ТРДДФ АЛ-31Ф, созданный в ОКБ имени А.М.Люльки — первый в России двухконтурный двигатель, соответствующий по параметрам в своем классе высшим мировым достижениям.
Это мощный и экономичный ТРДДФ модульной конструкции, состоит из 14 блоков. Двигатель имеет четырехступенчатый регулируемый компрессор низкого давления, девятиступенчатый компрессор высокого давления с регулируемой первой группой ступеней, одноступенчатые охлаждаемые турбины высокого и низкого давления с активным управлением радиальными зазорами, компактную кольцевую камеру сгорания, регулируемое сужающееся-расширяющееся сопло.
Основная особенность АЛ-31Ф — уникальные по механическим и эксплуатационным характеристикам лопатки турбины, изготовленные из жаропрочного сплава с монокристаллической структурой и имеющие эффективную систему охлаждения.
Напряженная термодинамика двигателя, высокие степень повышения давления и температура газов перед турбиной, компактная конструкция позволили получить высокую тягу при малой массе (двигатель дал выигрыш в массе самолета на целых 2 т) и небольших габаритах и обеспечить высокую тяговооруженность самолета.
АЛ-31Ф эксплуатируется в широком диапазоне высот и скоростей полета, устойчиво работает на режимах глубокого помпажа воздухозаборника на числах М=2 в условиях плоского, прямого и перевернутого штопора. Системы ликвидации помпажа, автоматического запуска в полете, встречного запуска основной и форсажной камер обеспечивают надежность силовой установки при применении бортового оружия.
Двигатель имеет большой ресурс. При ремонте двигателя в эксплуатационных условиях можно поменять шесть, а на авиаремонтных заводах — все 14 блоков. Ресурс двигателя поднят до ресурса самолета (Су-27).
Двухконтурный турбореактивный двигатель с форсажной камерой АЛ-31Ф имеет модульную конструкцию и состоит из 4-ступенчатого компрессора низкого давления с регулируемым входным направляющим аппаратом, промежуточного корпуса с центральной коробкой приводов, 9-ступенчатого компрессора высокого давления с регулируемой первой группой ступеней, наружного контура, кольцевой камеры сгорания, одноступенчатой охлаждаемой турбины высокого давления, одноступенчатой охлаждаемой турбины низкого давления, форсажной камеры и сверхзвукового реактивного сопла.
Система управления двигателем — гидроэлектронная с аналоговым электронным регулятором-ограничителем КРД-99, гидромеханическим насосом-регулятором НР-31 и регулятором сопла и форсажа РСФ-31.
Двигатель развивает стендовую тягу 12500 кгс на режиме «полный форсаж» и 7600 кгс — на режиме «максимал». На истребителе Су-27К возможно использование так называемого особого режима работы двигателя (ОР), на котором тяга кратковременно повышается до 12800–13000 кгс.
Удельный расход топлива на максимальном режиме работы 0.75 кг/(кгс*ч), на форсаже — 1.92 кг/(кгс*ч), минимальный крейсерский удельный расход топлива 0.67 кг/(кгс*ч). Высоконапорный двухкаскадный компрессор обеспечивает 23-кратное сжатие поступающего воздуха при его расходе через двигатель до 110 кг/с и степени двухконтурности около 0.59.
Температура газов перед турбиной достигает 1665 К. Габаритная длина двигателя 4950 мм, диаметр входа 905 мм, максимальный диаметр 1180 мм. Сухая масса двигателя 1530 кг, удельный вес двигателя 0.12. Ресурс двигателя до первого ремонта составляет 1000 ч, назначенный ресурс — 1500 ч.
Реактивное сопло двигателя — сужающееся-расширяющееся. Оно включает венец профилированных створок, подвешенных на шарнирах к заднему концу форсажной трубы и управляемых с помощью гидроцилиндров. К задней части этих створок шарнирно присоединяются сверхзвуковые створки, образующие расширяющуюся часть сопла.
Наружный контур сопла образован внешними створками, передние концы которых представляют собой гибкие элементы, входящие внутрь мотогондолы и всегда прижатые к внутренней поверхности ее обшивки силами упругости. При помощи гибких элементов на всех режимах работы двигателя обеспечивается плавное сопряжение наружного контура внешних створок с контуром мотогондолы.
Задние концы профилированных и внешних створок соединены между собой при помощи подвижных шарниров, между этими створками вблизи их задних концов имеется кольцевой зазор, через который вытекает воздух, продуваемый через двигательный отсек. Для обеспечения прохождения вектора тяги двигателя вблизи положения центра тяжести самолета ось реактивного сопла в вертикальной плоскости наклонена относительно оси двигателя на 5 град.
Задание режима работы силовой установки осуществляется рычагами управления двигателями (РУД), расположенными на левом пульте кабины летчика и связанными с рычагами насосов-регуляторов двигателей системой тяг и качалок. Запуск двух двигателей может производиться как последовательно, так и одновременно.
Раскрутка роторов двигателей при их запуске на земле обеспечивается газотурбинными стартерами-энергоузлами ГТДЭ-117, запуск которых, в свою очередь, осуществляется электростартером, напряжение к которому подводится либо от аэродромных источников питания, либо от автономных бортовых источников тока — аккумуляторных батарей. Запуск двигателей в воздухе происходит при вращении их роторов на режиме авторотации, под действием набегающего потока воздуха, при этом надежный запуск возможен практически во всем диапазоне скоростей полета самолета.

