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俄羅斯第五代戰機的心臟
AL-41F發動機
By LUZE
AL-41F的噴嘴內側有陶瓷套筒，能減少傳到金屬外圍的熱，增加熱匿蹤性能 1.44裝備兩具留里卡-土星公司(Lyul'ka-Saturn)的AL-41F渦輪扇向量推力發動機，最大靜推力約15000kg，最大後燃推力約20000kg(196千牛頓)，推重比11.1。是目前全球推力最大、推重比最高的戰機用發動機。其渦輪進口溫度1800K到1900K(K是絕對溫度單位)，是其關鍵技術，也是長期遭遇的瓶頸。其構造、維修更簡單，操作成本較舊型發動機減少約25%；發動機全權數位管理系統與飛控系統連線，外加機械備分；壓縮機的級數更少，總壓比更高。重量約與AL-31F相當(多約300kg)。噪音也減低。AL-41F裝有圓形截面的軸對偁三維向量噴嘴，能上下15度，左右8度偏轉；第一次大修間隔1000小時，噴嘴制動部份壽命250小時，目前正要被提升至500小時。此外還盡可能減低雷達及紅外線特徵。 AL-41係留里卡設計局於1986年正式受命研製以用於MFI的，全程由切普金(Victor Mikhailovich Chepkin)任總設計師。技術要求包括增加推力減少油耗，使MFI能進行長時間超音速巡航；簡化結構，簡化後勤需求，使操作成本降低25%；減少雷達反射、紅外線訊號以及噪音，以符合匿蹤需求。為了簡化結構並增加推力，必須用新科技造出級數更低、構造更簡單、總壓比更高的壓縮機，以及耐熱性更好的渦輪葉片。AL-41F就用上了許多複合材料(碳-碳複材、硼-鋁複材等)、新型合金等，使其內部構造能有更好的氣動力性能、減少能量損失、增加受命等。比較明顯的例子是他的噴嘴內側有一圈陶瓷套桶，可增加噴嘴受命，並減低噴嘴溫度，降低被發現的可能。發動機大推力的關鍵之一在於渦輪前溫度，這一溫度越高，推力通常越大，要提高這一溫度，就要解決渦輪葉片在高熱下結構強度衰退的問題，AL-41F的高壓渦輪就使用有新的冷卻方式的單晶葉片，單晶葉片除了因為是一體成型而可以增加氣動效率外，因為整片只是一個晶體所以在高熱下強度較不會衰減。 為了配合MFI的匿蹤要求，留里卡一開始專注於發展扁平噴嘴型的AL-41，同時還研究軸對偁噴嘴做交互比對。1989年代號BLUE 08的SU-27UB實驗機左發動機換裝扁平噴嘴進行測試。實驗證實該型噴嘴提供預期般的靈活性，但會減少14%到17%的推力，總設計師切普金表示〝設計向量推力噴嘴時，必須儘可能讓氣流能平穩的流動，扁平噴嘴的問題在於從燃燒室的圓形截面出口到扁平噴嘴的距離太短，很難讓氣流平穩的度過這段區域。除非加長噴嘴，這樣一來會增加飛機尺寸及重量，而即使噴嘴盡可能加長了，氣流也不會如設想般的流動，它有自己的流動規則，因此推力仍然會損失，這個問題即使在理論上也無法解決.....美國的F-117使用了扁平噴嘴，推力因此減少了約15%，但他是完全以匿蹤考慮為主的攻擊機，因此不需要顧慮推重比大不大的問題〞。美國的F-119可能也有類似的問題，JSF用的F-119改型在增加旁通比及改用圓截面噴嘴後，最大推力就由156千牛升至181千牛。具切普金的說法，扁平噴嘴的另一缺點是重量問題，從上述SU-27UB實驗機噴嘴及S-32模型噴嘴可看出，留里卡設計的扁平噴嘴體積是很大的(為了讓氣流盡可能平順)，其複雜程度比傳統噴嘴大。切普金表示，扁平噴嘴的應力較為複雜，若要用金屬結構製造該型噴嘴，重量將比傳統噴嘴重約500kg，要解決這問題，目前可預見的方法為使用碳-碳複合材料作噴嘴，碳-碳複材在燃點之前熱性能良好，像目前一些火箭、飛彈的向量噴嘴就是以塗上陶瓷層的碳-碳複材製造的，但火箭發動機工作時間僅數十秒，而戰機發動機一次大修間格約1000小時，故要將碳-碳複材用在戰機噴嘴上，就必須確保在使用中不會燒起來，畢竟碳-碳複材的性質與煤礦是類似的...。基於推力等級以及重量、保證進度的考量，留里卡轉為以研發軸對偁噴嘴為主，扁平噴嘴型為輔。1991年，使用軸對偁噴嘴的AL-41F完成基本設計。同年，MFI計畫經費開始縮減，不久經費幾乎完全凍結，留里卡設計局便自籌資金繼續發展。1993年AL-41F裝置在一架Tu-16LL引擎測試平台的機腹上進行首次飛行測試，同年，裝備在代號BLUE 306的MiG-25PD的一側，開始總數超過30次的試飛，包括高空、超音速等高級項目。1997年27具發動機完成測試，1998年交由拉賓斯基(Rybinsk)發動機工廠建造預量產型。當時生產工作遇到不少難題，因為該工廠已經很久沒做軍用發動機，也沒有做向量推力發動機的經驗，為此留里卡的工程師還奔波了好一陣子。 使用扁平噴嘴的AL-41F雖然成為次要發展項目，但計畫仍持續進行，原型可能快要問世，最大推力約17000kg到18000kg之間。1993年蘇霍設計局公佈S-32的想像模型，就使用扁平噴嘴，從模型看，其噴嘴相當龐大，不像F-119那樣嬌小。從該模型大致可以推測扁平噴嘴型AL-41F的樣子。目前扁平噴嘴的工藝難關可能能已經克服，據〝國際航空〞雜誌報導，留里卡已經開始建造原型，且重量將比現有構型輕。 不同於MiG-29、SU-27自用自的發動機的情況，目前俄羅斯各種第五代戰機都選用AL-41F為動力，如已經試飛的1.44、S-37，以及構想中的米格I-2000、蘇霍S-54等都選用之，甚至根據蘇霍設計局的說法，SU-34/32FN的量產型也將選用之。
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