近期俄羅斯媒體報道，在俄國防部長(cháng)9月訪(fǎng)華后，中國有意購買(mǎi)一批俄羅斯117S新型航空發(fā)動(dòng)機。俄相關(guān)生產(chǎn)企業(yè)也在珠海航展上證實(shí)說(shuō)中國確實(shí)具有較高的興趣。那么俄羅斯近年來(lái)的航空發(fā)動(dòng)機進(jìn)展究竟如何？中國購買(mǎi)117S發(fā)動(dòng)機的可能性有多大？網(wǎng)易軍事將進(jìn)行獨家解析。
俄羅斯117S新型航空發(fā)動(dòng)機，注意其尾部的矢量噴嘴。近期俄羅斯媒體和相關(guān)人士表示中國確實(shí)對該型發(fā)動(dòng)機有較高的興趣。
據俄羅斯《獨立軍事評論》周刊12月3日報道，在今年9月俄羅斯國防部長(cháng)謝爾久科夫訪(fǎng)華之后，中國軍政領(lǐng)導層宣布有意采購一批117S型航空發(fā)動(dòng)機、S-400防空導彈系統和伊爾-476（伊爾76的改進(jìn)型）大型運輸機。另外，俄羅斯117S發(fā)動(dòng)機量產(chǎn)企業(yè)代表在參加珠海航展時(shí)也證實(shí)，中方確實(shí)對該型發(fā)動(dòng)機有較高的興趣。
對此，俄專(zhuān)家弗拉基米爾-謝爾巴科夫撰文指出，在中俄軍事技術(shù)合作領(lǐng)域知識產(chǎn)權保護協(xié)議的效果暫時(shí)為零之際，北京再次表示出對采購俄各種武器、軍事裝備和特種設備的積極關(guān)注，莫斯科應當特別謹慎，防止對方學(xué)習相應技術(shù)，隨即仿制出類(lèi)似產(chǎn)品，與俄方競爭，特別是在航空發(fā)動(dòng)機方面。謝爾巴科夫認為，117S發(fā)動(dòng)機是俄羅斯性能最好的航空發(fā)動(dòng)機之一，完全可以和西方同類(lèi)產(chǎn)品有力競爭。該型發(fā)動(dòng)機出口供應，特別是對中國出口的決定事關(guān)重大，事先需要進(jìn)行全面的分析。莫斯科應當保證銷(xiāo)售出去的發(fā)動(dòng)機不僅不能落入不合適的人手中，而且不能被進(jìn)口國隨意利用，進(jìn)而生產(chǎn)類(lèi)似的仿制品。
筆者認為，以上只是俄羅斯媒體單方面的說(shuō)辭，盡管中俄軍貿最近兩年一直受知識產(chǎn)權問(wèn)題所困擾，但俄羅斯軍工企業(yè)和政府出于實(shí)際利益的考慮，仍然對向中國出口高技術(shù)軍事裝備抱有極大的興趣。
近年來(lái)，隨著(zhù)俄羅斯從前蘇聯(lián)解體和經(jīng)濟休克的陰影中緩慢地恢復，加之俄羅斯五代機項目的刺激作用，俄羅斯的航空發(fā)動(dòng)機研制成果又重新出現在世界各大航展上。各類(lèi)俄羅斯航空發(fā)動(dòng)機型號和編號以及對應的性能指標也讓大家眼花繚亂，本文就來(lái)梳理一下俄羅斯近年來(lái)在大推力加力渦扇發(fā)動(dòng)機方面的進(jìn)展，并對俄羅斯五代動(dòng)力的研制情況進(jìn)行分析。
由克里莫夫設計局設計的RD-33發(fā)動(dòng)機，該發(fā)動(dòng)機曾裝備了米格29，其改進(jìn)型RD-93也繼續在梟龍戰機上使用?？死锬蛟O計局曾是前蘇聯(lián)的著(zhù)名設計局之一。
前蘇聯(lián)航空發(fā)動(dòng)機研制體系
前蘇聯(lián)的航空發(fā)動(dòng)機研制采用設計局-批量廠(chǎng)模式。解體前，前蘇聯(lián)涌現出大量偉大的航空發(fā)動(dòng)機設計師，其領(lǐng)導的設計局負責航空發(fā)動(dòng)機的研制工作。
