热点 2020-04-13 15:04

俄罗斯第五代战斗机发动机“产品30”项目简析

远航 摘自 本站

“产品30”发动机空中试验(图中左侧发动机)

“产品30”发动机是带有加力燃烧室的新一代涡扇发动机,与之前发动机系列相比,其采用了新的开发部件和技术,性能有很大提升。

“产品30”发动机由留里卡设计局承担,与俄罗斯其他大型发动机制造公司合作开发,是苏-57战斗机(设计代号:I-21/T-50)的第二阶段发动机(其第一阶段发动机是由苏-35C战斗机发动机改进而来的AL-41F1--“产品171”),目前正处于第二试验阶段,已由苏霍伊设计局对其进行空中试验。

“产品30”发动机包括多项研发任务。同时,“产品30”发动机的研发被认为是一种极具挑战性的工作,因为其被认为要在一个有限的时间内实现超高参数引擎的开发,且财务成本将很高。所以有种观点认为,“如果俄罗斯在未来十年内没有达到如此高的水平,它将永远落后于世界领先制造商”。

“产品30”发动机与AL-41F1的不同之处在于其提高了燃料效率并降低了生命周期成本。据悉,新型发动机的开发费用达30亿卢布(约2.8亿人民币)

一、主要技术创新特征

  • 提升的红外和雷达隐身能力。该发动机采用等离子点火系统和推力矢量控制系统等,优化了进气口和喷口设计,其改进的喷嘴必须在提供煤油的同时保障等离子弧点火,这有助于避免由于燃烧室中的过量燃料而导致喷嘴喷火,从而提高战斗机的红外和雷达隐身能力。
  • 可变涵道比。可使发动机按照飞行员的指令适应任何飞行条件。
  • 推力大。推重比将达到10以上,即发动机推力是其自身重量的10倍以上(先进战斗机的发动机推重比一般都在10以上)。最大推力达到11000 千克力,加力推力达到18000千克力(AL-41F1的推力分别为9500和15000 千克力)。因此,即使最大起飞重量超过35吨,苏-57战斗机的飞机推重比也将大于1,在正常起飞重量下,此参数将达到1.15-1.2。
  •  油耗低。平均油耗与AL-31F发动机(第四代发动机,用于苏-27、苏-30和苏-35战斗机)相当,即在巡航模式下为每小时670克/千克力,但推力指标极大增加。
  • 使战斗机的速度操纵性提升。预计在不开加力状态下,配装“产品30”发动机的苏-57战斗机巡航速度可以达到M1.5。采用新研的电子数字控制系统,使发动机控制自动化;加上推力矢量控制,可显著改善所有模式下的操作性。

二、部分技术细节

  • 是带有加力燃烧室的新一代涡扇发动机。基本概念类似于AL-31和AL-41系列发动机,但所有部件均新开发,并采用现代技术,所有基本特性均得到显着提高。
  • 具有同类产品的典型架构。包括多级高压和低压压气机、燃烧室和多级涡轮机。涡轮后面是加力燃烧室和带有推力矢量控制的喷口。在发动机的外表面上分布各种必要的部件。压气机保障压缩进入的空气,提供高达20-23 千克/秒的空气流量。燃烧室配有直接安装在喷嘴上的等离子点火系统。这些部件保障在燃料进入燃烧室后立即点燃,确保最佳燃烧模式,避免喷火。
  • 涡轮前气体温度范围为1950-2100°K(AL-31F不超过1700°K)。
  • 安装了具有推力矢量控制功能的新型喷口。喷口尺寸明显小于之前的产品且外形不同,喷口后缘由独立的叶片组成,能够形成不规则的形状。
  • 新研的电子数字控制系统,使发动机控制自动化。该系统可从许多不同的传感器获取数据,并监视所有发动机部件工作,从飞行员那里接收指令,综合当前参数和各种因素来自动完成监测任务,这简化了飞行员的工作,并简化了发动机在某些条件下的调节动作。

三、研制生产合作情况

  • 由留里卡设计局在Evgeny Marchukov的领导下,与俄罗斯其他大型发动机制造公司合作开发。
  • 礼炮公司(Salyut)开发了高压压缩机、燃烧室和“产品30”发动机带有推力矢量控制的喷嘴。
  • 该发动机将在俄罗斯乌法发动机制造生产联合体(PJSC ODK-UMPO)生产,目前其正在为苏-35C战斗机生产AL-41F1S或“产品117C”发动机。
  • 俄罗斯航空材料研究院(VIAM)、俄罗斯中央航空发动机研究院(CIAM)、俄罗斯国家航空技术研究所(NIAT)均参与了新发动机的量产开发和组织。每个机构都有必要的资金,科学和技术基础,训练有素的人员和计划,并进行了最详尽的考虑。

四、事件简要时间表

  • 2015年7月14日,俄罗斯联合发动机制造集团股份公司(UEC)表示,在为苏-57创立第二阶段发动机项目,发动机的技术设计已经形成,并且已开始生产验证发动机和气体发生器。
  •  2016年11月11日,由留里卡设计局开发的首台“产品30”发动机进行了测试,并被认为是成功的,但有关测试的详细信息并未公开。
  • 2017年,按计划要进行“产品30”的技术验证机机上测试,并计划在2018年开始新发动机原型测试。2017年12月5日,“产品30”在苏-57战斗机上进行了首次试飞。从2023年至2025年,“产品30”将将投产并开始在T-50上安装(苏-57则要到2027年才能投入批量生产)。
  • 据2020年3月20日消息,苏霍伊设计局正在对“产品30”进行第二阶段试验的空中试验。

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