Технические данные	АЛ-31Ф
Тяга с форсажем, кгс	12500
Удельный расход топлива с форсажем, (кг/ч)/кгс	1.92
Удельный расход топлива без форсажа, (кг/ч)/кгс	0.75
Расход топлива в экономичном режиме, кг/Н-год	0.069
Расход топлива, кг/Н-год	3.96
Отношение тяги к массе	8
Температура газов перед турбиной, К	1600-1700
Степень повышения давления в компрессоре	23
Расход воздуха, кг/сек	110
Степень двухконтурности	0.571
Сухая масса, кг	1520
Длина, мм	4945
-Мксимальный диаметр, мм	1277
Диаметр входного направляющего аппарата, мм	910
Ресурс, год	300

Создание АЛ-31Ф.

История создания двигателя АЛ-31Ф самым тесным образом связана с разработкой и запуском в серийное производство истребителя четвертого поколения Су-27. Как известно, решение о начале проектирования тяжелого истребителя четвертого поколения было принято Комиссией по военно-промышленным вопросам при Совете Министров СССР в 1971 г. Уже 20 мая 1977 г. состоялся первый полет прототипа будущего истребителя - опытного самолета Т-10-1. До 1982 г. было построено девять опытных машин, которые оснащались двигателем предыдущего поколения АЛ-21Ф-3.

Качественно новый двигатель для истребителя нового поколения начал разрабатывать Московский машиностроительный завод "Сатурн" (сегодня - Научно-технический центр им. А. М. Люльки НПО "Сатурн"). На основе заключения ЦИАМ, который провел анализ трех возможных вариантов (АЛ-31Ф, Д-30Ф-9 и Р-59Ф-300) к установке на будущий истребитель Су-27 был рекомендован именно "сатурновский" мотор. По первоначальному плану двигатель должен был завершить государственные испытания в 1982 г., его серийное производство изначально предполагалось на уфимском моторостроительном заводе.

Процесс проектирования двигателя протекал непросто. Первоначально предполагалось, что для минимизации технических рисков двигатель будет проектироваться по традиционной схеме двухконтурного двигателя с общей форсажной камерой, которая уже была к тому моменту освоена на двигателе Д-30Ф-6. Эта компоновка предполагала также использование низконагруженных компрессоров и двухступенчатых турбин высокого и низкого давления (ТВД и ТНД). Собранный по этой схеме в 1974 г. первый АЛ-31Ф получился "рыхлый", длинный и тяжелый. Стендовые испытания показали, что при таком консервативном подходе заданные ВВС тактико-технические характеристики получены быть не могут. Тогда А. М. Люлька совместно с П.О. Сухим приняли рискованное и смелое решение о начале конструирования нового перспективного двигателя с одноступенчатыми ТВД и ТНД, и высоконагруженными компрессорами.

