El Saturn AL-31 es una familia de motores turbofan de flujo axial , desarrollados por la oficina de diseño Lyulka en la Unión Soviética , ahora NPO Saturn en Rusia , originalmente como un motor de 12,5 toneladas (122,6 kN, 27 560 lbf) para el Sukhoi Su- 27 cazas de superioridad aérea de largo alcance. El AL-31 propulsa actualmente la familia de aviones de combate Su-27 y algunas variantes del caza a reacción multiusos Chengdu J-10 . HAL también realiza el montaje del motor bajo licencia en India , para el Sukhoi Su-30MKI . Variantes mejoradas impulsan el Sukhoi Su-57 y el Chengdu J-20 de quinta generación .
El diseño del turbofan AL-31 comenzó en la década de 1970 bajo la designación izdeliye 99 [N 1] por la oficina de diseño Lyulka , también conocida como Lyulka-Saturn. Con énfasis en una mayor eficiencia de combustible sobre los turborreactores para un mayor alcance, el motor turbofan de clase de 12,5 toneladas de fuerza (122,6 kN; 27,560 lbf) estaba destinado a impulsar el pesado PFI (ruso: ПФИ , abreviatura de: перспективного фронтового истребителя , lit. ' Promising Frontline Fighter'), que estaba siendo desarrollado por Sukhoi como el T-10. El diseñador jefe fue Arkhip M. Lyulka y, tras su muerte, Victor M. Chepkin. Como el AL-31 aún no estaba listo para los dos primeros prototipos T-10 en 1977, inicialmente estaban propulsados por motores turborreactores AL-21F3 modificados. El tercer prototipo sería el primero en instalar el AL-31. El diseño del T-10 se revisaría en gran medida en el T-10S, siendo el T-10-7 el primer prototipo del diseño mejorado; Los refinamientos aerodinámicos del avión derivados de los cambios en la forma exterior y el embalaje también dieron como resultado que la caja de cambios AL-31 cambiara a una posición montada en la parte superior. Las pruebas estatales del AL-31 se completaron en 1985 y el T-10 entró en los servicios aéreos soviéticos como Su-27 . El motor se fabrica en UMPO, con sede en Ufa, y Salyut, con sede en Moscú. [1] [2]
Después del colapso de la Unión Soviética, las distinciones entre la oficina de diseño y la planta de producción se realinearon y gradualmente se desvanecieron, y Lyulka-Saturn finalmente se fusionó con Rybinsk Motors para convertirse en NPO Saturn y estuvo estrechamente alineado con UMPO mientras Salyut se convirtió en una entidad independiente; Tanto Saturn como Salyut realizarían sus propios desarrollos para la familia AL-31. Salyut también suministra variantes del AL-31 a cazas operados por China . El J-10 usa el AL-31FN antes de que las variantes más nuevas pasaran al WS-10A nacional, mientras que el J-20 usa el AL-31FM2 como motor provisional hasta que el WS-15 previsto esté listo. [3] Esta reorganización daría lugar a serias disputas entre Saturn y Salyut sobre los derechos de propiedad intelectual y regalías sobre las ventas del AL-31 a China. [2]
El AL-31 también se utilizó para ayudar al diseñador y fabricante de motores chino Shenyang/Liming en el desarrollo del WS-10 , y los primeros ejemplos utilizaron directamente el sistema de control AL-31F. [4] Según Victor M. Chepkin de Saturn, diseñador jefe de los motores 117 y 117S, el WS-10 fue desarrollado con la ayuda de la documentación técnica de mantenimiento del AL-31; [5] esto fue confirmado recientemente por Aviation Industry Corporation of China (AVIC), la empresa matriz de Shenyang Aircraft Corporation. [6]
