Saturn AL-31

Das Saturn AL-31 (ursprünglich Lyulka ) ist eine Familie von Axialfan -Triebwerken , die vom Konstruktionsbüro Lyulka-Saturn in der Sowjetunion , heute NPO Saturn in Russland , entwickelt wurden. Ursprünglich als 12,5 Tonnen (122,6 kN, 27.560 lbf) Schubtriebwerk für den Langstrecken-Luftüberlegenheitsjäger Suchoi Su-27 konzipiert, treibt das AL-31 aktuell die Kampfflugzeugfamilie Su-27 sowie einige Varianten des Mehrzweck -Kampfjets Chengdu J-10 an . Die Montage des Triebwerks erfolgt in Indien in Lizenz durch HAL für die Suchoi Su-30MKI . Verbesserte Varianten treiben die Suchoi Su-57 der fünften Generation und die Chengdu J-20 an .

Die Entwicklung des AL-31-Turbofan-Triebwerks begann in den 1970er Jahren unter der Bezeichnung Izdeliye 99 ^{[ N 1 ]} beim Konstruktionsbüro Ljulka , auch bekannt als Ljulka-Saturn. Mit dem Fokus auf höhere Treibstoffeffizienz gegenüber Strahltriebwerken für größere Reichweiten sollte das Turbofan-Triebwerk der 12,5-Tonnen-Klasse (122,6 kN; 27.560 lbf) den schweren PFI (russisch: ПФИ , kurz für: перспективного фронтового истребителя , wörtlich: „ Zukünftiger Frontjäger “ ) antreiben , der von Suchoi als T-10 entwickelt wurde. Der Chefkonstrukteur war Arkhip M. Lyulka , nach dessen Tod Victor M. Chepkin. Da das AL-31-Triebwerk für die ersten beiden T-10-Prototypen im Jahr 1977 noch nicht fertiggestellt war, wurden diese zunächst mit modifizierten AL-21F3 -Turbojet-Triebwerken angetrieben. Der dritte Prototyp sollte als erster das AL-31-Triebwerk erhalten. Die T-10-Konstruktion wurde grundlegend überarbeitet und zur T-10S weiterentwickelt. Die T-10-7 war der erste Prototyp der verbesserten Version. Die aerodynamischen Optimierungen des Flugzeugs durch Änderungen an der Außenform und der Anordnung der Komponenten führten auch dazu, dass das AL-31-Getriebe oben montiert wurde. Die staatlichen Tests des AL-31-Triebwerks wurden 1985 abgeschlossen, und die T-10 wurde als Su-27 in den sowjetischen Luftdienst aufgenommen . Das Triebwerk wird von UMPO in Ufa und Saljut in Moskau gefertigt. ^{[ 1 ] [ 2 ]}

Nach dem Zusammenbruch der Sowjetunion wurden die Grenzen zwischen Konstruktionsbüro und Produktionsstätte neu geordnet und allmählich aufgehoben. Lyulka-Saturn fusionierte schließlich mit Rybinsk Motors zu NPO Saturn und arbeitete eng mit UMPO zusammen, während Salyut ein unabhängiges Unternehmen wurde. Sowohl Saturn als auch Salyut entwickelten eigene Triebwerke für die AL-31-Familie. Salyut lieferte auch AL-31-Varianten an Kampfflugzeuge der chinesischen Regierung . Die J-10 nutzte das AL-31FN, bevor neuere Varianten auf das chinesische WS-10A umgestellt wurden, während die J-20 das AL-31FM2 als Übergangstriebwerk verwendete, bis das vorgesehene WS-15 verfügbar war. ^{[ 3 ]} Diese Umstrukturierung führte zu ernsthaften Streitigkeiten zwischen Saturn und Salyut über geistige Eigentumsrechte und Lizenzgebühren für AL-31-Verkäufe an China. ^{[ 2 ]}

Das AL-31-Triebwerk wurde auch vom chinesischen Triebwerksentwickler und -hersteller Shenyang/Liming bei der Entwicklung des WS-10 eingesetzt , wobei frühe Prototypen direkt das Steuerungssystem des AL-31F verwendeten. ^{[ 4 ]} Laut Victor M. Chepkin, Chefkonstrukteur der Triebwerke 117 und 117S bei Saturn, wurde das WS-10 mithilfe der Wartungsdokumentation des AL-31 entwickelt; ^{[ 5 ]} dies wurde kürzlich von der Aviation Industry Corporation of China (AVIC), der Muttergesellschaft der Shenyang Aircraft Corporation, bestätigt . ^{[ 6 ]}