Любопытно, что аналогичное решение по радикальному перепроектированию было принято и в отношении самого самолета, поскольку первые варианты Т-10, как показало математическое моделирование, не обеспечивали превосходства над американским аналогом - истребителем F-15. Уже в 1975-1976 гг. были сформулированы первые идеи относительно возможного усовершенствования конструкции Су-27, а в 1979 г. МЗ им. П. О. Сухого начал полномасштабные работы по проектированию варианта Т-10С, который фактически представлял собой новый самолет, сохранивший от первоначального замысла лишь самые общие принципы. Компоновка этого самолета потребовала с целью уменьшения аэродинамического сопротивления переноса коробки приводов и всех агрегатов в верхнюю часть двигателя (эта компоновка получила обозначение "В").

Решение о перепроектировании самолета и двигателя было тем более рискованным, что американские проекты истребителей четвертого поколения F-15 и F-16 опережали по времени разработку советских машин Су-27 и МиГ-29. Существовали и серьезные технические риски. Практического опыта создания столь революционного двигателя не было, и при проектировании пришлось преодолевать целый ряд серьезных технических трудностей, среди которых особую проблему представляли аэродинамические характеристики компрессоров, надежность и характеристики камеры сгорания, работоспособность трансмиссии. Турбина высокого давления оставалась неработоспособной до 1984 г. Высокая новизна технических решений привела к тому, что двигатель никак не мог пройти "чистовые" испытания, которые представляют собой своего рода "генеральную репетицию" государственных испытаний. Мотор разрушался на отметке в 60-70 часов работы. Основная проблема заключалась в несовершенстве турбинной лопатки, и в сентябре 1984 г. генеральным конструктором "Люльки-Сатурн" В. М. Чепкиным было принято решение о перепроектировании этого важнейшего элемента двигателя - была внедрена лопатка турбины циклонно-вихревой схемы.

Все эти проблемы имели следствием отставание в проектировании мотора от разработки собственно самолета. Поэтому первые экземпляры Т-10 испытывались со старым двигателем АЛ-21Ф-3.

Тем не менее все работы велись в очень высоком темпе. Выпуск техдокументации происходил практически одновременно с подготовкой к производству на уфимском заводе. После ликвидации дефектов лопатки испытания пошли успешно, и, наконец, 6 августа 1985 г. был подписан Акт о приемке государственных испытаний двигателя АЛ-31Ф. В течение всего периода испытаний большую помощь ММЗ "Сатурн" (после смерти 1 июня 1984 г. А. М. Люльки это КБ получило название НПО "Сатурн" им. А.М Люльки, а с 1992 г. - ОАО "А. Люлька-Сатурн") оказывал уфимский завод, который, например, сыграл важную роль в производстве новой, чрезвычайно сложной в изготовлении лопатки.

Сразу после завершения госиспытаний вся техническая документация была передана с "Сатурна" на уфимский завод, который начал мелкосерийное производство двигателя. С этого момента "Люлька-Сатурн" сосредоточилась на увеличении ресурса двигателя, первоначально он составлял всего 100 часов, при этом минимальное требование ВВС находилось на отметке 300 часов. Заметим, что в настоящее время ресурс АЛ-31Ф доведен до 1 тыс. часов.

Другим важным направлением работы КБ стала отработка технологии управляемого вектора тяги, которая позже была использована при создании двигателя АЛ-31ФП. Наконец, третьим направлением, возникшим уже в 1990-е гг., стало создание по заказу ВВС НОАК двигателя АЛ-31ФН с нижним расположением коробки агрегатов.