El modelo base AL-31F es un turbofan de postcombustión de flujo axial de dos ejes. El motor tiene un compresor de baja presión de cuatro etapas y un compresor de alta presión de nueve etapas, ambos impulsados por turbinas de una sola etapa. La relación de presión general es 23 y la temperatura de entrada de la turbina es 1392 °C (1665 K ; 2538 °F ); los álabes de la turbina incorporan refrigeración por película de aire. El motor está controlado por la unidad analógica KRD-99 y puede tolerar un flujo de aire muy distorsionado desde la entrada. Produce 7,8 toneladas-fuerza (76,49 kN; 17.200 lbf) de empuje en seco y 12,5 toneladas-fuerza (122,6 kN; 27.560 lbf) de empuje en el posquemador. El AL-31 tiene un diseño modular para facilitar el mantenimiento y la revisión. En el Su-27 bimotor , los motores izquierdo y derecho son intercambiables. Inicialmente, el tiempo medio entre revisiones (MTBO) del motor era de sólo 100 horas, menos de las 300 horas requeridas. Las series posteriores mejoraron gradualmente la cifra de MTBO a 500 horas, mientras que la vida útil se asignó a 1500 horas. Otras variantes mejoradas, como el AL-31F Serie 42, aumentaron el MTBO a 1000 horas con una vida útil completa de 2000 horas. [2]
Las variantes AL-37FU y AL-31FP tienen vectorización de empuje . El AL-37FU era una variante experimental de vectorización de empuje para un Su-27M modificado, más tarde designado Su-37 , y se incrementó a 14,5 toneladas de fuerza (142,2 kN; 31.970 lbf) de empuje. Las boquillas de vectorización de empuje podrían desviarse ±15° en el plano vertical juntas para el cabeceo o de manera diferencial para el balanceo. Después de que los motores llegaron al final de su vida útil, el único Su-37 fue equipado con el AL-31F normal hasta que se estrelló en diciembre de 2002. [7]
La investigación sobre vectorización de empuje se aplicaría a la producción AL-31FP utilizada en el Sukhoi/ Irkut Su-30MKI para la India, así como a otros derivados, incluido el Su-30MKM para Malasia y el Su-30SM para la Fuerza Aérea y la Armada de Rusia. El AL-31FP tiene el mismo empuje de 12,5 toneladas de fuerza (122,6 kN; 27.560 lbf) que el AL-31F básico, pero puede desviar su boquilla a un máximo de ±15° a una velocidad de 30°/seg. La boquilla de vectorización se utiliza principalmente en el plano de cabeceo , pero a diferencia del AL-37FU, la inclinación de los ejes de vectorización permite que la vectorización diferencial también produzca momentos de balanceo y guiñada. La boquilla AL-31FP tiene un tiempo antes de revisión de 500 horas, mientras que el MTBO del motor es de 1.000 horas, y ambos tienen una vida útil de 2.000 horas. El AL-31FP es construido por UMPO y en India por Hindustan Aeronautics Limited (HAL) en las instalaciones de Koraput en virtud de un profundo acuerdo de transferencia de tecnología. [2]
La variante AL-31FN fue desarrollada por Salyut para propulsar el Chengdu J-10 , con diferencias clave que incluyen un empuje ligeramente mayor de 12,7 toneladas-fuerza (124,54 kN; 27.999 lbf) y una caja de cambios reubicada de la parte superior a la inferior del motor. Las variantes y lotes de producción posteriores del J-10 se equiparon con el AL-31FN serie 3 mejorado, con un empuje aumentado a 13,7 toneladas-fuerza (134,35 kN; 30.203 lbf) y una vida útil aumentada en 250 horas. [8] Otros lotes de producción de J-10 eventualmente estarían equipados con el Shenyang/Liming WS-10A en lugar del AL-31FN. [2]