筆者整理了一下前蘇聯(lián)航空發(fā)動(dòng)機設計局以及其最著(zhù)名的作品：克里莫夫設計局（RD-33渦扇發(fā)動(dòng)機）、伊索托夫設計局（TV3-117渦軸發(fā)動(dòng)機）、索洛維也夫設計局（D-30渦扇發(fā)動(dòng)機）、科列索夫設計局（RD-36渦噴發(fā)動(dòng)機）、庫茲涅佐夫設計局（NK-321渦扇發(fā)動(dòng)機）、留里卡設計局（AL-31F渦扇發(fā)動(dòng)機）、圖曼斯基設計局（P-29渦噴發(fā)動(dòng)機）、伊夫琴科設計局（AL-25渦扇發(fā)動(dòng)機）。
其中研制了前蘇聯(lián)唯一一型第三代大推力加力渦扇發(fā)動(dòng)機AL-31F的設計局就是留里卡設計局，它也是今天俄羅斯“留里卡-土星”航空發(fā)動(dòng)機聯(lián)合體的前身之一。前蘇聯(lián)航空發(fā)動(dòng)機的生產(chǎn)單位是國有發(fā)動(dòng)機批量廠(chǎng)，如：“土星”、“禮炮”、“進(jìn)步”等?？梢钥闯?，前蘇聯(lián)的航空發(fā)動(dòng)機行業(yè)是一種“設計單位百花齊放、生產(chǎn)單位三強并立”的格局。但是隨著(zhù)前蘇聯(lián)的解體，前蘇聯(lián)的航空發(fā)動(dòng)機行業(yè)“百花凋零”進(jìn)入“嚴冬”。
經(jīng)過(guò)一系列改組和整合，俄羅斯航空發(fā)動(dòng)機工業(yè)形成了現在“禮炮航空發(fā)動(dòng)機聯(lián)合體”(下圖)和“留里卡-土星航空發(fā)動(dòng)機聯(lián)合體”(上圖)兩強并立的局面。
俄羅斯航空發(fā)動(dòng)機工業(yè)的整合
上世紀90年代前蘇聯(lián)解體之后，俄羅斯經(jīng)濟休克療法失敗，原來(lái)國有的航空發(fā)動(dòng)機設計局和批量廠(chǎng)紛紛被民營(yíng)資本和國外資本收購。依然被國家控股的軍工企業(yè)也無(wú)法依靠俄羅斯政府和軍方嚴重縮水的撥款生存。在很長(cháng)一段時(shí)間里，俄羅斯航空發(fā)動(dòng)機行業(yè)競爭力非常低，行業(yè)的收益率從27%下降到7%，利潤減少一半，航空發(fā)動(dòng)機銷(xiāo)售率下降了約93%。
俄羅斯航空發(fā)動(dòng)機的推力、壽命、耗油率、噪聲水平和環(huán)保水平等主要指標都落后于世界先進(jìn)水平。原來(lái)國有的留里卡設計局和土星批量廠(chǎng)都被民營(yíng)資本收購，成為私營(yíng)企業(yè)。而禮炮批量廠(chǎng)依然維持國家控股，但是由于俄羅斯政府財力嚴重不足，只能依賴(lài)國外用戶(hù)的資金生存。
為了挽救本國航空工業(yè)，并力圖重塑昔日大國形象，普京上任之后于2007年8月簽署了《關(guān)于成立聯(lián)邦國有獨資企業(yè)燃氣渦輪制造科研-生產(chǎn)中心“禮炮”》的1039號俄聯(lián)邦總統令，正式開(kāi)始了俄羅斯航空發(fā)動(dòng)機行業(yè)的一體化整合。俄羅斯航空發(fā)動(dòng)機行業(yè)根據政府的決定組建四個(gè)控股公司，其中兩個(gè)負責研制生產(chǎn)戰斗機使用的大推力渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機。
