等离子点火系统,能确保燃料进入燃烧室后立即燃烧,保持最佳燃烧模式,不会因燃烧室积聚燃料导致不正常燃烧。涡轮进口温度1950至2100K,比AL-31F的1700K大幅提高。