Михаил Туленков,
старший научный сотрудник 13 НИИ МО
кандидат технических наук
В середине 70-х годов конструкторское бюро, возглавляемое академиком Архипом Михайловичем Люлькой, получило задание на разработку двухконтурного турбореактивного двигателя с форсажем (ДТРДФ) четвертого поколения для перспективного двухдвигательного истребителя с взлетной массой 25 000 кг. К этому моменту КБ имело за своими плечами три знаменательные вехи, отечественного двигателестроения:

  • первый отечественный турбореактивный двигатель TP-1,
  • двигатель АЛ-7Ф, успешно применявшийся на самолетах Су-7Б; Су-9, Ту-128 и на крылатых ракетах Х-20,
  • двигатель АЛ-21Ф-3, успешно эксплуатирующийся на самолетах типа Су-17М, МИГ-23Б, Су-24М

С 1984 года работу коллектива возглавляет генеральный конструктор, академик Виктор Михайлович Чепкин.

Двигатель для истребителя Су-27 получил наименование АЛ-31Ф. Двухконтурный, выполненный по двухвальной схеме, он состоит из четырехступенчатого вентилятора и девятиступенчатого компрессора, одноступенчатых турбин высокого и низкого давлений, кольцевой основной и укороченной форсажной камер сгорания и сверхзвукового всережимного регулируемого сопла. Электронная система автоматического управления (САУ) двигателем включается в работу на основных режимах его работы и в случае ее отказа происходит переход на управление от дублирующей гидромеханической системы.
Программа управления двигателем для различных высот, скоростей и режимов работы построена таким образом, чтобы максимально использовать заложенные конструкторами возможности по обеспечению высоких удельных параметров, газодинамической устойчивости, достаточной для применения бортового оружия и выполнения уникальных фигур высшего пилотажа самолетом Су-27.
Для сравнения с АЛ-31Ф в таблице приведены основные характеристики одного из лучших на сегодняшний день и близкого по назначению и классу ДТРДФ F100-PW-100 фирмы Pratt & Whittney.
Модульная схема АЛ-31Ф вместе с оригинальными конструкторскими решениями обеспечивает простоту эксплуатации двигателя и замену многих поврежденных элементов в условиях аэродрома, в том числе и лопаток компрессора высокого давления.
К началу 80-х годов в отечественных научных кругах определились взгляды на двигатель пятого поколения для самолетов военного назначения. Наряду с традиционными требованиями повышения температуры, давления, КПД, увеличения ресурса, улучшения технологичности и прочих, появились и новые. Например, по инфракрасной заметности и возможности управления вектором тяги двигателя. В середине этого десятилетия несколько КБ получили технические задания на разработку и создание авиадвигателей нового поколения.
Для перспективного двигателя АЛ-41Ф первоначально предусматривалось плоское регулируемое сопло в качестве основного варианта и осесимметричное поворотное — в качестве резервного. Работы над плоским соплом велись в смежном для АО «А.Люлька-Сатурн» конструкторском бюро, а над осесимметричным — в головном КБ. При этом руководством АО «А.Люлька-Сатурн» было принято решение об опережающей разработке осесимметричного сужающегося поворотного сопла для двигателя АЛ-31Ф с целью выявления преимуществ, недостатков и возможных технических трудностей с которыми предстоит столкнуться конструкторам при разработке всережимного сопла перспективного двигателя. Экспериментальный образец поворотного осесимметричного сужающегося сопла был изготовлен в 1987 году и прошел на стенде длительные испытания для различных режимов работы двигателя.
Следующим этапом было создание в 1988 году совместно с «ОКБ Сухого» летающей лаборатории на базе самолета Су-27, где устанавливался один двигатель АЛ-31Ф с поворотным осесимметричным сужающимся соплом. Сопло на экспериментальном двигателе отклонялось в полете на фиксированные углы (embed Equation.2 5о, embed Equation.2 10о, embed Equation.2 15о). В ходе испытательных полетов были подтверждены расчетные преимущества в маневренности самолета с изменяемым вектором тяги (например, область двух режимов полета ограничивалась значительно меньшими скоростями).
сопла двигателей АЛ-31ФП на су-37В начале 90-х в стране успешно завершилась «перестройка» народного хозяйства. Централизованное финансирование разработок двигателей пятого поколения прекратилось. Только благодаря мировому успеху самолета Су-27 и заключенным в связи с этим выгодными контрактами у «ОКБ Сухого» нашлись средства на завершение работ по всережимному осесимметричному поворотному соплу. Экспериментальные двигатели прошли испытания на стендах АО «А.Люлька-Сатурн» и получили наименование АЛ-31ФП.
Новая модификация АЛ-31Ф создавалась, конечно, не ради чистого удовлетворения конструкторских амбиций. В прицеле работ находился новый сверхманевренный истребитель Су-37, летные испытания которого начались в апреле 1996 года. Пока на опытном образце, для ускорения общего хода испытаний, гидроцилиндры управления поворотной частью сопла запитываются от гидросистемы самолета. Но уже сейчас на АО «А.Люлька-Сатурн» идет сборка первой партии сопел для АЛ-31ФП привод которых замкнут на топливную автоматику двигателя.
Темп работ по доводке поворотного всережимного сопла к серийному изготовлению высок как никогда. Объясняется это, конечно, заключенным с Индией контрактом на поставку 40 самолетов Су-30МК. Их поставка должна осуществляться в несколько этапов. В первой партии на самолетах будут установлены двигатели АЛ-31Ф серийного производства. Серийное изготовление двигателей будет осуществляться на АО «Уфимское моторостроительное производственное объединение» на основании лицензионного соглашения с АО «А.Люлька-Сатурн». На следующем этапе двигатели будут иметь ряд конструктивных отличий, направленных на максимальную унификацию по узлам и агрегатам с АЛ-31ФП, с целью обеспечения возможности их последующей доработки в части установки поворотного сопла. На заключительном этапе самолеты изначально поставляются с двигателями АЛ-31ФП.
По своим характеристикам двигатель АЛ-31ФП близок к прототипу, однако наличие поворотной части сопла увеличивает его массу примерно на 110 кг и длину на 0,4 м. Значительный ресурс АЛ-31ФП до первого ремонта, который, согласно условиям контракта, будет установлен в 1000 часов, был достигнут благодаря проведенным существенным доработкам горячей части турбокомпрессора на более ранних сериях АЛ-31Ф. К главным конструктивным отличиям последних серий АЛ-31Ф можно отнести:

  • точеную жаровую трубу основной камеры сгорания со сварными топливными коллекторами;
  • усиленный диск турбины высокого давления (ТВД);
  • новые рабочие лопатки ТВД со специальным покрытием;
  • усовершенствованный узел задней опоры ТВД.

Несмотря на положительные результаты ресурсных испытаний, конструкторы предполагают, что основные трудности при большой наработке будут возникать из-за различий в химическом составе российских и индийских авиационных топлив. Последние больше склонны к коксованию и содержат высокий процент агрессивных компонентов, отрицательно сказывающихся на качестве резиновых уплотнений. Поэтому сейчас рассматривается вопрос о замене уплотнений на менее морозостойкие, но более устойчивые к агрессивным средам и высоким температурам.
В заключении необходимо отметить, что сверхманевренность современных истребителей в воздушном бою эффективна только тогда, когда летчик может удержать самолет на больших углах атаки и скольжения в течении нескольких секунд для выполнения нормального захвата цели и пуска ракеты. При малых скоростях полета этого можно добиться изменением вектора тяги двигателя. Некоторое скептическое отношение ряда ведущих западных специалистов к сверхманевренности наших новых истребителей скорее носит характер недобросовестной конкуренции и связана с банальным отставанием в этом вопросе. Так, по некоторым данным, фирма Pratt & Whittney совместно с «МсDonnell Douglas» и ВВС США с конца 80-х годов проводят серьезные научные исследования и опытные разработки по программе АКТИВ, которая предусматривает установку на самолет F-15 модификацию двигателя F-100 с поворотным осесимметричным соплом.