這兩個(gè)公司是：在莫斯科機械制造生產(chǎn)企業(yè)“禮炮”的基礎上成立的“禮炮航空發(fā)動(dòng)機聯(lián)合體”；第二個(gè)公司是通過(guò)整合位于雷賓斯克的“土星”科研生產(chǎn)聯(lián)合體、烏法的發(fā)動(dòng)機生產(chǎn)聯(lián)合體和彼爾姆的航空發(fā)動(dòng)機股份公司中的國家股份成立的控股公司“留里卡-土星航空發(fā)動(dòng)機聯(lián)合體”。該重組計劃仍在推進(jìn)當中，現在已經(jīng)形成了現在俄羅斯軍用大推力渦扇發(fā)動(dòng)機研制 “兩強爭霸”的局面。
中國空軍殲10和殲11戰機都大量裝備了AL-31F發(fā)動(dòng)機(下兩圖)。禮炮聯(lián)合體利用出售中國AL-31F發(fā)動(dòng)機所獲得的資金進(jìn)行了大規模改造，并成功研制出了第一步改進(jìn)計劃中的AL-31F-M1發(fā)動(dòng)機(上圖)。
俄羅斯軍推大推力渦扇發(fā)動(dòng)機行業(yè)“兩強爭霸”的局面形成之后，兩個(gè)航空發(fā)動(dòng)機研制巨頭自然會(huì )按照各自的計劃進(jìn)行航空發(fā)動(dòng)機研制，形成各自的發(fā)展脈絡(luò )。
首先來(lái)看禮炮聯(lián)合體，前面提到的禮炮聯(lián)合體前身之一“禮炮發(fā)動(dòng)機制造廠(chǎng)”就是聞名遐邇的戰斗機發(fā)動(dòng)機AL-31F的批生產(chǎn)工廠(chǎng)。經(jīng)過(guò)改組之后，禮炮正式成為俄羅斯政府控股的國有航空發(fā)動(dòng)機研制生產(chǎn)聯(lián)合體。禮炮聯(lián)合體利用向中國銷(xiāo)售Al-31F和AL-31FN發(fā)動(dòng)機獲得的資金對企業(yè)實(shí)行了大規模的技術(shù)改造，而且禮炮聯(lián)合體與中國黎明發(fā)動(dòng)機制造廠(chǎng)計劃成立合資公司。
現在該公司的發(fā)展重點(diǎn)就是“項目 99M”航空發(fā)動(dòng)機研制計劃，值得一提的是，雖然禮炮聯(lián)合體一直就是俄羅斯政府所有的企業(yè)，但是99M整個(gè)計劃并沒(méi)有獲得俄羅斯政府的資金。99M計劃打算通過(guò)對于A(yíng)L-31F發(fā)動(dòng)機的四步改進(jìn)，最終研制出真正的第五代航空動(dòng)力系統。但目前，只有99M1發(fā)動(dòng)機裝備了俄羅斯空軍，后續的99M2/3/4型都還在研制中。
已裝備俄羅斯空軍的99M1發(fā)動(dòng)機
99M1發(fā)動(dòng)機（AL-31F-M1發(fā)動(dòng)機）是禮炮聯(lián)合體在A(yíng)L-31F發(fā)動(dòng)機上進(jìn)行小幅度優(yōu)化改進(jìn)的結果。該機主要更換了新研制的四級風(fēng)扇，風(fēng)扇的第一級直徑增加，流量相應提高，壓比和效率略有改善；改進(jìn)了發(fā)動(dòng)機的渦輪單元體，使燃燒室出口溫度增加了25K；首翻期從AL-31F發(fā)動(dòng)機的300飛行小時(shí)增加到了750飛行小時(shí)，目標是將發(fā)動(dòng)機延壽至首翻期1000小時(shí)/總壽命2000小時(shí)；控制單元改為數字式KRD-99C；更換了新的啟動(dòng)機，使發(fā)動(dòng)機具備了3500米左右的高原啟動(dòng)性能。
