註：本文是筆者在2014年應163的軍事專題約稿寫的。當年限於公開資料有限，對AL31F系發動機的嚴重缺陷，只能給出文字敘述、或者相同機理但無關產品的故障現象照片作為說明，筆者對此一直深以為憾。
隨著國內軍事透明化程度越來越高，新公開出版（比如新華書店全國發行）的一些著作，比如《三型渦扇發動機故障模式與機理分析及預防技術》中，給出了詳細、明確的照片（特別是故障部件的關鍵部位特寫）和講解。
6年後重新把此文搬回公號，第一是對部分內容做出修正，第二是作為下一篇文章的預告——多圖詳細展示AL31F發動機在空中，是怎麼因為潤滑失效，導致發動機抱軸卡死、甚至折斷整根發動機主軸，導致飛機必須緊急降落、甚至墜毀的。
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近日在成都突發了一起飛行事故，一架殲-10墜毀在成都。如無意外，這又是一起發動機故障引起的墜毀。本文解讀殲-10系列與各型發動機之間的歷史糾葛。
一：俄制AL-31F系列發動機挽救了殲-10項目
根據《中國航空工業大事記》的記載，殲-10的發動機選型會議是由航空工業部科技委於1983年6月9日-16日在北戴河召開的。會議上提供了三種發動機備選，分別是渦扇六改、渦噴15、太行發動機。無記名、加權平均的投票結果是航空工業部決定選擇太行發動機，但國防科工委當時卻否定了這一結果，選擇了渦噴15發動機。
註：後來看到其他當事領導撰寫的回憶文章，實際上參選方案是4個，還有一個是渦扇6改型
渦噴15發動機是我國測繪蘇聯米格-23戰鬥機的R-29-300發動機的型號，雖然推力指標很高——與AL-31F相同；但是它的重量和尺寸、耗油率都太大，從性能上講是很落後的，這也是它後來被淘汰的原因。科工委選擇渦噴15的唯一理由就是他們認為這個型號較為可靠，換句話說，當時國務院(科工委是國務院部門)並不看好渦扇六改和太行發動機。
至今為止我國所有投入服役的國產航空發動機，沒有一臺是嚴格意義上完全獨立研製的。從一型葉片，一個輪盤開始研製，逐漸組成一級壓氣機轉子、一級渦輪；再逐步擴展級數成為基本完整的高、低壓氣機和渦輪組合；繼而組成發動機的核心機乃至於完整的燃氣發生器進行試驗，最後由此衍生出型號驗證機，並最終完善成裝備型號——這種事情在中國已公開的航空發動機中還從未出現過。
圖：以核心機為基礎，可以衍生出各種不同用途和性能的發動機
這種上遊研究的長期欠缺，使我國無法在發動機領域形成紮實詳盡的自有理論、試驗基礎和設計依據、手段。在型號研製過程中，研製人員不得不參考各型已有發動機，採用相似原則縮放設計甚或是直接測繪、逆向工程，將不同國家不同型號發動機的各個部分進行拼湊整合。
正是在這種背景下，渦扇6這個性能指標奇高(12.6噸推力)、研製難度空前的型號從1964年10月開始初步設計，卻出現了在1966年便完成全部圖紙，開始試製樣機的神奇速度。
在這種隱患重重的設計中，大量部件之間性能匹配與協調運轉的缺陷又被隱藏在材料與工藝的不足下；數量嚴重不足的試製部件和樣機更是使得這些盤根錯節的故障根除起來極為艱難，窮盡手段仍然不見回天。
珠海航展當日俄羅斯在華展示AL-31FN發動機
我國作為一個後起的工業追趕國家，不可否認在科研工程、工業生產中普遍存在很強的功利投機心態，往往是只要措施有效，便無所謂機理不明；這種得過且過的心態必然在未來發展中招致巨大的損失。
航空發動機研製這種結構精密複雜、工況殘酷惡劣，重量體積控制苛刻的大型工程就是典型，諸多因素環環相扣，牽一髮而動全身；機理不清楚下憑藉淺薄經驗和主觀猜測提出的設計方案、改進措施，其效果如何幾乎只能取決於運氣。