Поскольку выпуск Су-27 решено было вести очень большой серией (более 100 истребителей в год), уфимский завод был не в состоянии удовлетворить потребности самолетостроительных предприятий. Поэтому было решено привлечь к тематике АЛ-31Ф также московский завод "Салют". На первом этапе "Салют" начал изготовление отдельных элементов двигателя, затем постепенно сложилась специализация, при которой уфимский завод производил в основном элементы холодной части двигателя, а "Салют" - горячей. При этом сборка машин велась на обоих предприятиях, но ведущим по тематике АЛ-31Ф оставался уфимский завод. Для организации производства в Москве уфимское предприятие передало на "Салют" полученную ранее с "Сатурна" техническую документацию.

Через модернизацию - к новым двигателям

Ситуация на рынке в настоящее время определяет две основные тенденции в создании авиационных двигателей:

• Поэтапная модернизация существующих двигателей и создание новых на базе имеющихся модулей и узлов. Данный путь позволяет существенно сократить сроки и стоимость разработки нового двигателя, а также снизить технический риск, сохраняя при этом преем ственность поколений. Путем совершенствования одного двигателя можно получить достаточно широкий ряд новых двигателей и обеспечить постепенный переход к новым поколениям, не прерывая цикла "проектирование - производство - продажа".
• Создание совершенно новых двигателей на базе накопленного научно-технического задела. Здесь, с одной стороны, важно правильно выбрать размерность и основные параметры двигателя, чтобы в дальнейшем на его основе иметь возможность создавать максимально широкий спектр двигателей. С другой стороны, универсальный двигатель (или газогенератор) по техническим характеристикам будет проигрывать двигателю, специально созданному для конкретного применения. Поэтому, учитывая высокую стоимость разработки нового двигателя, необходимо точно найти грань, на которой наиболее оптимально сочетаются весьма противоречивые требования к создаваемому ГТД.

Принимая во внимание ограниченные возможности государства по финансированию отрасли, на ФГУП "ММПП "Салют" разработана концепция модернизации выпускаемого серийно двигателя АЛ-31Ф. Эта концепция базируется на следующих основных положениях:

Этапы модернизации двигателя АЛ-31Ф

Первый этап

Тяга R ф =13300 кгс

Второй этап

Тяга R ф =14100 кгс

Третий этап

Тяга R ф =14600 кгс

1. Модернизация АЛ-31Ф имеет целью повышение тяговоэкономических характеристик, надежности и ресурса путем поэтапного внедрения в серийную конструкцию двигателя прогрессивных проектных и конструкторско-технологических решений. Основным тенденциям в развитии современной авиации (утяжеление летательных аппаратов (ЛА), увеличение дальности и высоты полета, манёвренности и вместе с тем снижение стоимости производства и эксплуатации) соответствует использование именно модернизированного двигателя, базирующегося на отработанной конструкции и обеспечивающего выполнение изложенных выше задач без прекращения использования существующего парка ЛА.
2. Реализация комплекса работ (разработка, доводка, серийная поставка, эксплуатация и ремонт) под единым руководством позволяет решать возникающие на каждом этапе проблемы в минимальные сроки. Объединение на предприятии под единым началом всех работ - перспективных разработок, доводки, производства, серийно го сопровождения, обслуживания и ремонта - делают ФГУП "ММПП "Салют" единственным и полностью ответственным за создание модернизированного двигателя. В связи с этим на предприятии в дополнение к ранее существовавшим технологическим службам, роль которых также возросла, было создано конструкторское бюро перспективных разработок (КБПР).
   В настоящее время КБПР укомплектовано квалифицированными специалистами и плодотворно работает. Оснащение рабочих мест современными средствами вычислительной техники, объединенными в единую информационную сеть, позволяет вести комплексное автоматизированное проектирование с помощью новейших методов моделирования и расчеты двигателя в целом, его отдельных узлов и деталей. Современные компьютерные технологии применяются для проведения тепловых и прочностных расчетов, расчетов газодинамики и горения, для трехмерного моделирования и подготовки конструкторской документации.
3. Проблема создания научно-технического и технологического заделов на одном предприятии, обладающем высокой технологической культурой и определенными финансовыми возможностями, может быть решена при значительно меньших затратах со стороны государства. Негативным примером в этом отношении может служить история создания одного из двигателей 5-го поколения, так и не доведенного в свое время из-за наличия указанных проблем.
   Современный двигатель - сложнейшая в конструктивном и технологическом отношениях техническая система. Конструкция двигателя, технологические процессы, обеспечивающие его работоспособность и высокую экономическую эффективность производства, должны соответствовать требованиям мирового уровня. Поэтому из современных технологий на "Салюте" выбирают те, которые наиболее рациональны с технической и экономической точек зрения. Управляющие программы для такого оборудования разрабатываются специалистами предприятия и за рубежом. Наряду с использованием закупаемых программ мы ведем разработку собственных специализированных процессоров для программирования обработки деталей турбомашин. Производство на ФГУП "ММПП "Салют" сертифицировано. Завод имеет вес необходимые российские и международные сертификаты системы качества, а также лицензию на проектирование газотурбинных двигателей. Последовательного улучшения основных параметров двигателя мы намерены достичь путем проведения трех этапов модернизации. Перед каждым из них реализуется определенный объем экспериментально-проектных и конструкторских работ, а также перечень критических технологий, обеспечивающих внедрение модернизированных агрегатов. При этом предполагается, что двигатели каждого этапа модернизации будут выпускаться серийно, взаимозаменяемы между собой на ЛА и иметь улучшенные характеристики но сравнению с предыдущими. Улучшение характеристик с обеспечением взаимозаменяемости достигается следующим образом.

На I этапе модернизации (двигатель АЛ-31Ф-М1):

• устанавливается КПД с увеличенным расходом воздуха
• температура газов Т3 перед турбиной увеличивается на 25 o , допустимость чего подтверждена необходимыми тепловыми расчетами турбины
• аналоговый регулятор работ ы двигателя заменяется па цифровой
• используется турбостартер с повышенными на 15-20% мощностью и до 3500 м высотностью запуска.

Тяга двигателя при этом возрастает на 800 кгс по сравнению с 12500 кгс базового АЛ-31Ф. Двигатель I этапа модернизации успешно прошел стендовые и летные испытания. Ведется подготовка производства для его внедрения в серию.

На II этапе модернизации (двигатель АЛ-31Ф-М2) в дополнение к предыдущим:

• применяются высокотемпературные модернизированные турбины ТВД и ТНД с лопатками пространственного профилирования. Для двигателей АЛ-31Ф-М2, АЛ-31Ф-МЗ разработан литейный вариант рабочей лопатки (РЛ) многоходовой продольно-поперечной схемы охлаждения с перфорацией входной кромки. Здесь охлаждающий воздух поступает в район входной кромки, где частично выдувается на профиль, а частично через горизонтальные (поперечные) каналы подается в район выходной кромки, где выбрасывается в проточную часть. Данная конструкция РЛ позволяет получить равномерно нагретое перо лопатки с минимальными температурными напряжениями. Температура газов увеличивается ещё на 75 o
• используется вновь разработанная перспективная камера сгорания (КС) с двухстеночной жаровой трубой. При этом обеспечиваются организация горения с высокой полнотой сгорания, надежный запуск КС без применения кислорода, уменьшенная окружная неравномерность поля температур на выходе из КС, увеличенный ресурс КС при существенном уменьшении расхода хлаждающего воздуха
• устанавливается электронно-цифровая САУ с полной ответственностью и гидромеханическим резервированием.

Тяга двигателя увеличивается до 14100 кгс.

Трёхступенчатый компрессор
низкого давления АЛ-31Ф-М3

На III этапе модернизации (двигатель АЛ-31Ф-МЗ) дополнительно устанавливается новый трёхступенчатый КНД с широкохордными лопатками пространственного профилирования и повышенной степенью сжатия до p k = 4.2, что позволяет увеличить тягу до 14600 кгс.

