俄制第五代航空发动机“产品30”技术性能及研发前景
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俄制第五代航空发动机“产品30”技术性能及研发前景
远望智库技术预警中心 郑实新
据俄罗斯“军事观察”网站3月18日消息，目前俄罗斯正在持续推动有关苏-57歼击机的批量生产工作。与原型机一样，俄将为批量生产的苏-57组装两个型号的发动机。据悉，首批苏-57将装配现有的AL-41F1发动机（又名“第一阶段发动机”），而后续生产的苏-57发动机将由全新的“产品30”所取代。自2017年年底以来，“产品30”未来涡轮喷气发动机一直在进行飞行试验，预计今后将用于苏-57战机的批量生产中。
在装配车间的“产品30”（假想图）
“产品30”（全称为“带加力燃烧室的双路涡轮喷气式发动机”）或“第二阶段发动机”是俄罗斯“PAK FA（前线航空兵未来航空综合体）/T-50/苏-57”计划背景下的主要研究项目之一，由俄罗斯联合发动机制造集团下属“土星”科学生产联合体承研，多家企业合作参研。该发动机不是对俄现有发动机的深度改进，而是首次为军用飞机从零开始研制的全新航空发动机，其在俄航空工业发展进程中占有重要地位。因此，该项目成为整个计划中最保密的部分之一。但近日，俄“土星”科学生产联合体的设计人员及俄国防部和其他机构官员均向外界披露了该发动机的部分数据，并草拟了一幅示意图。根据“土星”科学生产联合体公布的数据，“产品30”最大推力为11000kgf，加力推力为18000kgf，比AL-41F1发动机提高了近20%。
苏-57歼击机属于“有条件的”第五代战机，即对战机提出一系列性能要求，其中包括在不使用加力燃烧室的情况下确保超音速巡航。俄现有的各型发动机均不具备这种性能，因此需要全新的动力系统作为支撑。在这种情况下，为苏-57设计的“产品30”发动机让其成为了“名副其实”的第五代战机。
根据已知的数据，“产品30”是带有加力燃烧室的双回路涡轮喷气式发动机。在基本构造层面，它与俄老式的AL-31和AL-41系列发动机有相似之处，但其所有部件都经过了重新设计，并进行了现代化改进。这样一来，“产品30”的所有主要性能均显著提升。
该发动机具有多级的高低压压气机、燃烧室和多级涡轮。涡轮背面有1个加力燃烧室和1个推力矢量控制喷嘴。在发动机外表面分布着各种用途的组件。
压气机的空气压缩比为6.7，可确保空气流量达到20~23kg/s。燃烧室装有等离子点火系统，其直接安装在喷嘴上。该装置可确保燃料在进入燃烧室后立即点火，从而保持了最佳燃烧状态，同时也排除了所谓的“喷火”（不正常地燃烧堆积在发动机中的燃料）。涡轮前气体温度在1950~2100°K之间。而在AL-31F系列发动机上，该指标不超过1700°K。
“产品30”配有推力矢量控制功能的新喷嘴。该装置没有以前使用的喷嘴那么明显，具有不同的外形。其中，由独立调节片构成的喷嘴后边缘呈不均匀形状。
确保发动机新性能的另外一个重要设计特点就是改变了涵道比。该项目还通过设计最佳的进气道和喷嘴结构解决了雷达和红外探测系统对发动机和飞机的跟踪问题。
同时，还为“产品30”研制了专属的电子-数字控制系统。它可接收来自许多不同传感器的数据，并监测发动机所有部件的性能。在接收来自飞行员的指令时，控制系统会结合当前参数和各种因素来执行。发动机控制自动化简化了飞行员的工作，也方便了动力装置的调整，使其能在各种条件下工作。
如上所述，“产品30”发动机的最大推力达到11000kgf，加力达到18000kgf。相比而言，AL-41F1发动机的推力分别为9500kgf和15000kgf。这样，苏-57即使在最大起飞质量超过35吨的情况下，其推重比也会大于1。在正常起飞重量下，这个参数将达到1.15-1.2。
“产品30”暂时仍处于空中试机阶段，并在T-50/苏-57试验机上进行测试。截至目前，已经制造了大约20个试验发动机，用于地面和空中的检验。发动机的飞行试验已经持续了1年多，也许还需要更长时间。在2018年年初，有消息称整个飞行试验周期可能还需要3年时间。
根据目前的计划，未来几年俄罗斯空天力量将获得首批苏-57系列战斗机。首批苏-57将装备所谓的“第一阶段发动机”AL-41F1。2020年，将履行第二批苏-57的供货合同。而第二批的部分战机将会装备“产品30”发动机。该发动机的批量生产任务将交由联合发动机制造集团旗下的“乌法发动机制造生产联合体”。至20 25年，新型“产品30”发动机将成为所有苏-57系列战机的标准发动机。
对“产品30”进行调试的同时，正在研制发动机的新组件。目前，正在设计一种能够降低飞机在不同光谱下能见度的平面喷嘴。新的喷嘴尚处于早期研发阶段，在对苏-57进行未来升级时是否会被应用还不得而知。
现阶段，俄发动机制造商的主要任务是在PAK FA计划框架内对“产品30”进行微调，然后将其投入生产，并把其推广到苏-57歼击机的批量生产中。从目前看来，发动机配置基本符合批量生产的要求，因此安装新喷嘴等关键性改动还未提上议事日程。
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