高原啟動(dòng)性能也是99M系列發(fā)動(dòng)機都具備的技術(shù)指標之一，而俄羅斯國土本身并沒(méi)有3500米的高原機場(chǎng)，因而引起了外界的遐想。有些媒體認為禮炮聯(lián)合體之所以在沒(méi)有本國政府資金支持下能夠進(jìn)行龐大的航空發(fā)動(dòng)機研制計劃就是因為得到了“某些擁有高原軍用機場(chǎng)的國家”的支持，甚至有人認為99M系列發(fā)動(dòng)機就是“國外訂購人”投資研制的產(chǎn)物。99M1發(fā)動(dòng)機后被正式賦予“AL-31F發(fā)動(dòng)機第42批次”的編號，開(kāi)始國家試飛。2002年12月國家試飛按計劃結束，該型發(fā)動(dòng)機加力推力達到13.5噸的加力推力，其他指標與AL-31F發(fā)動(dòng)機相比略有進(jìn)步。
在后續的發(fā)展中，99M3發(fā)動(dòng)機（AL-31F-M3發(fā)動(dòng)機）將會(huì )是AL-31F發(fā)動(dòng)機向五代動(dòng)力跨越的關(guān)鍵型號。它將采用整體葉盤(pán)結構的三級風(fēng)扇和新的高壓渦輪葉片材料等一系列新技術(shù)。
99M2/3/4發(fā)動(dòng)機的改進(jìn)計劃
99M2發(fā)動(dòng)機將改進(jìn)的重點(diǎn)從第一階段的風(fēng)扇轉移到了航空發(fā)動(dòng)機的熱端部件：燃燒室和渦輪，服役編號暫定AL-31F-M2。AL-3lF-M2上采用的風(fēng)扇在KND-924-4型風(fēng)扇基礎上改進(jìn)了葉型設計；將燃燒室改進(jìn)成為短環(huán)型燃燒室并且采用了雙層壁面設計，提高了燃燒室本身的冷卻能力；采用新的低壓渦輪盤(pán)和三元流氣動(dòng)設計的單晶高溫合金葉片；將發(fā)動(dòng)機控制系統更換為全權數字電子控制系統；該機尺寸和重量無(wú)變化，燃燒室出口溫度增加到1740K-1780K，起飛推力增大至14噸。經(jīng)過(guò)這個(gè)步驟的改進(jìn)后，AL-31F-M2基本具備了上世紀80年代西方先進(jìn)大推力渦扇發(fā)動(dòng)機的基本要素，如短環(huán)燃燒室、單晶葉片、全權數字電子控制系統，但是依然保留了較為復雜的四級風(fēng)扇。
99M3發(fā)動(dòng)機（AL-31F-M3發(fā)動(dòng)機）將會(huì )是AL-31F發(fā)動(dòng)機向五代動(dòng)力跨越的關(guān)鍵型號，該改型不僅加力推力接近了15噸，而且相比較AL-31F發(fā)動(dòng)機，會(huì )進(jìn)行結構上的大改。AL-31F-M3發(fā)動(dòng)機可以成為五代機試飛的過(guò)渡性動(dòng)力而且用于改進(jìn)現有三代戰斗機可以大幅度提高作戰性能。AL-3lF-M3上采用了由三維氣動(dòng)技術(shù)全新設計的KND-924-3型三級風(fēng)扇，級數從AL-31F發(fā)動(dòng)機的四級減為三級；所有級風(fēng)扇均采用整體葉盤(pán)結構，提高了工藝水準并且降低了重量；風(fēng)扇葉片采用小展弦比(即寬弦)和葉尖前掠設計，取消了阻尼凸肩，壓比增加到了4.2；采用了新的燃燒室．改良了高壓渦輪葉片材料從而在渦輪前溫度不變的情況下延長(cháng)了壽命，起飛推力增大至14.5噸，大修周期進(jìn)一步延長(cháng)。禮炮的五代動(dòng)力系統就要以該改型為基礎發(fā)展。