Das Basismodell AL-31F ist ein zweiwelliges Axial-Turbofan-Triebwerk mit Nachbrenner. Es verfügt über einen vierstufigen Niederdruckverdichter und einen neunstufigen Hochdruckverdichter, die jeweils von einstufigen Turbinen angetrieben werden. Das Gesamtdruckverhältnis beträgt 23, die Turbineneintrittstemperatur 1.392  °C (1.665  K ; 2.538  °F ). Die Turbinenschaufeln sind mit Luftfilmkühlung ausgestattet. Das Triebwerk wird von der analogen Steuereinheit KRD-99 geregelt und ist unempfindlich gegenüber stark verzerrter Luftströmung am Lufteinlass. Es erzeugt 7,8 Tonnen Schubkraft (76,49 kN; 17.200 lbf) ohne Nachbrenner und 12,5 Tonnen Schubkraft (122,6 kN; 27.560 lbf) mit Nachbrenner. Das AL-31 ist modular aufgebaut, um Wartung und Überholung zu vereinfachen. Bei der zweistrahligen Su-27 sind die linken und rechten Triebwerke austauschbar. Anfänglich betrug die mittlere Zeit zwischen den Überholungen (MTBO) des Triebwerks lediglich 100 Stunden und lag damit deutlich unter den geforderten 300 Stunden. Spätere Baureihen verbesserten die MTBO schrittweise auf 500 Stunden, während die geplante Lebensdauer auf 1.500 Stunden festgelegt wurde. Weiterentwickelte Varianten, wie beispielsweise die AL-31F Serie 42, erhöhten die MTBO auf 1.000 Stunden bei einer Gesamtlebensdauer von 2.000 Stunden. ^{[ 2 ]}

Die Varianten AL-37FU und AL-31FP verfügen über Schubvektorsteuerung . Die AL-37FU war eine experimentelle Schubvektorsteuerungsvariante für eine modifizierte Su-27M, die später als Su-37 bezeichnet wurde , und wurde auf 14,5 Tonnen Schubkraft (142,2 kN; 31.970 lbf) aufgerüstet. Die Schubvektordüsen konnten in der Vertikalebene gemeinsam um ±15° für Nickbewegungen oder differenziell für Rollbewegungen ausgelenkt werden. Nachdem die Triebwerke das Ende ihrer Nutzungsdauer erreicht hatten, war die einzige Su-37 bis zu ihrem Absturz im Dezember 2002 mit der Standard-AL-31F ausgestattet. ^{[ 7 ]}

Die Forschung zur Schubvektorsteuerung wird auf das Serientriebwerk AL-31FP angewendet, das in der indischen Suchoi / Irkut Su-30MKI sowie in weiteren Varianten wie der Su-30MKM für Malaysia und der Su-30SM für die russische Luftwaffe und Marine zum Einsatz kommt. Das AL-31FP hat den gleichen Schub von 12,5 Tonnen-Kraft (122,6 kN; 27.560 lbf) wie das Basistriebwerk AL-31F, kann seine Düse jedoch mit einer Geschwindigkeit von 30°/s um maximal ±15° auslenken. Die Schubvektorsteuerung wird primär in der Nickachse genutzt , aber im Gegensatz zum AL-37FU ermöglicht die Neigung der Schubvektorachsen eine differentielle Schubvektorsteuerung, die auch Roll- und Giermomente erzeugt. Die Düse des AL-31FP hat ein Überholungsintervall von 500 Stunden, das mittlere Betriebsintervall (MTBO) des Triebwerks beträgt 1.000 Stunden, und beide haben eine Gesamtlebensdauer von 2.000 Stunden. Die AL-31FP wird sowohl von UMPO als auch in Indien von Hindustan Aeronautics Limited (HAL) im Werk Koraput im Rahmen eines umfassenden Technologietransferabkommens gebaut. ^{[ 2 ]}

Die AL-31FN-Variante wurde von Salyut für den Antrieb der Chengdu J-10 entwickelt . Zu den wichtigsten Unterschieden zählten ein etwas höherer Schub von 12,7 Tonnen (124,54 kN) und die Verlegung des Getriebes von der Oberseite an die Unterseite des Triebwerks. Spätere J-10-Varianten und Produktionsserien wurden mit der verbesserten AL-31FN Serie 3 ausgestattet, deren Schub auf 13,7 Tonnen (134,35 kN) erhöht und deren Lebensdauer um 250 Stunden verlängert wurde. ^{[ 8 ]} Weitere J-10-Serien wurden schließlich anstelle der AL-31FN mit der Shenyang/Liming WS-10A ausgerüstet. ^{[ 2 ]}

