苏-57进化论（三），发动机迷雾
真假AL-41F
T-50原型机和苏-57早期生产型安装两台AL-41F1加燃涡扇发动机 ， 该发动机由土星-留利卡科研生产联合体研制 ， 是苏-27/30系列AL-31系列发动机的深度改进型 ， 也是苏-35AL-41F-1S发动机（“产品117S”）的增推型 ， 最大加力推力从前者的14.5吨增加到15吨 ， 该发动机代号“产品117” 。
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AL-31FN与AL-41F-1S（右） ， 前脸看起来一模一样
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安装了轴对称全向矢量尾喷管的AL-41F1
“产品117”作为一种过渡发动机 ， 虽然号称AL-41 ， 却与曾安装在米格1.44验证机上的AL-41F（“产品20”）截然不同 ， 后者具有全新的核心机 ， 最大加力推力17.7吨 ， 并针对长时间超音速巡航进行了优化 ， 在尺寸上也大于“产品117” 。
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正宗AL-41F
土星在AL-41F的研制中采用了包括粉末冶金在内的多项新技术 ， 发动机大量采用复合材料和新型合金等先进材料 ， 留里卡工程师们在降低发动机的红外和雷达特征上也付出巨大努力 ， 最终与苏-27战斗机的留里卡AL-31F发动机相比 ， AL-41F的性能在几乎每个方面都有了很大提高 。 例如涡轮温度上升12% ， 推重比从AL-31的8提高到了11 ， 另一个重要指标——推力/迎风面积比也得到了改善 。 AL-41F零件数量更少 ， 单晶叶片高压涡轮采用全新叶片冷却概念 ， 此外留里卡-土星科研生产联合体还必须满足一个关键指标：发动机操作成本降低约25% 。
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Al-41F与“产品117S”（下）的尺寸对比
但随着苏联在1991年底的解体 ， AL-41F发动机也最终随着米格1.44项目的终结而夭折 ， 仅制造出几十台原型发动机 ， 安装在图-16LL发动机测试平台和一架米格-25PD上进行了飞行测试 。 除了米格1.44外 ， 苏霍伊的苏-47“金雕”验证机也计划安装这种发动机 ， 但最后没有实现 。
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安装两台AL-41F发动机的米格1.44验证机
2002年苏霍伊公司在PAK-FA项目中获胜后 ， 俄罗斯重启第五代战斗机的研制 。 但苏霍伊公司设计的苏-57战斗机是一种与米格1.44和苏-47截然不同的隐身战斗机 ， 在进气系统和发动机设计继承了苏-27的吊舱式设计 ， 紧凑的外形意味着该机发动机舱将无法塞下庞大的AL-41F发动机 。
“产品117”
于是俄罗斯人决定采用两条腿走路的办法 ， 在T-50原型机和苏-57早期生产型上使用AL-31F发动机的重大改进型AL-41F1“产品117” ， 然后在后续生产型上安装全新研制的“产品30”发动机 。
使用“产品117”发动机完成过渡 ， 不会耽误苏-57的研发试飞和装备 ， 此外还能借鉴苏-35S在“产品117S”发动机上的使用经验 。 作为AL-41F-1S的进一步改进型 ， AL-41F1“产品117”具有了全权限数字式发动机控制系统以适应苏-57的全新飞控 。
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台架测试中的AL-41F1
“产品117”与AL-31相比更换了新的风扇、高低压涡轮 ， 数字控制系统 ， 以及在苏-30MKI上验证成熟的推力矢量喷管 ， 最大加力推力比Al-31F增加了16% ， 寿命比Al-31F大幅提高了2~2.7倍 ， 首次大修时间提高到1500小时 ， 此后的大修间隔也从500小时提高到1000小时 ， 该发动机依据使用条件的不同能达到1500~4000小时的设计寿命 ， 这对俄制发动机来说是重大飞跃 。
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尾喷管和LEVCON配合差动的苏-57
虽然“产品117”发动机的推力比AL-31F增加了2.5吨达15吨 ， 发动机重量减轻了330千克 ， 推重比增加到10.5 ， 由于军用推力不足（8.8吨） ， 影响了苏-57超音速巡航能力的发挥 ， 与F-22普惠F119发动机的10.6吨军用推力相比还有很大差距 。