禮炮聯(lián)合體的五代動(dòng)力方案AL-31F-M4發(fā)動(dòng)機將會(huì )在A(yíng)L-31F-M3發(fā)動(dòng)機基礎上研制，加力推力達到15噸左右。AL-31F-M4發(fā)動(dòng)機將會(huì )采用三級風(fēng)扇、六級壓氣機和單級高低壓渦輪的總體方案設計；繼續修改KND-924-3型整體葉盤(pán)三級風(fēng)扇，使風(fēng)扇壓比達到4.2的水平；在發(fā)動(dòng)機所有葉片上廣泛應用三維有粘氣動(dòng)算法，修改壓氣機和渦輪設計，提高部件壓比和效率；改進(jìn)渦輪單元體，使發(fā)動(dòng)機循環(huán)參數達到1800K的水平；并安裝三元矢量噴管以實(shí)現俄羅斯五代戰斗機的過(guò)失速超機動(dòng)性。
俄羅斯“新蘇35”戰斗機使用了“留里卡-土星”聯(lián)合體的117S發(fā)動(dòng)機(上圖)。另外，由于五代機發(fā)動(dòng)機還沒(méi)研制出來(lái)，俄羅斯正在進(jìn)行試飛的五代機T-50據說(shuō)暫時(shí)使用的也是117S發(fā)動(dòng)機。
俄羅斯最近裝備的蘇-35BM（在新聞中也經(jīng)常稱(chēng)為“新蘇35”）戰斗機使用了“留里卡-土星”聯(lián)合體的117S發(fā)動(dòng)機。根據該發(fā)動(dòng)機聯(lián)合體的宣傳，“項目117”航空發(fā)動(dòng)機研制計劃是承接前蘇聯(lián)五代動(dòng)力AL-41F發(fā)動(dòng)機計劃的發(fā)動(dòng)機研制系列工程。
AL-41F型加力式雙涵道渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機是由留里卡設計局在蘇-27動(dòng)力裝置AL-31F和蘇-37動(dòng)力裝置AL-37F基礎上研制發(fā)展的俄羅斯第五代發(fā)動(dòng)機，該機加力推力達到了令人震驚的17噸、循環(huán)參數1910K。該機研制計劃進(jìn)行到30%的時(shí)候就因為前蘇聯(lián)解體而中斷，后來(lái)留里卡設計局被土星合并成為“留里卡-土星”航空發(fā)動(dòng)機聯(lián)合體。因而“留里卡-土星”聯(lián)合體利用留里卡現有成果繼續進(jìn)行AL-41F發(fā)動(dòng)機的研制顯然是理所應當的。
“項目 117”計劃分為兩個(gè)步驟：第一步，利用AL-41F發(fā)動(dòng)機的現有技術(shù)對AL-31F發(fā)動(dòng)機進(jìn)行改進(jìn)，研制出117S發(fā)動(dòng)機；第二步，在117S發(fā)動(dòng)機驗證的五代機動(dòng)力技術(shù)成熟之后發(fā)展出真正的五代機動(dòng)力“新AL-41F”發(fā)動(dòng)機?，F在留里卡-土星聯(lián)合體完成了117S發(fā)動(dòng)機的研制，該機加力推力14噸/軍用推力8.8噸，推比7.5。
所以，與留里卡-土星聯(lián)合體宣傳的不同，117S發(fā)動(dòng)機其實(shí)就是類(lèi)似AL-31F-M2發(fā)動(dòng)機的三代改進(jìn)型動(dòng)力，而性能不足以談得上是五代動(dòng)力的過(guò)渡型號。在117S發(fā)動(dòng)機基礎上，土星計劃用兩到三年研制117A發(fā)動(dòng)機（AL-41F1-A）也就是AL-41F型號重新開(kāi)始研制后的第一個(gè)正式型號，該機計劃達到15噸的推力，不過(guò)目前由于經(jīng)費不足依然處于停滯階段。然后再繼續改進(jìn)出真正的五代動(dòng)力裝置，加力推力16噸左右，目前也沒(méi)有獲得到資金支持。
F-22使用的F119-PW-100發(fā)動(dòng)機早在02年就已經(jīng)獲準使用，性能指標已與俄羅斯發(fā)動(dòng)機形成相當差距，而目前俄羅斯的同代發(fā)動(dòng)機卻仍然還在研制之中。
