解析蘇-57新發動機「產品30」

2020-12-06 看航空

蘇-57LL驗證機試飛畫面,注意其左側發動機噴管較短。

2017年12月5日,俄羅斯工業與貿易部宣布,在莫斯科郊外的格洛莫夫飛行試驗中心,俄羅斯第五代戰鬥機蘇-57完成了配裝第二階段發動機(「產品30」)的首飛,試飛過程中飛機混裝了「產品30」(左側)和第一階段發動機AL-41F1(即117),首飛持續了17分鐘,表現了較為穩定的狀態。「產品30」的飛行試驗不僅對蘇-57帶來了新的作戰能力和發展機會,更是俄羅斯國有發動機製造業的重要裡程碑,證明俄在航空製造業仍具有深厚的潛力。

試飛原型機由蘇霍伊公司首席試飛員謝爾蓋·博格丹駕駛,飛行歷時17分鐘。

一、「產品30」是全新的發動機

「產品30」是由俄羅斯聯合發動機製造集團下屬的土星科研生產聯合體承研、多家企業合作參研項目,該發動機不是對現有發動機的深度改型,而是俄羅斯多年來首次為軍用飛機從零開始研製新型渦扇發動機,在國有航空工業發展過程中佔有重要地位。

1. 項目進度與蘇-57匹配

目前已知在「產品30」項目研製中至少包括五項科研工作:

研製3級低壓壓氣機的「129」計劃(早期「產品30」也被誤傳為「129號」);

研製核心機的「133」計劃,核心機包括5級高壓壓氣機、燃燒室和高壓渦輪;

研製1級低壓渦輪的工作,沒有專門編號;

另外還有「135」計劃和「137」計劃,但工作內容並未公布。

俄羅斯此前公開的「產品30」發動機。

與經常延期的蘇-57相比,「產品30」一直在按進度推進,2013年確定技術方案,2015年制定設計文件,2016年11月開始試車,2017年11月首飛試驗,預計在2020年前開始進行國家實驗,隨後投入批產。由於俄羅斯《2018-2025國家武器發展規劃》面對預算縮減等原因,第一批服役的五代機生產數量不大,預計到2021年前生產12架,並且暫時安裝第一階段AL-41F1發動機,用於發現性能不足和訓練飛行員;但到2025年底,預計俄空天軍將得到配裝「產品30」的60架蘇-57。未來兩年,俄羅斯將在蘇-57的原型機上密集試飛「產品30」,從而在進度上保持與蘇-57的交付時間匹配。

莫斯科市長不久前參觀「禮炮」工廠,該工廠承擔了「產品30」發動機部分研製和生產工作,這是「產品30」發動機首次公開露面。

2. 採用多種先進技術

當前,儘管「產品30」的大部分信息尚處於保密狀態,但根據已有報導仍可以初步判斷其採用的新技術和結構性能特點。具體包括:

首先,得到了更加完善的應用整體葉盤技術的新型高壓壓氣機,採用了陶瓷增強的鎳基高溫合金複合材料製造的具有複雜結構形式的渦輪葉片;

第二,帶有軸對稱矢量推力系統,與AL-41F1相比提高了隱身性能,並使飛機具有較高的加速性,矢量偏轉速度可達60度/秒,能夠完成劇烈的機動動作;

「產品30」的尾噴管大致外形(圖中右側)與AL-41F1發動機的(圖中左側)對比。採用鋸齒形邊緣結構是改善隱身性能的舉措之一。

第三,應用了新的全權限數字式控制系統和自診斷系統,並簡化了結構,減少了部件數量,提高了可靠性、檢測性;

第四,具有保障高空點火穩定性的等離子加力燃燒室,還具有高空發動機無氧起動系統,從而極大的提高戰鬥機生存力。

多種新材料工藝和技術的應用,使「產品30」確立了自身性能優勢,並在燃油消耗降低的條件下增加推力。

生產線上的產品30發動機組件。

二、「產品30」使蘇-57真正躋身五代機行列

俄羅斯蘇-57戰鬥機滿足第五代戰鬥機的多項要求,具有超機動性和多功能的特點,目前配有N036「松鼠」有源相控陣雷達和多種先進武器。飛機的主要不足是受到動力裝置的制約,AL-41F1發動機的推力不能有效地實現無加力超聲速巡航飛行,限制了蘇-57的作戰能力提升,如擴大作戰半徑、加快對威脅的反應速度等,並且對飛機雷達和紅外隱身性能有一定損失,「產品30」的出現,很好的解決了以上問題,對蘇-57項目的發展也起到了極大的推動作用。具體影響包括:

1. 發動機具有更大的推力、更低的油耗和更長的壽命

最初蘇-57的原型機都安裝帶有矢量推力的所謂4++代AL-41F1,該發動機是蘇-35S批生產型的發動機的改進版。雖然改進後的發動機提高了推力、擁有複雜的自動化系統、全權限數字式控制系統、新的渦輪和改善的燃油性能,原則上可以滿足新軍用飛機的要求,且使飛機擁有不錯的機動能力,但推力的限制使蘇-57無法發揮更高的動力學特性。根據土星科研生產聯合體公布的數據「產品30」最大推力為107千牛,加力推力為176千牛,比AL-41F1提高了近20%,使飛機具有不開加力的超聲速巡航能力,並具有更好的燃油經濟性和更長的壽命,極大的改善了飛機的使用性能和作戰能力。

目前蘇-57配裝的是蘇-35S戰鬥機上AL-41F-1S發動機的改進型AL-41F1,發動機(含推力矢量噴管)的控制與蘇-35S一樣被集成到飛機綜合控制系統中,但該發動機仍限制了蘇-57性能的發揮。圖為蘇-57第11架機攜帶大型副油箱飛行。「產品30」發動機於2016年11月11日在土星科研生產聯合體完成首次試車。

2. 提高蘇-57戰鬥機的機動性

「產品30」具有軸對稱矢量推力系統,在滿足機動性的同時還滿足隱身要求。飛機可以在空中「跳舞」,能夠劇烈的改變方向和速度,使飛機可以避開敵方雷達控制的飛彈,有效地同各種飛機進行近距格鬥。作為對比,F-22配裝的F119-PW-100發動機使用的是二元矢量推力噴管,推力也比「產品30」低。俄羅斯媒體認為,只考慮機動性的條件下,蘇-57相對F-22是具有能力優勢。但考慮到F-22已在美空軍中服役十多年,而蘇-57剛剛完成首次配裝「產品30」發動機的試驗,其作戰能力還有待後續驗證。

蘇-35S配裝的AL-41F-1S渦扇發動機,已安裝推力矢量噴管。對蘇-35S也好,對蘇-57乃至其他各種先進戰鬥機也罷,人們依然更關注其機動飛行能力,但實際上,這些先進戰鬥機的系統集成運用及其能夠發揮出的戰鬥力,才是真正的「撒手鐧」。例如蘇-35S的「決鬥」系統、「颱風」和「陣風」的飛行員助手或電子副駕駛,F-22和F-35的輔助決策系統,以及機群級、全機級任務傳感器綜合協調運用,雷達/電子戰綜合協調運用,空戰中的網絡中心協同與制導等。這些能力很難從軍機的外觀觀察到,為大國提供了更多以對手難以探察的方式將對手置於風險之中、給對手製造各種「突襲」的可能性。

3. 幫助蘇-57全狀態機更早投入批生產

在前一段時間,俄羅斯國內軍用甚至民用航空領域的專家都曾經懷疑生產蘇-57的合理性,事實上,與批生產型蘇-35S相比,安裝AL-41F1的蘇-57隻是隱身性方面比較突出。「產品30」的研製使蘇-57同上一代戰鬥機相比具有在更大距離內執行作戰任務的能力,其首飛有效的打消了各方疑慮,為蘇-57進入批生產提供了有力的支撐,解決了空天軍需要真正的第五代戰鬥機的問題。日前,俄羅斯前空天軍總司令維克託·邦達列夫就透露,俄已籤署了第一階段飛機國家聯合試驗的預先合同,開始生產蘇-57的調整批次。

三、小結

「產品30」的研製和應用對俄羅斯空天軍裝備現代化和航空製造業發展具有雙重意義。

第一,在裝備現代化方面,「產品30」使蘇-57成為名副其實的第五代戰鬥機,徹底實現了不開加力超聲速巡航,提供了強大的機動能力,並且能夠提高隱身性能,為俄空天軍未來裝備發展和戰術應用提供了很大的選擇餘地。

第二,在航空製造業發展方面,「產品30」作為全新的產品,應用了大量新工藝新技術的應用,深入挖掘了研製生產企業的創新潛力,帶動了俄羅斯新一輪的航空科技儲備和製造能力提升,對未來俄羅斯航空製造業振興都具有極大促進作用。

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