サターン AL-31

AL-31
サターンAL-31FNターボファンエンジン
タイプターボファン
国籍ソ連/ロシア
メーカーLyulka (現NPO法人サターン)、UMPO、NPC Salyut、HAL India
主な用途

サターンAL-31（元々はリュルカ）は、ソ連のリュルカ・サターン設計局（現在はロシアのNPOサターン）が開発した軸流ターボファンエンジンのシリーズで、元々はスホーイSu-27長距離制空戦闘機用の12.5トン（122.6 kN、27,560 lbf）の動力装置として開発された。AL-31は現在、Su-27シリーズの戦闘機と成都J-10多用途ジェット戦闘機の一部の派生型に搭載されている。エンジンの組み立ては、インドでもHALによってライセンスに基づいてスホーイSu-30MKI向けに行われている。改良された派生型は第5世代のスホーイSu-57と成都J-20に搭載されている。

開発と設計

AL-31ターボファンエンジンの設計は、1970年代にリュルカ設計局（リュルカ・サターンとも呼ばれる）によって、 izdeliye 99 [ N 1 ]の名称で開始された。ターボジェットエンジンよりも燃費効率が高く航続距離が長いことを重視し、12.5トン（122.6 kN、27,560 lbf）級のターボファンエンジンは、スホーイ社がT-10として開発していた大型戦闘機PFI（ロシア語：ПФИ、略称：перспективного фронтового истребителя 、「将来最前線戦闘機」）の動力源として設計された。主任設計者はアルヒプ・M・リュルカで、彼の死後、ヴィクトル・M・チェプキンが設計を引き継いだ。 1977年当時、最初の2機のT-10試作機はAL-31エンジンがまだ準備できていなかったため、当初は改造されたAL-21F3ターボジェットエンジンを搭載していた。3機目の試作機に初めてAL-31が搭載された。T-10の設計はT-10Sへと大​​幅に改良され、T-10-7は改良型の最初の試作機となった。機体の外形とパッケージの変更による空力的改良により、AL-31のギアボックスも上部搭載型に変更された。AL-31の国家試験は1985年に完了し、T-10はSu-27としてソ連空軍に配備された。エンジンはウファのUMPOとモスクワのサリュートで製造された。[ 1 ] [ 2 ]

ソ連崩壊後、設計局と生産工場の区分は再編され、徐々に消滅していき、リュルカ・サターンは最終的にルイビンスク・モーターズと合併してNPOサターンとなり、UMPOと密接に連携した。一方、サリュートは独立した企業体となり、サターンとサリュートの両社はAL-31ファミリーの独自開発を行った。サリュートは中国が運用する戦闘機にもAL-31派生型を供給している。J -10は、新型が国産WS-10Aに移行するまでAL-31FNを使用し、J-20は、予定していたWS-15が完成するまでの暫定エンジンとしてAL-31FM2を使用している。[ 3 ]この組織再編は、サターンとサリュートの間で、中国へのAL-31販売に関する知的財産権とロイヤルティをめぐる深刻な紛争につながることになった。[ 2 ]

AL-31は、中国のエンジン設計・製造会社である瀋陽黎明のWS-10開発にも利用され、初期の製品ではAL-31F制御システムが直接使用されていました。[ 4 ]サターンの117および117Sエンジンの主任設計者であるビクター・M・チェプキンによると、WS-10はAL-31の整備技術文書を参考に開発されたとのことです。[ 5 ]これは、瀋陽飛機工業公司の親会社である中国航空工業公司（AVIC）によって最近確認されました。 [ 6 ]