超音速巡航是第四代隐身战斗机的一个重要能力 ， F-22能做1.5-1.6马赫的超音速巡航 。 由于超音速巡航无需开加力 ， 所以大幅提高战斗机在超音速机动中的滞空时间 ， 还能降低对隐身不利的红外辐射 ， 并具有更大的机动空间和空空导弹初始动能 ， 提高射程 。 虽然苏霍伊表示苏-57的最大超音速巡航速度1450公里/小时 ， 但这个数值应该是更换“产品30”发动机之后的估算数值 ， 安装“产品117”发动机的苏-57在干净气动外形下应该仅能进行“弱”超音速巡航 ， 意义不大 。
“产品30”
苏-57最终将换装“产品30”发动机 ， 也就是所谓的“第二阶段发动机” ， 该发动机不仅更轻、推力更大 ， 并且零件数量也大幅减少 。
目前这种发动机处于严格保密状态中 ， 相关信息很少 。 一般认为 ， “产品30”代表着俄罗斯在战斗机发动机领域的最高成就 ， 其设计军用推力11吨 ， 加力推力17-18吨 ， 达到甚至超过F119的水平 。 “产品30”属于俄制第5代喷气式战斗机发动机 ， 具有许多新特点 ， 其中最重要的就是能在不开加力的情况下让苏-57进行超音速巡航飞行 ， 这对提高该机作战半径和空战能力至关重要 。
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测试台上的“产品30”发动机
“产品30”在研制中应用了俄罗斯最先进的发动机技术、材料和解决方案 ， 根据已知信息 ， 这种发动机的亚音速和超音速下的油耗都低于苏-57现有的“产品117” 。 “产品30”具有3级低压压气机、5级高压压气机、环形燃烧室、一级高压涡轮和一级低压涡轮 ， 与4级低压压气机和9级高压压气机的“产品117”相比更轻 ， 更易于维护 ， 更少的运动部件也意味着更少的维护时间 。
压气机压缩比为6.7 ， 提供高达20-23千克/秒的空气流量 。 燃烧室配有直接安装在燃油喷嘴上的等离子点火系统 ， 能确保燃料进入燃烧室后立即燃烧 ， 保持最佳燃烧模式 ， 不会因燃烧室积聚燃料导致不正常燃烧 。 涡轮进口温度1950至2100K ， 比AL-31F的1700K大幅提高 。
此外 ， “产品30”的核心机采用了特殊材料制造 ， 高压压气机使用高性能钛铝合金而不是传统高温镍钢合金制造 ， 燃烧室和涡轮采用CMC陶瓷基复合材料和钛铝合金制造 。 除了使发动机更轻之外 ， 这些先进材料还增加了涡轮进口温度 ， 有助于发动机长时间维持大推力输出状态 ， 同时也使发动机效率更高效 。
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“产品30”与“产品117”尾喷管的对比
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“产品30”尾喷管单元
据传“产品30”的第一级和第二级压气机风扇还具有雷达吸波结构 ， 将彻底解决苏-57直通式进气道的隐身问题 。 “产品30”发动机的锯齿矢量喷管仍沿用“留里卡-土星”惯用的关节式偏转结构 ， 也就是通过一个关节套筒使整个尾喷管做上下偏转 。 但尾喷管具有完善的雷达和红外隐身设计 。 该尾喷管外侧鱼鳞片的锯齿边缘与内侧鱼鳞片齐平 ， 这些锯齿边缘被西方发动机制造商称为人字形尖端 ， 不仅降低了喷管的雷达特征 ， 还有助于在尖端产生旋涡 。 这些旋涡能促使灼热喷气流与较冷的环境空气更快混合 ， 降低排气温度 。 尾喷管根部还开了一圈覆盖有细金属屏蔽网的引射进气口 ， 直接通过引射作用将冷空气导入两层鱼鳞片之间来降低喷管表面温度 。
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“产品30”尾喷管根部的冷却进气口
总师谈“产品30”
2019年3月俄媒N+1采访了苏-57生产型发动机“产品30”设计总师叶夫根尼·马尔丘科夫（YevgenyMarchukov） ， 后者首次透露为了在亚音速和超音速速度下都达到较低的耗油率 ， “产品30”采用可变涵道比设计 ， 也就是类似YF120的变循环技术 。 在亚音速下外涵道打开发动机以涡扇模式工作 ， 在超音速下外涵道关闭以涡喷模式工作 ， 兼顾高低速燃油经济性 。 马尔丘科夫还说“产品30”的全新扁平喷管也在研发中 ， 这种尾喷管内部的S形通道将能隐藏发动机高压涡轮 ， 进一步优化红外隐身性能 。
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俄红星电视台截图显示苏-57新尾喷管的可能式样
这种新发动机具有全权限发动机数字控制系统 ， 通过接受来自各种不同传感器的数据全程监控所有发动机部件的运行 。 控制系统在收到飞控系统的指令后 ， 会基于当前发动机运行参数和各种外部因素来执行指令 ， 简化了飞行员的工作 ， 并使发动机始终保持最优状态 。 “产品30”使苏-57即使以35吨最大起飞重量起飞时 ， 推重比仍大于1 ， 正常起飞重量推重比1.15-1.2 。
“产品30”在2017年年底被安装在T-50-2原型机的左发动机舱进行试飞 ， 至今已经持续试飞两年多时间 。 2019年3月俄媒报道土星已生产了大约24台原型发动机供地面和飞行测试 ， 整个测试周期将持续三年 ， 首批发动机到2025年左右装备苏-57 。 在试飞中 ， 苏-57现有的进气口在超音速和亚音速飞行状态下均能使“产品117”和“产品30”两种发动机达到最佳性能 ， 使飞机最大速度超过2.0马赫 。