渦扇6在1982年下馬的一刻，突然從停滯已有數年的研發狀態中完成了24小時持久試車拿到了飛行合格證，堪稱人間奇蹟。雖然並未裝機試飛過，但它的實際水平仍然可以通過後續的崑崙發動機看出來。
圖：斯貝MK202
崑崙發動機的高、低壓氣機結構分別來自斯貝和渦噴13發動機，而燃燒室、渦輪、加力燃燒室等其它結構繼承自渦扇六發動機設計。該款發動機可靠性極差，裝機以後反覆出現燃油滲漏、噴火舌、冒煙等現象；而渦扇六上聲稱最終成功克服的高溫、振動、喘振三大毛病，崑崙更是一個不少，由此引起的試飛墜毀事故最終導致殲八III的下馬。
90年代末期的崑崙尚且如此，80年代初期的渦扇六真實水平如何，不望而可知。而眾所周知的一點是，太行發動機正是來自於主持渦扇六、渦噴13發動機研究的單位；而它完成基礎設計的時間，也正好在90年代末期以前。
殲-10在那個被蘇-27和其它諸多因素衝擊得風雨飄搖的年代，試飛階段的墜機事故極有可能就意味著整個項目的下馬——就像殲八III一樣；在命運與歷史的絞纏中，俄羅斯的AL-31F發動機拯救了殲-10項目。
二：俄制AL-31F發動機系列的潤滑設計存在較嚴重的可靠性缺陷
雖然AL-31F發動機是蘇聯研製蘇-27時的配套工程，但嚴格的說它在當時也並不是一種全新設計的產物，而是在AL21渦噴發動機的基礎上參照了大量RD33發動機設計發展而來。
殲-10上裝配的AL-31FN發動機是針對單發飛機安裝要求而推出的一種小改型，主要的改進有兩個：首先是將附件傳動箱從發動機上面轉移到下面，但附件傳動機匣的位置仍然不變；其次拆掉了內外涵流道的分流隔板。從性能變化上說，AL-31FN的長度少了40mm，重量輕了23公斤，耗油率稍微高了一點；其它都保持不變——包括AL-31F的各種缺陷。
大多數針對AL-31F發動機家族缺陷的評論都指向了材料性能較低、工藝落後，或者是涉及性能方面的設計過時：比如該發動機高溫部件採用的還是定向凝固合金，工作溫度較低；未能採用一體式壓氣機盤，壓氣機葉片與輪盤之間居然還採用著強度較低的螺栓連接方式；整體架構較為落後，風扇和總壓氣機級數過高等等。
資料圖：圖為網友拍到的刷塗空軍塗裝的殲-10B戰鬥機，該戰鬥機就使用的俄制發動機。
實際上這些缺陷固然存在，但影響的主要是和性能有關的指標；包括發動機的推力大小、使用壽命、發動機整體重量等等。AL-31F家族最大的可靠性瓶頸來自於它的支承結構和在此基礎上展開的潤滑系統設計。
渦扇發動機作為一種依靠部件旋轉做功的燃機，它的核心運動部件包括風扇、低壓壓氣機、高壓壓氣機、渦輪都安裝在轉子上；而轉子要把自身載荷傳遞給整個發動機匣，就要通過支承結構和軸承實現。
在渦扇發動機的運轉過程中，支撐著轉子高速旋轉的軸承一直處於重載荷(相當於7~9.2噸)、高轉速、高溫度(可以達到260度以上)的狀態下。因此對軸承進行大壓力、高流量的潤滑，減小摩擦並帶走熱量降低溫度就成為保障發動機工作的基礎前提。
圖：渦輪風扇發動機需要靠這些大大小小的葉片組合旋轉才能正常輸出動力，旋轉需要軸承支撐
圖：切開的損壞軸承部件。軸承在缺乏潤滑的重載荷下運轉，接觸面會被毀成什麼樣？這就是答案。
註：此軸承並非AL31F系發動機上的部件，只是機理相同、故障現象和後果高度類似，真正AL31F軸承因為潤滑不足破損的照片，會在下篇文章中放出
一旦軸承得不到充足的潤滑，轉動阻力會迅速加大，溫度迅速升高；局部的摩擦熱量會使摩擦面上出現變形和摩擦顯微焊合、乃至於局部融化，而這些微小的焊點隨之又會在旋轉作用下被撕裂。這種軸承部件之間粘著——撕裂——粘著的循環發展到最後，就是軸承喪失旋轉精度、最終卡死抱軸，發動機也必然隨之停車。
在較為落後的發動機設計中，潤滑系統可靠性不高是普遍現象。比如我軍1985年發動機空中停車事故中，發動機潤滑系統故障引起的事故就佔43%。美國TF34發動機在1983年發生了90次事故，潤滑故障佔28%。