Auf der Zhuhai Air Show 2024 stellte Rostec die modernisierte Serie 5 der AL-31FN vor, die einen theoretischen Schub von 14 Tonnen-Kraft (137,29 kN; 30.865 lbf) und eine um 6 % verbesserte Treibstoffeffizienz aufweist. ^{[ 9 ]}

Saljut entwickelte außerdem weitere verbesserte Varianten des AL-31F mit erhöhtem Schub und höherer Zuverlässigkeit. Die erste war das AL-31FM1, auch als AL-31F Serie 42 bezeichnet. Es verfügte über einen größeren KND-924-4-Fan, dessen Einlassdurchmesser von 905 mm (35,6 Zoll) beim Basismodell AL-31 auf 924 mm (36,4 Zoll) vergrößert wurde, wodurch der Luftdurchsatz um 6 % gesteigert werden konnte. Zu den weiteren Verbesserungen zählten ein optimierter Kern für höhere Turbineneintrittstemperaturen und ein verbessertes Triebwerkssteuerungssystem. Das Triebwerk wies zudem eine verbesserte mittlere Betriebsdauer (MTBO) von 1.000 Stunden, eine geplante Lebensdauer von 2.000 Stunden und einen erhöhten Schub von 13,5 Tonnen-Kraft (132,4 kN; 29.760 lbf) auf. Dieses Triebwerk bestand 2006 die staatliche Abnahmeprüfung in Russland und wurde in den Flugzeugen Su-27SM, Su-30M2 und Su-34 eingesetzt. ^{[ 1 ] [ 10 ]}

Das AL-31FM2 ist eine Weiterentwicklung des AL-31FM1. Die Fan-Aerodynamik wurde weiter optimiert, um das Druckverhältnis zu erhöhen. Das Triebwerk verfügt außerdem über Verbesserungen an der Aerodynamik der Brennkammer und der Turbinenschaufeln sowie an der Kühlung für höhere Eintrittstemperaturen. Das AL-31FM2 besitzt eine neue, vollautomatische digitale Triebwerksregelung ( FADEC ) mit hydromechanischer Notstromversorgung. Der Schub wurde über den gesamten Drehzahlbereich um 9 % erhöht und erreicht mit Nachbrenner einen maximalen Schub von 14,5 Tonnen-Kraft (142,2 kN; 31.970 lbf). Das Triebwerk hat eine mittlere Betriebsdauer (MTBO) von 1.000 Stunden und eine prognostizierte Lebensdauer von 3.000 Stunden. Eine Version des AL-31FM2 treibt die ersten Serien der Chengdu J-20 an , während spätere Serien auf das WS-10C umgestellt wurden; beide Triebwerke dienen als Übergangslösungen für das ursprünglich für die J-20 vorgesehene Xian WS-15 . ^{[ 11 ]}

Der letzte Vertreter dieser Reihe ist der vorgeschlagene AL-31FM3 mit einem neuen dreistufigen Fan (KND-924-3), der ein weiter erhöhtes Druckverhältnis und zusätzliche Kernverbesserungen zur Steigerung der Turbineneintrittstemperatur um 150 °C aufweisen sollte. Der maximale Schub wurde im Nachbrennerbetrieb auf 15 Tonnen (147,1 kN; 33.070 lbf) erhöht. ^{[ 1 ]} Der AL-31FM3 war als potenzielles Triebwerk für die T-50 PAK FA von Suchoi im Gespräch , wurde aber von Suchoi nicht weiterverfolgt. Stattdessen entschied man sich für den Konkurrenten Saljut, NPO Saturn, und dessen AL-41F1. ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 10 ]}

Die Weiterentwicklungen des AL-31 durch Salyut führten zu schwerwiegenden Streitigkeiten mit dem Nachfolgeunternehmen von Lyulka-Saturn, NPO Saturn, das sie als nicht genehmigt und als Verletzung der Rechte an geistigem Eigentum ansieht. ^{[ 2 ]}