デザイン

ベースモデルAL-31Fは、2軸軸流アフターバーナーターボファンです。このエンジンは、4段低圧圧縮機と9段高圧圧縮機を備え、どちらも単段タービンで駆動されます。総圧力比は23、タービン入口温度は1,392  °C（1,665  K、2,538  °F）です。タービンブレードにはエアフィルム冷却が組み込まれています。このエンジンはアナログKRD-99ユニットによって制御され、吸気口からの空気の流れが著しく歪んでも耐えることができます。乾燥推力7.8トン（76.49 kN、17,200 lbf）、アフターバーナー推力12.5トン（122.6 kN、27,560 lbf）を発生します。AL-31は、メンテナンスとオーバーホールを容易にするためにモジュラー設計を採用しています。双発エンジンのSu-27では、左右のエンジンが交換可能です。当初、エンジンの平均オーバーホール間隔（MTBO）はわずか100時間で、規定の300時間には達していませんでした。後期型ではMTBOが段階的に500時間に改善され、耐用年数は1,500時間とされました。AL-31Fシリーズ42などの改良型では、MTBOが1,000時間に延長され、全寿命は2,000時間となりました。[ 2 ]

さらなる展開

推力偏向

AL-37FUとAL-31FP型には推力偏向機構が搭載されている。AL-37FUは、後にSu-37と命名されたSu-27M改造型の推力偏向実験型であり、推力は14.5トン力（142.2 kN; 31,970 lbf）に増強された。推力偏向ノズルは、ピッチングの場合は垂直面内で±15°、ロールの場合は差動で偏向可能であった。エンジンの耐用年数が終了した後、唯一のSu-37には通常のAL-31Fが搭載されていたが、2002年12月に墜落した。[ 7 ]

推力偏向に関する研究は、インド向けスホーイ/イルクートSu-30MKIに搭載されている量産型AL-31FPに加え、マレーシア向けSu-30MKM、ロシア空軍・海軍向けSu-30SMなどの派生型にも適用される。AL-31FPは、ベースラインのAL-31Fと同じ12.5トン力（122.6 kN、27,560 lbf）の推力を有するが、ノズルを最大±15°、毎秒30°の速度で偏向させることができる。偏向ノズルは主にピッチプレーンで使用されるが、AL-37FUとは異なり、偏向軸の傾斜により差動偏向によってロールモーメントとヨーモーメントも生成することができる。 AL-31FPノズルのオーバーホールまでの時間は500時間、エンジンのMTBOは1,000時間で、どちらも耐用年数は2,000時間です。AL-31FPは、UMPOで製造されるほか、インドのヒンドゥスタン・エアロノーティクス・リミテッド（HAL）のコラプット工場でも、緊密な技術移転契約に基づき製造されています。[ 2 ]

サリュートの開発

AL-31FN

AL-31FN型は、成都J-10のエンジンとしてサリュート社によって開発された。主な違いは、推力がわずかに増加して12.7トン力（124.54 kN; 27,999 lbf）となり、ギアボックスがエンジンの上部から下部に移動されたことなどである。その後のJ-10型および量産ロットには、改良されたAL-31FNシリーズ3が搭載され、推力は13.7トン力（134.35 kN; 30,203 lbf）に増加し、耐用年数は250時間延長された。[ 8 ]後に生産されたJ-10バッチには、最終的にAL-31FNの代わりに瀋陽/黎明WS-10Aが搭載された。[ 2 ]

2024年の珠海航空ショーで、ロステックはAL-31FNのシリーズ5アップグレードを発表しました。このアップグレードは理論推力14トン力（137.29 kN; 30,865 lbf）で、燃料消費量が6％向上しています。[ 9 ]

AL-31FM1、FM2、およびFM3

ロシア国防省イノベーションデー2013におけるAL-31Fシリーズ42（AL-31FM1）

サリュートは、推力と信頼性を高めたAL-31Fの改良型も開発しました。最初のものはAL-31FM1で、AL-31Fシリーズ42とも呼ばれ、より大きなKND-924-4ファンを搭載し、吸気口径がベースラインのAL-31の905 mm (35.6インチ) から924 mm (36.4インチ) に拡大されたことで、空気流量が6%増加しました。追加の機能強化には、タービン入口温度を高めるためのコアの改良、およびエンジン制御システムの改良が含まれます。このエンジンは、MTBOが1,000時間に改善され、予測寿命は2,000時間、推力は13.5トン力 (132.4 kN、29,760 lbf) に増加しました。このエンジンは2006年にロシア政府の受入試験に合格し、Su-27SM、Su-30M2、Su-34に搭載されました。[ 1 ] [ 10 ]

