蘇俄第五代軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展與啟示

2016年珠海航展上，俄羅斯展出了第五代AL-41F-1S大推力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)模型。此前，俄羅斯空軍宣布PAK FA第五代戰(zhàn)機(jī)原型機(jī)T-50準(zhǔn)備換裝“產(chǎn)品”30渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)，以替換“產(chǎn)品”117發(fā)動(dòng)機(jī)，從而進(jìn)入到最后的定型試驗(yàn)階段。T-50裝備“產(chǎn)品”117發(fā)動(dòng)機(jī)試飛時(shí)曾經(jīng)發(fā)生多次事故，甚至有1架原型機(jī)因發(fā)動(dòng)機(jī)故障被幾乎燒毀。加之結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、彈艙設(shè)計(jì)等諸多因素，使得PAK FA雖然首飛比中國(guó)殲-20早，但是研制進(jìn)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于后者。凡此種種，不禁讓人感慨，昔日強(qiáng)大的俄羅斯航空工業(yè)竟然也患上了“心臟病”。

蘇聯(lián)第五代戰(zhàn)機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)的研發(fā)計(jì)劃起始于1981年。當(dāng)年，美國(guó)率先提出了下一代戰(zhàn)斗機(jī)研發(fā)計(jì)劃ATF，按照冷戰(zhàn)中主戰(zhàn)裝備針鋒相對(duì)的原則，蘇聯(lián)也在同一年啟動(dòng)“戰(zhàn)斗機(jī)”-90計(jì)劃。當(dāng)時(shí)，如日中天的米格設(shè)計(jì)局與后起之秀蘇霍伊設(shè)計(jì)局同臺(tái)競(jìng)技，最終前者的設(shè)計(jì)方案勝出，即后來被很多人以“出師未捷身先死”形容的米格1.42/1.44原型機(jī)。在戰(zhàn)斗機(jī)方案競(jìng)標(biāo)的同時(shí)，為其配套的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案也進(jìn)行激烈的較量，對(duì)陣雙方是大名鼎鼎的留里卡-土星設(shè)計(jì)局和莫斯科聯(lián)盟設(shè)計(jì)局。強(qiáng)者恒強(qiáng)，留里卡-土星設(shè)計(jì)局的AL-41F方案戰(zhàn)勝了莫斯科聯(lián)盟設(shè)計(jì)局的R179-300方案。米格1.44與AL-41F這一對(duì)不遜于YF-22/F119的強(qiáng)強(qiáng)組合就這樣走到了一起。

不過，與普惠公司全新研發(fā)F119發(fā)動(dòng)機(jī)做法不同的是，留里卡-土星設(shè)計(jì)局是在此前已經(jīng)非常成功的AL-31F發(fā)動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上研制AL-41F的。AL-31F大推力渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)堪稱蘇聯(lián)航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)最后的巔峰之作。很難想象，沒有這樣一款強(qiáng)悍發(fā)動(dòng)機(jī)的推動(dòng)，蘇-27戰(zhàn)斗機(jī)會(huì)擁有如此優(yōu)異的性能并發(fā)展出龐大的型號(hào)家族。不過，很少有人知道的是，AL-31F在歷時(shí)9年的研發(fā)中也像蘇-27戰(zhàn)斗機(jī)一樣經(jīng)歷了超重、減重、為了補(bǔ)償強(qiáng)度再增重、又減重的曲折歷程。該發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)性能幾度反復(fù)，進(jìn)度拖延，以至于蘇-27首架原型機(jī)T-10-1首飛時(shí)安裝的還是AL-21F-3渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)。而且，AL-31F研制中的很多數(shù)字也創(chuàng)下了蘇聯(lián)航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)的歷史記錄，比如總共制造了51臺(tái)試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)，總運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間高達(dá)22900小時(shí)。當(dāng)AL-31F發(fā)動(dòng)機(jī)于1985年順利通過蘇聯(lián)國(guó)家試驗(yàn)時(shí)，其出色的性能很快就征服了幾乎所有蘇-27系列戰(zhàn)機(jī)飛行員的心。

