АЛ-31Ф

АЛ-31Ф — это двухконтурный турбореактивный двигатель с форсажной камерой, разработанный в СССР и России для истребителей семейства Су-27 и их модификаций. Двигатель создан в ОКБ-117 (ныне — ПАО «ОДК-Сатурн», входит в Объединённую двигателестроительную корпорацию, ОДК) под руководством главного конструктора А. М. Люльки, а затем — В. А. Скибина. Серийное производство начато в 1985 году на Московском машиностроительном заводе «Сатурн» (ныне — ПАО «ОДК-Сатурн»). АЛ-31Ф является одним из наиболее распространённых и технологически сложных авиационных двигателей четвёртого поколения, обеспечивающих сверхзвуковые скорости, высокую манёвренность и боевую эффективность тяжёлых истребителей.

История создания

Разработка двигателя для перспективного фронтового истребителя (будущего Су-27) началась в конце 1960-х годов. В 1968 году вышло постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР о создании нового поколения авиационных двигателей. ОКБ-117 (главный конструктор А. М. Люлька) получило задание на проектирование двигателя с тягой на форсаже порядка 12 500 кгс. Первоначально двигатель имел обозначение АЛ-21Ф (по имени создателя — Архипа Михайловича Люльки), но в процессе доводки получил индекс АЛ-31Ф.

Первый запуск опытного образца состоялся в 1974 году. Испытания выявили ряд проблем, связанных с устойчивостью работы компрессора, температурным режимом турбины и ресурсом деталей. В 1976 году, после смерти А. М. Люльки, руководство проектом перешло к В. А. Скибину. В 1977 году начались лётные испытания двигателя на летающей лаборатории Ту-16ЛЛ, а затем — на опытных экземплярах Су-27 (Т-10). Доводка двигателя затянулась до середины 1980-х годов из-за необходимости обеспечить требуемую надёжность и ресурс. В 1985 году двигатель был официально принят на вооружение и запущен в серийное производство.

Конструкция и принцип работы

АЛ-31Ф выполнен по двухвальной схеме с раздельными роторами низкого и высокого давления. Основные конструктивные элементы:

• Входное устройство — нерегулируемое, с осевым входом воздуха.
• Компрессор низкого давления (КНД) — 4-ступенчатый осевой, с регулируемыми направляющими аппаратами первых двух ступеней.
• Компрессор высокого давления (КВД) — 9-ступенчатый осевой, с регулируемыми направляющими аппаратами первых трёх ступеней.
• Камера сгорания — кольцевая, с 24 форсунками и двумя запальными свечами.
• Турбина высокого давления (ТВД) — одноступенчатая, с охлаждаемыми лопатками.
• Турбина низкого давления (ТНД) — одноступенчатая, с охлаждаемыми лопатками.
• Форсажная камера — с газодинамическим стабилизатором пламени и системой подачи топлива.
• Реактивное сопло — всережимное, эжекторное, с регулируемым критическим сечением и выходным сечением (сопло Лаваля).

Двигатель оснащён электронно-гидромеханической системой автоматического управления (САУ-31Ф), которая обеспечивает регулирование подачи топлива, перепуск воздуха, управление геометрией проточной части и форсажным режимом. Система управления дублирована: электронный блок (цифровой регулятор) и гидромеханический блок (аварийный режим).

Основные технические характеристики

Модификации

На базе АЛ-31Ф разработано множество модификаций для различных типов самолётов и задач:

• АЛ-31Ф (базовый) — для Су-27 всех модификаций (Су-27С, Су-27П, Су-27УБ и др.).
• АЛ-31ФП — с отклоняемым вектором тяги (ОВТ) в одной плоскости (на ±15°). Устанавливается на Су-30СМ, Су-30МКИ (Индия), Су-30МКМ (Малайзия). ОВТ реализован за счёт поворотного сопла, управляемого гидроприводом.
• АЛ-31Ф-М1 — модернизированная версия с повышенной тягой (до 13 500 кгс на форсаже) и увеличенным ресурсом. Устанавливается на Су-27СМ, Су-30М2, Су-35С.
• АЛ-31Ф-М2 — дальнейшая модернизация с тягой до 14 000 кгс, с цифровой системой управления (FADEC). Применяется на Су-35С.
• АЛ-31ФН — вариант для китайского истребителя Chengdu J-10 (поставлялся в Китай в 1990-х годах).
• АЛ-31ФН-Сер.3 — модификация для китайского истребителя J-10B.
• АЛ-31СТ — газотурбинный привод (наземный) для газоперекачивающих агрегатов.
• АЛ-31ФМ — вариант для истребителя Су-57 (на этапе прототипов, впоследствии заменён на «Изделие 30»).

Применение

АЛ-31Ф и его модификации устанавливаются на следующие типы самолётов:

• Су-27 (все модификации: Су-27С, Су-27П, Су-27УБ, Су-27СК, Су-27СМ, Су-27СМ3 и др.)
• Су-30 (Су-30К, Су-30МК, Су-30МКИ, Су-30МКМ, Су-30СМ)
• Су-33 (палубный истребитель)
• Су-34 (фронтовой бомбардировщик)
• Су-35 (Су-35С)
• Су-57 (на этапе прототипов Т-50)
• Chengdu J-10 (Китай)
• Chengdu J-20 (на этапе прототипов)

Двигатели АЛ-31Ф также эксплуатируются в составе силовых установок ряда экспериментальных и модернизированных самолётов.

Эксплуатация и надёжность

АЛ-31Ф зарекомендовал себя как надёжный и живучий двигатель. В процессе эксплуатации выявлены следующие особенности:

• Высокая устойчивость к помпажу и срыву потока на больших углах атаки, что критично для сверхманёвренных истребителей.
• Возможность работы на форсаже до 15 минут без перегрева (на некоторых режимах).
• Необходимость строгого соблюдения регламента технического обслуживания, особенно в части замены лопаток турбин и форсажной камеры.
• Ресурс первоначально составлял около 1000 часов, но в ходе модернизаций увеличен до 2000–3000 часов (в зависимости от модификации).

Отмечены случаи отказов и аварий, связанных с разрушением лопаток компрессора или турбины, а также с неисправностями системы управления. В целом, статистика отказов соответствует средним показателям для двигателей четвёртого поколения.

Сравнение с аналогами

АЛ-31Ф является прямым конкурентом американских двигателей Pratt & Whitney F100 (для F-15 и F-16) и General Electric F110. Сравнение основных параметров:

АЛ-31Ф уступает западным аналогам по ресурсу и массе, но превосходит их по удельной тяге и устойчивости к помпажу на больших углах атаки. Наличие модификации с ОВТ (АЛ-31ФП) даёт российским истребителям преимущество в манёвренности.

Модернизации и перспективы

В 2010-х годах на базе АЛ-31Ф разработан двигатель «Изделие 117С» (АЛ-41Ф-1С) для истребителя Су-35С. Этот двигатель представляет собой глубокую модернизацию с форсажной тягой 14 500 кгс, цифровой системой управления и увеличенным ресурсом. В перспективе, для Су-57 создан двигатель «Изделие 30» (АЛ-41Ф-1) с ещё более высокими характеристиками. Тем не менее, АЛ-31Ф продолжает оставаться основным двигателем для парка истребителей Су-27/30/34/35 в России и за рубежом.

Источники

• «Авиационные двигатели. Конструкция и эксплуатация» под ред. В. И. Баева, М.: Машиностроение, 1995.
• «Двигатели АЛ-31Ф: история, конструкция, модернизация» — журнал «Двигатель», № 3, 2008.
• «Самолёты Су-27. История и конструкция» — В. И. Барковский, М.: Авиамир, 2005.
• Официальные данные ПАО «ОДК-Сатурн» (публикации и технические бюллетени).
• Материалы авиационных выставок (МАКС, Ле Бурже).