AL-31FM2はAL-31FM1の更なる発展型です。ファンの空力特性がさらに改良され、圧力比が向上しました。また、燃焼器とタービンブレードの空力特性と冷却性能も向上し、より高い入口温度に対応しています。AL-31FM2には、油圧機械式バックアップを備えた新型フルデジタルエンジン制御装置（FADEC）が搭載されています。推力はエンベロープ全体で9%向上し、アフターバーナーでの最大推力は14.5トン力（142.2 kN、31,970 lbf）です。このエンジンのMTBOは1,000時間で、予想寿命は3,000時間に延長されています。AL-31FM2のバージョンは、成都J-20の初期生産バッチに搭載され、後期バッチはWS-10Cに移行しました。これら2つのエンジンはJ-20に搭載予定の西安WS-15エンジンに代わる暫定的な動力源である。[ 11 ]

このラインの最後尾に提案されたAL-31FM3は、KND-924-3と呼ばれる新型3段ファンを搭載し、圧力比をさらに高め、コアの改良によりタービン入口温度を150℃上昇させる。アフターバーナーの最大推力は15トン力（147.1 kN; 33,070 lbf）に向上した。[ 1 ] AL-31FM3は、スホーイのT-50 PAK FA設計の潜在的な動力源として提案されたが、スホーイはこれを追求せず、代わりにサリュートのライバルであるNPOサターンとそのAL-41F1を選択した。[ 12 ] [ 13 ] [ 10 ]

サリュートによるAL-31の開発は、リュルカ・サターンの後継企業であるNPOサターンとの間で深刻な論争を引き起こした。サリュートは、この開発を不当かつ知的財産権の侵害であると考えている。[ 2 ]

土星の発展

AL-41F-1 ( izdeliye 117)

第5世代スホーイPAK FA用AL-41F1（国際航空宇宙サロンMAKS-2011）

1990年代にミコヤン計画1.42/1.44 （MFI）の第五世代戦闘機計画が衰退したことを受け、ロシア国防省はより手頃な価格の次世代多用途戦闘機開発計画（PAK FA）を開始し、2001年に競争入札が発表された。設計はMFIよりも小型となるため、当初のリュルカ＝サターン社によるMiG 1.42/1.44用AL-41F設計は大きすぎた。そこで、リュルカ＝サターン社（後にNPOサターン社）によるAL-31Fの大幅な改良型派生型（イズデリエ117）がスホーイ社に発注され、T-50の設計に採用された。このイズデリエ117は最終的に2002年の競争入札で勝利し、2020年にSu-57として就役した。 2001年にサターン社が初めて提案したイズデリエ117（AL-41F1）は、2004年4月にNPOサターン社との契約締結により正式に開発が開始された。[ 14 ] [ 15 ]

AL-41F1は、4段低圧圧縮機（ファン）と9段高圧圧縮機、1段低圧タービンと1段高圧タービンを備え、ベースラインのAL-31と同じ全体的なアーキテクチャを備えていますが、エンジンは最大80％の新しい部品とAL-41Fからの技術の応用により大幅に改良されました。[ 16 ]ファン径が932ミリメートル（36.7インチ）に拡大され、新しい高圧および低圧タービン、AL-31FPに似た推力偏向ノズルの備え、および航空機の飛行制御システムに統合されたデジタル制御システム（FADEC）を備えています。詳細は機密扱いとなっているが、AL-41F1の推力はAL-31に比べて2.5トン力（24.5 kN、5,510 lbf）増加し、エンジン重量は150 kg（330 lb）減少した。このエンジンは、乾燥状態で9トン力（88.26 kN、19,840 lbf）、アフターバーナー作動時には14.5トン力（142.2 kN、31,970 lbf）、緊急時には15トン力（147.1 kN、33,070 lbf）の推力を発揮し、乾燥重量は約1,600 kg（3,527 lb）である。[ N 2 ]このエンジンにより、Su-57はアフターバーナーなしでマッハ1.3の超音速、すなわちスーパークルーズを達成することができる。 [ 17 ] [ 18 ]