На любом этапе модернизации на двигатель может быть установлено всеракурсное поворотное сопло, проходящее в настоящее время длительные испытания. Реализация трех этапов позволит обеспечить создание двигателя, обладающего характеристиками поколения 4+. Опробованные в процессе модернизации новые конструкторские и технологические решения при их дальнейшем развитии могут быть взячы за основу при разработке перспективных двигателей.

Технические характеристики:

Длина, мм 4945

Максимальный диаметр, мм 910

Высота, мм 1240

Масса, кг 1530

Удельный расход топлива, кг/Н ч:

на форсажном режиме 1,96

на максимальном режиме 0,75

на крейсерском режиме 0,66

Расход воздуха через компрессор, кг/с 112

Степень повышения давления в компрессоре 12,7

Температура газа перед турбиной, °C 1387

Тяга, кгс:

максимальная бесфорсажная 7850

на форсаже 12500

Двигатель АЛ-31Ф предназначен для установки на самолетах Су-27 и его модификациях (Су-27СК, Су-30МК, Су-32МФ).

Модификации:

АЛ-31К — двигатель для палубного самолёта Су-33. Тяга на форсаже увеличена до 13300 кгс. Отличается дополнительной антикоррозионной защитой.

АЛ-31СТ — двигатель для газоперекачивающих станций.

АЛ-31Ф — базовый. Устанавливается на Су-27, Су-27УБ, Су-30, Су-34, Су-35.

АЛ-31ФM1 — модернизированный. Тяга на форсаже увеличена до 13500 кгс.

АЛ-31ФM2 — форсированный до 14000 кгс. Отличается трёхступенчатым компрессором низкого давления.

АЛ-31ФM3 — форсированный.

АЛ-31ФН — с нижним расположение коробки приводов. Разработан по заказу Китая.

АЛ-31ФП (АЛ-31ФУ) — с поворотным соплом. Разработан в 1988-1994 годах. Масса увеличена на 110 кг, длина — на 0,4 м. Устанавливался на Су-33УБ, Су-37.

Серийно производился с 1981 года на заводе № 165 в Москве (Московское МПП «Салют») и на УМПО (г. Уфа)

Разрабатывался с первой половины 1970-х годов в ОКБ им. А.М. Люльки. В настоящее время ОКБ им. Люльки является частью НПО «Сатурн».

История создания и особенности конструкции:

Турбореактивный двигатель АЛ-31Ф («изделие 99») разработан в 70-х годах на Московском машиностроительном производственном предприятии "Салют" под руководством генерального конструктора В.М.Чепкина для самолёта Су-27 и его модификаций. (После смерти А. М. Люльки в 1984 году работы по двигателю и его модификациям возглавил генеральный конструктор В. М. Чепкин).Серийное производство организовано в 1981 году на Уфимском машиностроительном производственном объединении и ММПП «Салют».

АЛ-31Ф представляет собой двухвальный двухконтурный турбореактивный двигатель со смещением потоков за турбиной. Двигатель имеет модульную конструкцию. Он состоит из 4-ступенчатого компрессора низкого давления с регулируемым входным направляющим аппаратом, промежуточного корпуса с центральной коробкой приводов, 10-ступенчатого компрессора высокого давления с регулируемой первой группой ступеней, наружного контура, кольцевой камеры сгорания, одноступенчатой охлаждаемой турбины высокого давления, одноступенчатой охлаждаемой турбины низкого давления, форсажной камеры и сверхзвукового реактивного сопла. Двигатель имеет верхнее расположение агрегатов. Маслосистема замкнутая. Запуск осуществляется от воздушного стартера. Двигатель работает на авиационном керосине марок Т-1, ТС-1, РТ.

Поставлялся на экспорт в Индию и Китай. Капитальный ремонт осуществляется на авиаремонтном заводе №121 в Кубинке.