留里卡-土星設(shè)計(jì)局選擇在AL-31F的基礎(chǔ)上研制AL-41F，既可以有一定的設(shè)計(jì)傳承、減小技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，也可以節(jié)省一定的研發(fā)費(fèi)用、降低成本。按照當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，AL-41F要比AL-31F減重20%、推力增加30%、全壽命周期使用成本降低25%，同時(shí)配備有軸對(duì)稱矢量噴管。作為蘇聯(lián)空軍的重點(diǎn)項(xiàng)目，AL-41F的研制進(jìn)度推進(jìn)得很快，留里卡-土星設(shè)計(jì)局先后生產(chǎn)了26臺(tái)試驗(yàn)用發(fā)動(dòng)機(jī)，除了進(jìn)行數(shù)千小時(shí)的臺(tái)架試驗(yàn)，還在圖-16亞音速空中試車平臺(tái)上和米格-25超音速空中試車平臺(tái)上分別進(jìn)行了亞音速、超音速飛行試驗(yàn)。

然而，就在AL-41F安裝到米格1.44原型機(jī)上準(zhǔn)備進(jìn)行首飛的關(guān)鍵時(shí)刻，蘇聯(lián)在那個(gè)圣誕夜以一種悲愴而高效的方式宣布了自身的不復(fù)存在。獨(dú)立后的俄羅斯繼承了大部分蘇軍軍力，以及正在進(jìn)行的一大批先進(jìn)裝備研制計(jì)劃。這些在他國(guó)看來是讓人垂涎欲滴的財(cái)富，但是落到俄羅斯人頭上卻成了無法承擔(dān)的重負(fù)。于是，不僅大批軍力、裝備被裁減，包括米格1.44、T-95在內(nèi)的下一代武器研發(fā)計(jì)劃也紛紛下馬或暫停。米格1.44直到2000年俄羅斯第二位總統(tǒng)普京上臺(tái)后，才以兩次告別試飛的方式徹底結(jié)束了自己的使命。

蘇聯(lián)解體對(duì)于這個(gè)昔日帝國(guó)的方方面面的影響都是翻天覆地的，航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)亦不例外。蘇聯(lián)航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)同其他軍事工業(yè)一樣，遵循著計(jì)劃體制下基礎(chǔ)研究、型號(hào)研制和產(chǎn)品制造三個(gè)相對(duì)獨(dú)立體系由政府部門統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)的格局。但是，獨(dú)立后的俄羅斯首任總統(tǒng)葉利欽全面采取所謂“休克療法”，對(duì)其繼承的蘇聯(lián)工業(yè)體系實(shí)施私有化，其航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)因此遭受重創(chuàng)。從1991年到2000年，俄羅斯航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)因?yàn)閲?guó)家撥款和國(guó)內(nèi)訂貨急劇減少，只能依靠向中國(guó)、印度等國(guó)出口各型發(fā)動(dòng)機(jī)來勉強(qiáng)維持自身運(yùn)轉(zhuǎn)，不僅生產(chǎn)實(shí)力大幅下滑，基礎(chǔ)研究和型號(hào)研制等科研部門的人才流失也非常嚴(yán)重。2000年，奮發(fā)有為、精明強(qiáng)悍的普京登上總統(tǒng)之位后，決心重振俄羅斯國(guó)力，其中就對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)進(jìn)行了大刀闊斧的結(jié)構(gòu)重組。由此，俄羅斯航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)才真正開始恢復(fù)往日的雄風(fēng)。

俄羅斯研制第五代軍用航空發(fā)動(dòng)機(jī)是從1996年空軍提出的“戰(zhàn)斗機(jī)”-2000計(jì)劃開始起步的。當(dāng)時(shí)，新生的俄羅斯空軍雖然面對(duì)諸多困境，但是在美國(guó)推進(jìn)研發(fā)F-35的壓力下，決定依靠自己的力量研制一款與之類似的輕型多用途單發(fā)隱身戰(zhàn)斗機(jī)。為此，留里卡-土星設(shè)計(jì)局啟動(dòng)了代號(hào)為“產(chǎn)品”117的新型發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)計(jì)劃。不過，“戰(zhàn)斗機(jī)”-2000計(jì)劃很快就因?yàn)榉N種問題而下馬，“產(chǎn)品”117發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目也只進(jìn)行到圖紙?jiān)O(shè)計(jì)階段。1998年，俄羅斯空軍再次提出“21世紀(jì)戰(zhàn)斗機(jī)”計(jì)劃，研制一款任務(wù)定位類似于F/A-18E/F的中型多用途隱身戰(zhàn)斗機(jī)。此后，該計(jì)劃幾經(jīng)反復(fù)，最終在2001年確定為研制一款能夠與F-22相抗衡的重型多用途隱身戰(zhàn)斗機(jī)，這就是今天經(jīng)常登上各大媒體頭條的PAK FA第五代戰(zhàn)斗機(jī)，其原型機(jī)代號(hào)T-50，正式服役后型號(hào)可能為蘇-50。