而AL-31F發動機由於支承設計較為複雜，比如它採用了雙中介軸承、四軸承低壓轉子的設計；軸承的潤滑可靠性一直很差，而同期的RD33發動機則少有此類問題。要徹底解決AL-31F的潤滑可靠性問題難度非常大，因為完全改變支承設計的話，無異於重新設計發動機。
圖：CFM56發動機的潤滑系統
在AL-31F的設計中，發動機降轉是潤滑系統壓力過低以後的保護動作；因此一旦出現發動機降轉警報，就意味著AL-31FN發動機的軸系潤滑已經嚴重不足，空中停車就會很快到來。
比如中央電視臺重點報導過的李峰駕駛無動力殲-10迫降事跡中，李峰第一次接到發動機降轉報警後立刻開始返場；在這個過程中他在保持必要飛行高度的前提下將發動機轉速控制到最低，以延緩發動機空中停車。當距離機場6公裡時，出現第二次發動機降轉警報；到3.8公裡時，發動機就徹底停車。
圖：李峰駕駛無動力殲10迫降成功
排除本次尚未得出結論的事故以外，殲-10自研製以來所有的墜毀事故中，除了一次是由於飛行員雲間錯覺引起外，全部是由於發動機問題導致的。根據海軍發動機專業的公開文獻，我國曾經多次就AL-31F系列發動機的潤滑缺陷問題諮詢俄羅斯的設計和生產單位。而俄方表示他們進行過設計方面的改進，但受資金的限制未開展試驗驗證，也無法給出從設計原理上解決故障的措施。
註：以上結論限定於成文時間，即2014年。之後的情況筆者沒有更詳細的跟進過，具體有什麼變化暫不清楚。
以及在不晚於2016年，俄方對AL31F的改進措施中，雖然依舊無法根絕潤滑不足引發的發動機斷軸現象，但通過重新設計部分部件，這一惡性故障的發生率得到了較好的控制。
說到底，俄羅斯人對於AL-31F系列發動機的潤滑缺陷就是兩個態度：我自己不那麼在乎，湊合就行了；你想改進，先拿錢來。這其中的關鍵原因之一，就是AL-31F的可靠性問題在殲-10這樣的單發高性能戰鬥機上比較突出，但在蘇-27平臺上的影響卻要小得多得多。
資料圖：2013年3月31日，空軍一架蘇-27戰機在飛行訓練中失事於山東省榮成市虎山鎮長會口大橋東頭北200米一處灘涂，兩名飛行員不幸犧牲，沒有造成地面附帶損傷。
三：殲-10對發動機帶來的要求苛刻，遠遠超出AL-31F設計預想
和蘇-27相比，殲-10平臺的不同除了單發動機以外，這種後期型三代機還異常的強調高敏捷飛行。高敏捷飛行的內容有很多，但通俗的解釋起來就是通過允許、鼓勵飛行員進行更粗暴、更狂野、更猛烈的極端性操縱，把飛機的機動性發揮到極限。
比如在進入、退出大過載狀態方面，高敏捷飛機的速率就要大得多——早期三代機需要3-4秒才能從平飛狀態進入到極限機動狀態，或者從極限機動狀態退出，而高敏捷飛機只需要2秒甚至更短。
F-14、F-15、蘇-27這樣的早期三代機滾轉性能都比較差，而殲-10這樣的飛機設計指標上不僅最大滾轉速度要達到270~300度/秒這樣的人體耐受極限；而且尤其強調在最短的時間內達到最大滾轉速度並急劇退出的能力。
這種設計對飛機的氣動、控制和結構都有著很苛刻的要求。主持殲-10試飛工作的周自全就曾經在闡述結構試飛工作時評論：「與縱向階躍操作一樣，急劇滾轉加上急劇制動是對飛機結構最嚴格的考驗」。這樣的評價又何嘗不適用於發動機，然而正是在這一方面，AL-31F表現是不合格的，尤其是在殲-10平臺上。
註：即使是最低谷的機庫皇后時代，F100的真實壽命、可靠性、維護性，也是AL31家族至今從未能趕上的
在發動機的壽命標準中，時間其實是一個很寬鬆的標準，真正的要害在於使用強度。比如美國F100發動機最初服役時突然爆發的大面積故障，以至於引起F-15群體趴窩，就是因為發動機在實際使用中的強度遠超過設計者的預想。F-15飛行員在高機動飛行中反覆的頻繁推拉油門杆，使發動機在各種過載變化、惡劣進氣條件下的轉速和溫度都處於反覆的劇烈變化中；使發動機部件承受的多變應力循環數達到設計標準的數十倍。