1974年11月，世界上第一個(gè)第三代大推力渦扇發(fā)動(dòng)機，美國的F100-PW-100投入使用。與美國F100-PW-100發(fā)動(dòng)機相對應的前蘇聯(lián)AL-31發(fā)動(dòng)機于1985年完成研制?？紤]到AL-31F發(fā)動(dòng)機不僅完成研制時(shí)間晚了十年而且性能與F100-PW-100依然有一定差距，此時(shí)美蘇在航空動(dòng)力領(lǐng)域方面的總體差距大概在15年左右。但是在前蘇聯(lián)解體之后，美俄在航空發(fā)動(dòng)機領(lǐng)域的差距逐漸增大。
以美國的F110發(fā)動(dòng)機改進(jìn)計劃為例，F110-GE-134發(fā)動(dòng)機在上世紀九十年代末就實(shí)現了15噸的臺架加力推力，而俄羅斯達到15噸加力推力的發(fā)動(dòng)機至今還沒(méi)有研制出來(lái)。而且俄羅斯發(fā)動(dòng)機在性能不足的情況下，在耐久性方面的差距更大，F110-GE-134發(fā)動(dòng)機首翻期達到了4300戰術(shù)循環(huán)（大概2000飛行小時(shí)），其首翻期已經(jīng)達到了AL-31F-M2發(fā)動(dòng)機總壽命的水平。美國在1986年完成研制的F100-PW-220發(fā)動(dòng)機就裝備了發(fā)動(dòng)機全權數字電子控制系統，而俄羅斯發(fā)動(dòng)機從AL-31F-M2發(fā)動(dòng)機才開(kāi)始使用類(lèi)似控制系統，并且AL-31F-M2發(fā)動(dòng)機現在還未投入使用。
當美國真正的四代動(dòng)力（西方劃代方法，相當于俄羅斯的五代動(dòng)力）F119-PW-100于2002年9月獲得美國空軍頒發(fā)的初始使用批準之時(shí)，其加力推力15.5噸/軍推10噸、推重比10.5和首翻期大于4000飛行小時(shí)的性能，已經(jīng)足以對所有俄羅斯航空發(fā)動(dòng)機形成質(zhì)的代差。
綜合考慮美俄發(fā)動(dòng)機在型號研制和技術(shù)實(shí)力方面的因素，兩國在航空發(fā)動(dòng)機研制領(lǐng)域的差距可能已經(jīng)增加到了20年以上。
俄羅斯近年來(lái)航空發(fā)動(dòng)機研制有逐漸回暖的趨勢，經(jīng)過(guò)產(chǎn)業(yè)重組之后形成了“99M”和“117”兩個(gè)第五代航空發(fā)動(dòng)機研制計劃。但從目前禮炮聯(lián)合體和留里卡-土星聯(lián)合體的發(fā)動(dòng)機研制情況來(lái)看，差距與美國擴大至20年以上。已經(jīng)基本研制成功的型號，無(wú)論是99M1、還是117S發(fā)動(dòng)機，都難以滿(mǎn)足第五代戰斗機T-50的全包線(xiàn)試飛要求，更不用說(shuō)正式裝備。
所以，中國的五代機研制，已經(jīng)不太可能借助于新型俄制發(fā)動(dòng)機。而且中國在近20年來(lái)，通過(guò)“秦嶺”、“昆侖”、“太行”等發(fā)動(dòng)機的研制，形成更接近于西方的航空發(fā)動(dòng)機技術(shù)體系，在下一代高推比渦扇發(fā)動(dòng)機研制計劃方面，更看不到仿制任何俄羅斯航空發(fā)動(dòng)機的跡象。中國如果確實(shí)有意引進(jìn)117S發(fā)動(dòng)機，可能更大的出發(fā)點(diǎn)是用于現有殲11或殲10戰斗機的生產(chǎn)或改裝。
聯(lián)系客服