Aufgrund des Niedergangs des Mikojan- Programms für einen Mehrzweckjäger der fünften Generation, Projekt 1.42/1.44 MFI , in den 1990er-Jahren initiierte das russische Verteidigungsministerium das PAK-FA-Programm für einen kostengünstigeren Mehrzweckjäger der nächsten Generation. Die Ausschreibung erfolgte 2001. Da die Entwürfe kleiner als die MFI ausfallen sollten, erwies sich der ursprüngliche Entwurf Ljulka-Saturn AL-41F für die MiG 1.42/1.44 als zu groß. Stattdessen beauftragte Suchoi eine stark verbesserte Weiterentwicklung der AL-31F von Ljulka-Saturn (später NPO Saturn), die als Izdeliye 117 bezeichnet wurde, mit der Entwicklung der T-50. Diese gewann schließlich 2002 die Ausschreibung und wurde 2020 als Su-57 in Dienst gestellt . Der von Saturn im Jahr 2001 erstmals vorgeschlagene Izdeliye 117 oder AL-41F1 wurde im April 2004 mit der Vertragsunterzeichnung durch NPO Saturn offiziell entwickelt. ^{[ 14 ] [ 15 ]}

Das AL-41F1 weist zwar die gleiche Gesamtarchitektur wie das Basistriebwerk AL-31 auf – mit einem vierstufigen Niederdruckverdichter (Fan), einem neunstufigen Hochdruckverdichter und einstufigen Niederdruck- und Hochdruckturbinen –, wurde aber durch bis zu 80 % neue Bauteile und die Anwendung von Technologien des AL-41F grundlegend verbessert. ^{[ 16 ]} Es verfügt über einen vergrößerten Fan-Durchmesser von 932 Millimetern (36,7 Zoll), neue Hoch- und Niederdruckturbinen, Vorrichtungen für Schubvektorsteuerung ähnlich dem AL-31FP und ein in das Flugsteuerungssystem integriertes digitales Steuerungssystem ( FADEC ). Obwohl die genauen Details geheim bleiben, wurde der Schub des AL-41F1 gegenüber dem AL-31 um 2,5 Tonnen (24,5 kN; 5.510 lbf) erhöht, während das Triebwerksgewicht um 150 kg (330 lb) reduziert wurde. Das Triebwerk erzeugt im Trockenbetrieb 9 Tonnen Schubkraft (88,26 kN), mit Nachbrenner 14,5 Tonnen Schubkraft (142,2 kN) und im Notfall 15 Tonnen Schubkraft (147,1 kN). Das Trockengewicht beträgt ca. 1.600 kg. ^{[ N 2 ]} Mit diesem Triebwerk erreicht die Su-57 Überschallgeschwindigkeit ( Supercruise ) bei Mach 1,3, auch ohne Nachbrenner. ^{[ 17 ] [ 18 ]}

Nach Abschluss der staatlichen Tests gemäß den Anforderungen der russischen Luftwaffe begann 2019 die Serienproduktion des AL-41F1-Triebwerks für den Einbau in die Serienmodelle der Su-57-Kampfflugzeuge, die an die russische Luftwaffe und potenzielle ausländische Kunden geliefert werden. ^{[ 19 ]} Eine Version des AL-41F1 ohne Nachbrenner treibt die unbemannte Kampfdrohne Suchoi S-70 Ochotnik an. ^{[ 20 ]} Während die aktuellen Su-57-Produktionsserien mit dem AL-41F1 ausgestattet sind, soll das Flugzeug die Basis für eine Familie von Tarnkappen-Kampfflugzeugen bilden. Zukünftige verbesserte Varianten sollen mit dem Saturn Izdeliye 30, später AL-51F-1 genannt, ausgestattet werden – einer Neuentwicklung, die die gleichen Abmessungen wie das AL-41F1 aufweist.

Um die Entwicklungsrisiken und damit verbundenen Kosten des PAK-FA-Programms der fünften Generation zu streuen, nutzte Suchoi Teile der Technologie, darunter das Antriebssystem, für eine stark modernisierte Su-27-Variante mit der Bezeichnung T-10BM (bekannt als Su-35BM), bevor diese schließlich die offizielle Bezeichnung Su-35 erhielt. Das Triebwerk des Flugzeugs, das NPO Saturn izdeliye 117S oder AL-41F1S, ist eine leicht vereinfachte Weiterentwicklung des AL-41F1 aus der Su-57. Der Hauptunterschied liegt im separaten Triebwerkssteuerungssystem des AL-41F1S. Die Su-35 und ihre AL-41F1S-Triebwerke wurden ursprünglich von Suchoi und Saturn intern für den Export entwickelt, wobei das russische Verteidigungsministerium der Erstkunde war. ^{[ 21 ]} Das Triebwerk erzeugt im Trockenbetrieb 8,8 Tonnen Schubkraft (86,30 kN; 19.400 lbf), mit Nachbrenner 14 Tonnen Schubkraft (137,3 kN; 30.860 lbf) und im Notfall 14,5 Tonnen Schubkraft (142,2 kN; 31.970 lbf). ^{[ 22 ]} Der Fandurchmesser des AL-41F1S wurde gegenüber dem Basismodell AL-31 um 3 % von 905 mm (35,6 Zoll) auf 932 mm (36,7 Zoll) vergrößert. Auch die Turbineneintrittstemperatur wurde erhöht. Das Triebwerk wiegt trocken 1.604 kg (3.536 lb) und hat eine geplante Lebensdauer von 4.000 Stunden sowie eine mittlere Betriebsdauer bis zur nächsten Überholung (MTBO) von 1.000 bis 1.500 Stunden. ^{[ 23 ]} Der Erstflug dieses Triebwerks fand am 20. Februar 2008 in einer Su-35BM statt. ^{[ 24 ]} Am 9. August 2010 begann UMPO mit der Lieferung des AL-41F1S für die Su-35S-Kampfflugzeuge. Das Triebwerk wird im Rahmen des Modernisierungsprogramms zur Vereinheitlichung der Systeme mit der Su-35S auch in der Su-30SM2 eingesetzt. ^{[ 25 ]}