對於蘇-27，AL-31F不僅故障率相對較低；而且由於採用了雙發布局，即使一臺發動機出現故障，仍有另一臺發動機為其分擔負荷。這使AL-31F即使出現降轉，發展到徹底失去動力的過程通常也較為緩慢；即使出現空中停車，飛行員仍有很大可能性依靠單臺發動機返航。這也是俄羅斯人不太在乎AL-31F潤滑可靠性缺陷的原因——反正他們本國沒有裝備使用該系列發動機的單發機種。
註：國內蘇27不止一次出現過單發斷軸、最後平安落地的事件
但殲-10作為單發機來說，它本身對發動機形成的負荷就要高於雙發機；而作為強調高敏捷飛行的機種，殲-10飛行員對於發動機的操作頻繁程度、發動機遭遇各種不利飛行狀態的次數和時間都比蘇-27更高的多。這些因素的耦合作用，使AL-31FN發動機在殲-10平臺上遭遇到的工況要比蘇-27遠為惡劣，壽命消耗快、故障爆發多實際上是必然的結果。
同樣的道理也適用於太行發動機在殲11平臺和殲-10平臺中的裝備情況。中國是一個講政治、講形象的國家，雖然曾經在第一時間就被科工委所否決，但太行發動機仍然是應殲-10研製而安排的配套型號。這種背景下只要是殲-10系列還沒有停產，那麼裝備殲-10進行服役並能夠完成等同於AL-31FN發動機強度的戰備訓練，就是證明太行發動機真正達到實用水平的唯一證明標準。
資料圖：大批殲10B刷空軍塗裝準備服役
四：此次事故中殲-10所使用的發動機具體型號還存在疑問
截止目前為止，真正能夠服役的殲-10上，全部使用的都是AL-31FN發動機。但是隨著俄羅斯對AL-31F發動機家族的改進升級，AL-31FN這個型號裡也很可能會出現性能更高的子型號。此前根據俄羅斯方面的報導，新出口給中國殲-10的發動機將會採用AL-31F-M系列發動機技術改進過的型號。但目前沒有更多的消息來確認具體進度。
AL-31F的M系列發動機有三個改進階段，M1通過更換KND-924壓氣機和新的數字發動機控制系統，提高進氣量和渦輪溫度後，將最大推力從12.5噸提升到13.3噸。M2階段更換了燃燒室、採用了新材料渦輪、新的冷卻系統和全權限數字控制系統，推力提高到14.1噸。採用帶寬弦葉片的整體壓氣機盤的M3，則進一步將推力提升到14.6噸。
這些改進都不影響發動機的互換性，而且可以在原有的AL-31F/FN發動機大修時升級而成，因此僅從外觀、只報導粗略型號的新聞消息上無法判明具體情況。
不過從俄羅斯117S發動機(全加力14噸，應急推力14.5噸)近年來故障不斷的表現看，這款更換了包括風扇、壓氣機、燃燒室、渦輪、尾噴管等幾乎所有核心部件的AL-31F魔改型號在設計製造上都還沒有完全穩定下來。仍然繼承原AL-31F系列命名和主要結構的M系發動機改型，在超過14噸推力狀態下的可靠性和壽命表現肯定是不容樂觀。
因此殲-10上即使應用新的AL-31FN-M系列發動機，其推力水平應該不會高於M1型宣傳的指標；而結構部件不排除採用M2的設計，這樣可以延長壽命並改善可靠性。關鍵的問題也在這裡：這次失事的殲-10，使用的是AL-31FN，還是AL-31FN-M改型？從最好的角度設想，筆者只能期盼是前者了。
結語：
即使在幾年以後太行發動機能夠裝備在批量服役的殲-10上，使用俄制AL-31FN系列發動機的殲-10仍然將佔據絕大多數。更何況從技術規律上講，也沒有人有能力保證太行發動機裝備殲-10以後，就一定能獲得比俄制發動機更高的可靠性表現。
因此在儘可能減少、避免此類事故方面，我國能做的仍然還是從加強對發動機(無論是俄制還是國產)的檢查維護管理方面入手，投入更多的力量開發新的相關裝備和技術措施，儘可能將故障和隱患發現並排除在飛機起飛之前。