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苏-57换装强劲心脏首飞 凭借它可抗衡F-22?
苏-57换装强劲心脏首飞 凭借它可抗衡F-22?

12月5日,俄罗斯人期待已久的“产品30”发动机终于装上苏-57战斗机开始试飞。这架飞机是苏-57的第二架原型机T-50-2,垂尾上已经涂上了“ЛЛ”(LL)字样,是俄语“飞行实验室”的缩写。在俄罗斯,军机编号后的LL后缀往往代表该机已经被正式作为发动机测试平台使用,所以T-50-2的编号可能已经被改成苏-57LL。

土星科研生产联合体研制的“产品30”发动机将是生产型苏-57的标准配备,目前苏霍伊已经制造并试飞了9架T-50试飞原型机,但都安装土星研制的“产品117”发动机。

“产品30”发动机装上苏-57试飞

“产品117”发动机只是一种过渡发动机,是为苏-35研制的AL-41F1S加力涡扇发动机(产品117S)的增推改型,正式编号AL-41F1。虽然“产品117”号称AL-41,却与曾安装在米格1.44验证机上的AL-41F截然不同,属于苏-27/苏-30使用的AL-31F的重大升级型,单台发动机的额定加力推力14.9吨,最大军推8.8吨。

而米格1.44使用的真正AL-41F具有全新的核心机,最大加力推力17.7吨,并针对长时间超音速巡航进行了优化,在尺寸上大于“产品117”。

尾喷管细窥

土星在AL-41F的研制中采用了包括粉末冶金在内的多项新技术,发动机大量采用复合材料和新型合金等先进材料。留里卡的工程师们在降低发动机的红外和雷达特征上复出了巨大努力,最终AL-41与苏-27战斗机使用的留里卡AL-31加力涡扇发动机相比,在几乎每个方面都有了很大提高。例如涡轮温度上升12%,推重比从AL-31的8提高到了11,另一个重要指标——推力/迎风面积比也得到了改善。AL-41F的零件数量更少,单晶叶片高压涡轮采用全新叶片冷却概念。此外,留里卡-土星科研生产联合体还必须满足一个关键指标:发动机运行成本降低约25%。

但随着苏联在1991年底的解体,AL-41F发动机也最终随着米格1.44项目的终结而夭折,仅制造出几十台原型发动机,并安装在图-16LL发动机测试平台和一架米格-25PD上进行了飞行测试。除了米格1.44外,苏霍伊的苏-47“金雕”验证机也计划安装这种发动机,但最后没有实现。

2002年,苏霍伊公司在“未来战术空军战斗复合体”(PAK FA)项目的竞标中获胜,使俄罗斯重启下一代战斗机的研制。但苏霍伊公司设计的苏-57战斗机是一种与米格1.44和苏-47截然不同的隐身发动机,继承了苏-27战斗机的升力体设计,在进气系统和发动机设计上也与前者大同小异。紧凑的设计意味着该机发动机舱无法塞下庞大的AL-41F发动机。

于是俄罗斯人决定采用两条腿走路的办法,在T-50原型机和早期生产型上先使用AL-31F发动机的重大改进型“产品117”发动机,然后在后续生产型上再安装全新研制的“产品30”发动机。

使用“产品117”发动机能带来两个优点,一是用这种发动机完成过渡,不耽误苏-57的研发试飞和装备,二是借鉴苏-35S在“产品117S”发动机上的使用经验,加快研制进度。事实上,苏-57可被视为隐身化的苏-35S,两者在航电架构和动力系统的设计上高度通用。

AL-31FN

“产品117”与AL-31相比更换了新的风扇、高低压涡轮,数字控制系统,以及在苏-30MKI上验证成熟的推力矢量喷管。其最大加力推力比Al-31F增加了16%,寿命比Al-31F大幅提高了2~2.7倍,如第一次大修时间提高到1500小时,此后的大修间隔时间也从500小时提高到1000小时,依据使用条件能达到1500~4000小时的设计寿命,这对俄制发动机来说也是重大飞跃。

但是对于苏-57来说,“产品117”的发动机推力尤其是非加力推力还是过低,与F-22普惠F119发动机的加力推力15.8吨,军用推力10.6吨相去甚远,影响了该机超音速机动能力尤其是超巡能力发挥。

超音速巡航是第四代隐身战斗机的一个重要能力,F-22能做1.5-1.6马赫的超音速巡航。超音速巡航因无需开加力所以能降低油耗,大幅提高战场滞留时间,其次还能降低对隐身不利的红外辐射。拥有超音速巡航能力的战斗机具有更大的机动空间,能自主决定空战发生的地点、相对敌机的位置,脱离战斗的时机。在超音速状态下发射空空导弹还能显著增大导弹的初始动能,提高射程。

虽然苏霍伊表示苏-57的最大超音速巡航速度1450公里/小时,但这个数值应该是更换“产品30”发动机之后的估算数值。因为据俄媒报道,安装“产品117S”发动机的苏-35S在干净气动外形下仅能进行“弱”超音速巡航,也就是略微超过1马赫的无加力超音速飞行。

所以生产型苏-57更换推力更大的“产品30”发动机势在必行。目前这种发动机处于严格保密状态中,相关信息很少。一般认为,“产品30”代表着俄罗斯在战斗机发动机设计领域的一大进步,其设计军用推力11吨,加力推力17.9吨,达到甚至超过F119的水平。

苏-57

这种发动机的亚音速和超音速油耗都低于苏-57现有的“产品117”,而后者的油耗表现与AL-31F相比有已经有了进步。产品-30发动机具有3级低压和7级高压压气机,与4级和9级的产品117相比更轻,更易于维护,更少的运动部件也意味更少的维护时间。此外,产品30的核心机采用了特殊材料制造,其高压压气机使用高性能钛铝合金而不是传统高温镍钢合金制造,燃烧室和涡轮采用CMC陶瓷基复合材料和钛铝合金制造。除了使发动机更轻之外,这些先进材料还增加了涡轮进口温度,有助于发动机长时间维持大推力输出状态,同时也使发动机更高效。

此前,疑似“产品30”发动机锯齿状尾喷口曝光

据传,产品30的第一级和第二级压缩机风扇具有雷达吸波结构,避免了在进气道中增加雷达屏障。“产品30”发动机的锯齿矢量喷管仍沿用“留里卡-土星”惯用的二维偏转结构,也就是通过一个关节套筒使整个轴对称尾喷管做上下偏转。

因此“产品30”对苏-57的重要性不言而喻,这种新发动机在结合了苏-57的第二阶段加强结构后,将使该机成为一种能真正与F-22抗衡的第五代隐身战斗机,并提高该机的后半球隐身性能。

作者:阿姆斯壮

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