Salyut también desarrolló variantes mejoradas adicionales del AL-31F con mayor empuje y confiabilidad. El primero es el AL-31FM1, también designado como AL-31F serie 42, que tenía un ventilador KND-924-4 más grande, con un diámetro de entrada que aumentaba de 905 mm (35,6 pulgadas) en el AL-31 básico a 924 mm ( 36,4 pulgadas), lo que aumentó el flujo de aire en un 6%. Las mejoras adicionales incluyen un núcleo mejorado para una mayor temperatura de entrada de la turbina y un sistema de control del motor mejorado. El motor también tenía un MTBO mejorado de 1.000 horas, una vida útil proyectada de 2.000 horas y su empuje se incrementó a 13,5 toneladas-fuerza (132,4 kN; 29.760 lbf); Este motor pasó las pruebas de aceptación estatales rusas en 2006 y fue equipado en el Su-27SM, Su-30M2 y Su-34. [1] [9]
El AL-31FM2 es un desarrollo posterior del AL-31FM1. La aerodinámica del ventilador se perfeccionó aún más para aumentar su relación de presión. El motor también incorporó mejoras en la aerodinámica de la cámara de combustión y las palas de la turbina y en el enfriamiento para temperaturas de entrada más altas. El AL-31FM2 tiene un nuevo control de motor digital de autoridad total ( FADEC ) con respaldo hidromecánico. El empuje se incrementó un 9% en toda la envolvente, con un empuje máximo de 14,5 toneladas-fuerza (142,2 kN; 31.970 lbf) en el posquemador. El motor tiene un MTBO de 1000 horas y la vida útil proyectada aumentó a 3000 horas. Una versión del AL-31FM2 impulsa los lotes de producción iniciales del Chengdu J-20 , mientras que los lotes posteriores pasaron al WS-10C; Ambos motores son motores provisionales en lugar del Xian WS-15 previsto para el J-20 . [10] [11]
El último en esta línea es el AL-31FM3 propuesto, que tendría un nuevo ventilador de 3 etapas, designado KND-924-3, con una relación de presión aún mayor y mejoras adicionales en el núcleo para aumentar la temperatura de entrada de la turbina en 150 °C. El empuje máximo se aumentó a 15 toneladas-fuerza (147,1 kN; 33.070 lbf) en el posquemador. [1] El AL-31FM3 había sido propuesto como un potencial motor para el diseño T-50 PAK FA de Sukhoi , pero Sukhoi no lo siguió, sino que eligió al rival de Salyut, NPO Saturn, y su AL-41F1. [12] [13] [9]
Los desarrollos del AL-31 por parte de Salyut darían lugar a serias disputas con la corporación sucesora de Lyulka-Saturn, NPO Saturn, que los considera no autorizados y en violación de los derechos de propiedad intelectual. [2]
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Debido al declive del programa de cazas de quinta generación Mikoyan Project 1.42/1.44 MFI en la década de 1990, el Ministerio de Defensa ruso inició el programa PAK FA para un caza polivalente de próxima generación más asequible, y la competencia se anunció en 2001. Como los diseños sería más pequeño que el MFI, el diseño original Lyulka-Saturn AL-41F para el MiG 1.42/1.44 era demasiado grande. En cambio, Sukhoi contrató un derivado AL-31F profundamente mejorado de Lyulka-Saturn (más tarde NPO Saturn) denominado izdeliye 117 para su diseño T-50, que eventualmente ganaría la competencia en 2002 y entraría en servicio en 2020 como Su- 57 . Propuesto por primera vez por Saturn en 2001, el izdeliye 117, o AL-41F1, comenzó formalmente su desarrollo en abril de 2004 con la firma del contrato por parte de NPO Saturn. [14] [15]