ロシア空軍の要求を満たすための国家試験の完了後、ロシア空軍と将来の外国顧客に供給されるSu-57戦闘機の量産に搭載するためのAL-41F1の量産が2019年に開始された。[ 19 ] AL-41F1のアフターバーナー非搭載版は、スホーイS-70オホートニク無人戦闘航空機（UCAV）に搭載されている。[ 20 ]現在生産されているSu-57はAL-41F1を搭載しているが、この航空機はステルス戦闘機ファミリーのベースとなることになっており、将来の改良型は、AL-41F1と同じフットプリントに収まる新しい設計のサターン・イズデリエ30（後にAL-51F-1と命名）を搭載することが計画されている。

AL-41F-1S ( izdeliye 117S)

第5世代PAK FAプログラムの開発リスクと関連コストを分散させるため、スホーイは推進システムを含む一部の技術を、高度に改良されたSu-27派生型であるT-10BM（通称Su-35BM）に採用し、後にSu-35と改称された。同機のエンジンであるNPO Saturn izdeliye 117S（AL-41F1S）は、Su-57のAL-41F1を若干簡略化した派生型であり、主な違いはAL-41F1Sの独立したエンジン制御システムである。Su-35とそのAL-41F1Sエンジンは、当初は輸出用にスホーイとサターンが共同で開発したが、当初の顧客はロシア国防省であった。[ 21 ]このエンジンは乾燥状態で8.8トン力（86.30 kN; 19,400 lbf）、アフターバーナーで14トン力（137.3 kN; 30,860 lbf）、緊急時には14.5トン力（142.2 kN; 31,970 lbf）の推力を発生する。[ 22 ] AL-41F1Sのファンの直径はベースラインのAL-31より3%増加し、905 mm（35.6 in）から932 mm（36.7 in）となり、タービン入口温度も上昇した。 このエンジンの乾燥重量は1,604 kg（3,536 lb）で、指定寿命は4,000時間、MTBOは1,000～1,500時間である。[ 23 ]このエンジンは2008年2月20日にSu-35BMに搭載され初飛行に成功した。[ 24 ] 2010年8月9日、UMPOはSu-35S戦闘機向けにAL-41F1Sの供給を開始した。このエンジンは、Su-35Sとのシステム統合を図る改修計画の一環として、Su-30SM2にも搭載されている。[ 25 ]

変種

名前 説明 ビルダー 年 推力 推力偏向 航空機 状態
AL-31FSu-27戦闘機に動力を供給するために開発された基本エンジン サリュート、UMPO 1981 27,560ポンド（122.6 kN） いいえ スホーイ Su-27、瀋陽 J-11、スホーイ Su-30MKK、スホーイ Su-30 (サリュート) 運用中/生産中
AL-31F3海軍仕様Su-33の改良型 土星リュルカ 28,230 lbf (125.57 kN) いいえ スホーイ Su-33稼働中
AL-31FP推力偏向機能を備えたインドのSu-30MKIの改良型 サリュート、HAL2000 27,560ポンド（122.6 kN） はい スホーイ Su-30 MKI、スホーイ Su-30MKM、Su-30MKA、スホーイ Su-30SM運用中/生産中
AL-31FN [ 26 ]成都J-10の改良型 サリュート 2002 27,998 lbf (124.54 kN) いいえ 成都 J-10稼働中
AL-31FNシリーズ3 [ 27 ]成都J-10Bの改良型 サリュート 2013 30,203 lbf (134.35 kN) いいえ 成都 J-10運用中/生産中
AL-31FNシリーズ5 [ 9 ]成都J-10Bの改良型が提案される サリュート 2024 30,864 lbf (137.29 kN) いいえ 成都 J-10J-10に提案され提供された
AL-31FM1（シリーズ42）[ 28 ]ロシア空軍向けの改良版 サリュート 2007 29,760ポンド（132.4 kN） はい