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T-50-2LL发动机测试机
除了性能大幅提升外 ， “产品30”还将提高燃油效率并降低生命周期成本 ， 可提高苏-57的航程并降低其操作成本 ， 据估计该机在“产品30”11吨军推的驱动下能进行1.5马赫的超音速巡航 。 “产品30”对苏-57的重要性不言而喻 ， 在结合了该机的第二阶段加强结构后 ， 将使该机成为一种能真正与F-22抗衡的第五代战斗机 。
2020年俄国防部可能会签订安装“产品30”发动机的第二批苏-57生产型的采购合同 ， 这种发动机将由乌法发动机生产联络体（UMPO）制造 。 土星在“产品30”基础上已经展开第六代战斗机发动机的预研 ， 最大的特点是在现有两个涵道上增加第三涵道 ， 成为自适应循环风扇发动机 ， 这种发动机将是俄罗斯第六代战斗机的动力装置 。
神秘的茧包
苏-57在机腹下方、两个发动机吊舱之间的“隧道”中布置了两个串列主弹舱 。 苏-47“金鹰”前掠翼验证机为苏-57测试了主弹舱设计 ， 从该机的开弹舱照片可以开出 ， 主弹舱内置两个UVKU-50伸缩式弹射挂架 ， 可并列挂载两枚K-77M（产品180）中距主动雷达制导空空导弹 。
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在苏-47上测试的主弹舱
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UVKU-50伸缩式弹射挂架
该弹也被称为RVV-MD ， 是R-77的改进型号 ， 取消了后者的栅格尾翼以适应苏-57的弹舱 ， 双脉冲固体火箭发动机将使该弹获得190公里最大射程 ， 彻底解决R-77腿短的问题 。
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苏-57弹舱和外挂架布置
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K-77M的可能外形
多年来人们对苏-57翼根两个“茧包”的作用猜测纷纷 ， 从俄罗斯专利图可以看出苏-57的两个侧弹舱就位于机翼边条下方的两个“茧包”中 ， 长度足以容纳两枚近距K-74M2（RVV-SD ， “产品760”）红外制导空空导弹 ， 当弹舱门开启、滑轨完全伸出之后 ， K-74导弹的引导头能够完全伸出于机翼边条之外 ， 获得的锁定视野与机翼外挂时差不多 。
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苏-57格斗弹舱的设计
2020年3月25日俄罗斯国防部为了庆祝俄空天军歼击机日 ， 发布重磅视频 ， 首次展示了苏-57从格斗弹仓发射导弹的情景 。 在视频中 ， 一架T-50原型机以垂直姿态低速大迎角爬升 ， 右翼根部“茧包”弹舱开启 ， 伸出一枚格斗弹 ， 锁定目标后向上发射 ， 此次测试应该是为了验证苏-57在极限飞行模式下发射格斗弹的能力 。
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右翼茧包后方留下的导弹发射灼烧痕迹
K-74M2是古老R-73空空导弹的进一步发展型 ， 主要改进在于改用完全数字化和可重新编程的电子系统 ， 基本上相当于数字化的R-73 ， 当然该弹也在大离轴角攻击能力（+/-75）和射程上有所进步 ， 并具有发射后锁定能力 。
由于之前俄制空空导弹红外引导头大都由乌克兰基辅提供 ， 俄乌交恶后由于俄罗斯在光电传感器方面技术储备不足 ， 导致K-74M2采用的是双色引导头而不是目前全球先进近距弹已经广泛装备的红外成像引导头 ， 在抗干扰能力和探测距离上与AIM-9X存在代差 ， 这将严重影响苏-57战斗机在服役初期的视距内空战能力 。
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“产品300”的可能外形
【苏-57进化论（三），发动机迷雾】俄罗斯也对K-74M2的代差心知肚明 ， 因此规划了K-MD（“产品300”）来最终取代K-74M2 。 这是一种全新研制的近距弹 ， 性能将全面超越AIM-9X和ASRAAM ， 除用于视距内空战外也具备近距反导能力 。 K-MD将采用红外焦平面阵列引导头 ， 锁定距离将是K-74M2的两倍以上 ， 具有很高的抗干扰能力和目标识别能力 。 但由于俄罗斯在红外成像传感器上的技术弱势 ， 该项目自2006年被公布之后就始终没有下文 ， 可能研发已经陷入困境 。
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