Mientras que el AL-41F1 tiene la misma arquitectura general que el AL-31 básico, con un compresor de baja presión (ventilador) de 4 etapas y un compresor de alta presión de 9 etapas y turbinas de una etapa de baja presión y de una etapa de alta presión. , el motor se mejoró profundamente con hasta un 80% de piezas nuevas y la aplicación de tecnología del AL-41F. [16] Tiene un diámetro de ventilador aumentado de 932 milímetros (36,7 pulgadas), nuevas turbinas de alta y baja presión, disposiciones para boquillas de vectorización de empuje similares a las del AL-31FP y un sistema de control digital ( FADEC ) integrado en el avión. sistema de control de vuelo. Aunque los detalles permanecen clasificados, el empuje del AL-41F1 aumentó en 2,5 toneladas de fuerza (24,5 kN; 5510 lbf) sobre el AL-31, mientras que el crecimiento del peso del motor se redujo en 150 kg (330 lb). El motor produce 9 toneladas de fuerza (88,26 kN; 19.840 lbf) de empuje en seco, 14,5 toneladas de fuerza (142,2 kN; 31.970 lbf) en el posquemador y 15 toneladas de fuerza (147,1 kN; 33.070 lbf) en caso de emergencia, con un peso seco de aproximadamente 1.600 kg (3.527 lb). [N 2] El motor permite al Su-57 alcanzar una velocidad supersónica sin postquemador, o supercrucero , a Mach 1,3. [17] [18]
Tras la finalización de las pruebas estatales para cumplir con los requisitos de la Fuerza Aérea Rusa, en 2019 comenzó la producción en serie del AL-41F1 para su instalación en los cazas Su-57 suministrados a la Fuerza Aérea Rusa y a posibles clientes extranjeros. [19] Una versión sin postcombustión del AL-41F1 impulsa el vehículo aéreo de combate no tripulado (UCAV) Sukhoi S-70 Okhotnik . [20] Si bien los tramos de producción actuales del Su-57 están propulsados por el AL-41F1, el avión está destinado a ser la base de una familia de aviones de combate furtivos; Está previsto que futuras variantes mejoradas funcionen con el Saturn izdeliye 30, posteriormente denominado AL-51F-1 , un nuevo diseño que ocupa el mismo espacio que el AL-41F1.
Para distribuir los riesgos de desarrollo y los costos asociados con el programa PAK FA de quinta generación, Sukhoi aplicó parte de la tecnología, incluido el sistema de propulsión, en una variante del Su-27 altamente mejorada, denominada T-10BM (popularmente llamada Su-35BM). , antes de ser designado simplemente como Su-35. El motor del avión, el NPO Saturn izdeliye 117S, o AL-41F1S, es un derivado ligeramente simplificado del AL-41F1 del Su-57, siendo la diferencia clave el sistema de control de motor independiente del AL-41F1S. El Su-35 y sus motores AL-41F1S fueron desarrollados originalmente por Sukhoi y Saturn internamente para exportación, aunque el cliente inicial sería el Ministerio de Defensa de Rusia. [21] El motor produce 8,8 toneladas-fuerza (86,30 kN; 19.400 lbf) de empuje en seco, 14 toneladas-fuerza (137,3 kN; 30.860 lbf) en el posquemador y 14,5 toneladas-fuerza (142,2 kN; 31.970 lbf) en caso de emergencia. . [22] El diámetro del ventilador AL-41F1S se incrementó en un 3% con respecto al AL-31 básico, de 905 mm (35,6 pulgadas) a 932 mm (36,7 pulgadas), y también aumentó la temperatura de entrada de la turbina. Este motor pesa 1.604 kg (3.536 lb) en seco y tiene una vida útil asignada de 4.000 horas y un MTBO de 1.000 a 1.500 horas. [23] El primer vuelo de este motor se completó en un Su-35BM el 20 de febrero de 2008. [24] El 9 de agosto de 2010, UMPO comenzó a suministrar AL-41F1S destinados a los cazas Su-35S. El motor también está equipado en el Su-30SM2 como parte del plan de actualización para unificar sus sistemas con el Su-35S. [25]
Datos de Gordon, [30] Rosoboronexport, [31] United Engine Corporation, [32] UMPO, [33] [34] Saylut [35]
Datos de Rosoboronexport [36]
Motores comparables
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