（オプション）[ 28 ]

スホーイ Su-27 SM、スホーイ Su-30、スホーイ Su-34運用中/生産中
AL-31FM2 [ 11 ]成都J-20の改良型 サリュート 2012 31,970 lbf (142.2 kN) いいえ 成都 J-20運用中/生産中
AL-37FUSu-37の先進派生型 ウンポ 31,970 lbf (142.2 kN) はい スホーイ Su-37Su-37の実験的派生型
AL-41F-1S（117S）[ 29 ]Su-35の先進派生型 ウンポ 2008 31,970 lbf (142.2 kN) はい スホーイ Su-35、スホーイ Su-30SM2運用中/生産中
AL-41F1 (117)スホーイSu-57の先進派生型 ウンポ 2010 33,070 lbf (147.1 kN) はい スホーイ Su-57、スホーイ S-70運用中/生産中

仕様

AL-31F

ゴードン[ 30 ]ロソボロンエクスポート[ 31 ]ユナイテッドエンジンコーポレーション[ 32 ] UMPO [ 33 ] [ 34 ]セイルート[ 35 ]のデータ

一般的な特徴

コンポーネント

パフォーマンス

  • 最大推力：
    • 7.8  tf (76.49  kN ; 17,200  lbf ) 乾燥推力
    • アフターバーナー付き12.5 tf（122.6 kN; 27,560 lbf）
  • 総圧力比：23:1
  • バイパス比：0.56:1
  • 空気質量流量: 112 kg/s (247 lb/s)
  • タービン入口温度: 1,665  K (2,537  °F ; 1,392  °C )
  • 燃料消費率：
    • 乾燥推力：22.1 g/kN/s（0.78 lb/lbf/h）
    • アフターバーナー付き：55.5 g/kN/s（1.96 lb/lbf/h）
  • 推力重量比：4.93（乾燥時）、8.22（アフターバーナー時）

AL-41F-1S (117S)

ロソボロンエクスポートのデータ[ 36 ] [ 37 ]

一般的な特徴

  • 型式: 2軸軸流アフターバーナーターボファン
  • 長さ: 494.2 cm (194.6 インチ)
  • 直径: 93.2 cm (36.7 インチ) 入口
  • 乾燥重量: 1,604 kg (3,536 ポンド)

コンポーネント

パフォーマンス

  • 最大推力：
    • 8.8 tf (86.30 kN; 19,400 lbf) 乾燥推力
    • 14 tf (137.3 kN; 30,860 lbf) アフターバーナー付き
    • 14.5 tf (142.2 kN; 31,970 lbf) 緊急推力
  • タービン入口温度: 1,745 K (2,681 °F; 1,472 °C)
  • 燃費：
    • 6,813 kg/h (15,020 lb/h) 乾燥時
    • アフターバーナー付きで24,969 kg/h (55,050 lb/h)
  • 燃料消費率：
    • 22.37 g/kN/s (0.790 lb/lbf/h) 乾燥時
    • アフターバーナー使用時 51.53 g/kN/s (1.819 lb/lbf/h)
  • 推力重量比：5.49（乾燥時）、アフターバーナー使用時8.75、緊急推力使用時9.04

参照

同等のエンジン

関連リスト

参考文献

注記

  1. ^ロシア語のизделие（翻訳：izdeliye ）は、文字通りには「製造品」または「製品」を意味します。
  2. ^ AL-41F1に関する初期の声明では推力重量比は10.5:1と示されていたが、エンジンの特性に関する新しい情報源では9.3:1という数字が示された。

参考文献

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