Data from Gordon,^[30] Rosoboronexport,^[31] United Engine Corporation,^[32] UMPO,^[33][34] Salyut^[35]

General characteristics

• Type: Two-shaft axial-flow afterburning turbofan
• Length: 4,945 mm (194.7 in)
• Diameter:
  • 905 mm (35.6 in) inlet;
  • 1,280 mm (50 in) maximum external
• Dry weight: 1,520 kg (3,350 lb)

Components

• Compressor: 4-stage low pressure compressor (fan) and 9-stage high pressure compressor
• Combustors: Annular
• Turbine: 1-staged low pressure, 1-stage high pressure turbines
• Nozzle:2-dimensional vectoring

Performance

• Maximum thrust:
  • 7.8 tf (76.49 kN; 17,200 lbf) dry thrust
  • 12.5 tf (122.6 kN; 27,560 lbf) with afterburner
• Overall pressure ratio: 23:1
• Bypass-Verhältnis : 0,56:1
• Luftmassenstrom: 112 kg/s (247 lb/s)
• Turbineneintrittstemperatur: 1.665  K (2.537  °F ; 1.392  °C )
• Spezifischer Kraftstoffverbrauch :
  • Trockenschub : 22,1 g/kN/s (0,78 lb/lbf/h)
  • Mit Nachbrenner : 55,5 g/kN/s (1,96 lb/lbf/h)
• Schub-Gewichts-Verhältnis : 4,93 (trocken), 8,22 (mit Nachbrenner)

Daten von Rosoboronexport ^{[ 36 ] [ 37 ]}

Allgemeine Merkmale

• Typ: Zweiwellen-Axialstrom-Turbofan mit Nachbrenner
• Länge: 494,2 cm (194,6 Zoll)
• Einlassdurchmesser: 93,2 cm (36,7 Zoll)
• Trockengewicht: 1.604 kg (3.536 lb)

Komponenten

• Kompressor: 4-stufiger Niederdruckkompressor (Lüfter), 9-stufiger Hochdruckkompressor
• Brennkammern : Ringförmig
• Turbine : 1-stufige Niederdruck-, 1-stufige Hochdruckturbine
• Düse : 2-dimensionale Vektorisierung

Leistung

• Maximaler Schub :
  • 8,8 tf (86,30 kN; 19.400 lbf) Trockenschub
  • 14 tf (137,3 kN; 30.860 lbf) mit Nachbrenner
  • 14,5 tf (142,2 kN; 31.970 lbf) Notschub
• Turbineneintrittstemperatur: 1.745 K (2.681 °F; 1.472 °C),
• Kraftstoffverbrauch:
  • 6.813 kg/h (15.020 lb/h) trocken
  • 24.969 kg/h (55.050 lb/h) mit Nachbrenner
• Spezifischer Kraftstoffverbrauch :
  • 22,37 g/kN/s (0,790 lb/lbf/h) trocken
  • 51,53 g/kN/s (1,819 lb/lbf/h) mit Nachbrenner
• Schub-Gewichts-Verhältnis : 5,49 (trocken), 8,75 mit Nachbrenner, 9,04 mit Notschub

Vergleichbare Motoren

• General Electric F110
• Pratt & Whitney F100
• Klimov RD-33
• Shenyang WS-10
• Solowjow D-30

Verwandte Listen

• Liste der Flugzeugtriebwerke

• Russische Militäranalyse – Turbofan-Triebwerk des Flugzeugs AL-31 F
• AL-31F auf LeteckeMotory.cz (cs,en)
• AL-41F1A (117S) auf LeteckeMotory.cz (cs,en)