PAK FA計(jì)劃確立后，其配套發(fā)動(dòng)機(jī)采用的還是留里卡-土星設(shè)計(jì)局的“產(chǎn)品”117。同當(dāng)初的AL-41F發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)模式類似，“產(chǎn)品”117也是在AL-31F基礎(chǔ)上進(jìn)行深度改進(jìn)設(shè)計(jì)而成，同時(shí)也采用了部分在AL-41F發(fā)動(dòng)機(jī)上經(jīng)過驗(yàn)證的新技術(shù)。按照俄羅斯空軍的規(guī)劃，“產(chǎn)品”117分為兩個(gè)型號(hào)，一是用于技術(shù)驗(yàn)證的117A，另一個(gè)就是為備受矚目的蘇-35戰(zhàn)機(jī)和T-50原型機(jī)配套的117S，其正式編號(hào)為AL-41F-1S。117S發(fā)動(dòng)機(jī)雖然性能相比AL-31F有了大幅提高，采用的也都是俄羅斯航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)的最尖端技術(shù)，但是其可靠性和穩(wěn)定性讓俄軍方感到很失望，在T-50和蘇-35試飛時(shí)發(fā)生了多起嚴(yán)重事故。因此，俄羅斯空軍決定，蘇-35戰(zhàn)機(jī)量產(chǎn)時(shí)雖然可以繼續(xù)裝備117S，但是PAK FA進(jìn)入到定型服役階段必須換裝新發(fā)動(dòng)機(jī)，這就是留里卡-土星公司和禮炮公司聯(lián)合研制的“產(chǎn)品”30發(fā)動(dòng)機(jī)。該型發(fā)動(dòng)機(jī)徹底擺脫了此前幾個(gè)型號(hào)均脫胎于AL-31F的設(shè)計(jì)理念，采用了全新的結(jié)構(gòu)布局以及最新的材料、工藝，在可靠性大幅提高的同時(shí)，性能相比“產(chǎn)品”117還有相當(dāng)程度的提高。如果不出意外，明年我們就可以看到裝備“產(chǎn)品”30發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行試飛的第二階段T-50原型機(jī)。

從1991年蘇聯(lián)解體至今的25年，俄羅斯第五代軍用發(fā)動(dòng)機(jī)的研制歷程從某種意義上看，幾乎就是俄航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)幾番波折起伏的縮影。而就在今年8月，中國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)集團(tuán)公司正式掛牌。可以說，對(duì)于剛剛從中航體系獨(dú)立出來的中航發(fā)，俄航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)的曲折經(jīng)歷實(shí)在有太多值得借鑒的有益啟示。目前，俄羅斯航空發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)已經(jīng)形成了規(guī)模較大的聯(lián)合發(fā)動(dòng)機(jī)制造集團(tuán)和規(guī)模較小的禮炮發(fā)動(dòng)機(jī)科研生產(chǎn)中心兩大集團(tuán)并立的局面。前者對(duì)原有的各個(gè)獨(dú)立分散的設(shè)計(jì)局和生產(chǎn)企業(yè)進(jìn)行全面深度的資源整合，在俄羅斯國(guó)內(nèi)外發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)上占有絕大部分的份額，是俄發(fā)動(dòng)機(jī)工業(yè)的絕對(duì)主力。后者雖然產(chǎn)業(yè)規(guī)模和市場(chǎng)份額較小，但是專注于AL-31F改進(jìn)型的研發(fā)，其代表性產(chǎn)品就是AL-31FN和AL-31FM1/M2/M3，中國(guó)空軍殲-10、殲-11、殲-15等戰(zhàn)機(jī)采用的都是該公司生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)。也正是通過與中方的技術(shù)交流，使得禮炮發(fā)動(dòng)機(jī)科研生產(chǎn)中心最終憑借過硬的實(shí)力，成為PAK FA發(fā)動(dòng)機(jī)的參與研制方。此外，在基礎(chǔ)研究方面，俄羅斯政府無論資金多么緊張，也要擠出預(yù)算維持中央航空發(fā)動(dòng)機(jī)研究院等機(jī)構(gòu)的運(yùn)作。今后，俄羅斯政府還計(jì)劃對(duì)所有航空基礎(chǔ)研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行資源整合，建立自己的“NASA”。

（編輯/一鳴）