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	成都 J-10 成都 J-20 スホーイ Su-27 スホーイ Su-30MKI スホーイ Su-57 瀋陽 J-11 スホーイ S-70 オホートニク B

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あり、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いくつか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行われ、スホーイSu-30MKI向けにも使用されている。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。

AL-31ターボファンの設計は、1970年代にリュルカ設計局（リュルカ・サターンとしても知られる）によりizdeliye 99 ^{[N 1]の}名称で開始された。長距離飛行においてターボジェットよりも燃料効率に重点を置き、12.5トン力（122.6 kN; 27,560 lbf）クラスのターボファンエンジンは、スホーイが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、 「有望な最前線戦闘機」）に動力を供給することが意図されていた。主任設計者はアルヒップ・M・リュルカで、彼の死後はヴィクトル・M・チェプキンが担当した。 1977年、最初の2機のT-10試作機にはAL-31がまだ準備されていなかったため、当初は改良されたAL-21F3ターボジェットエンジンを搭載していた。3機目の試作機はAL-31を搭載した最初の試作機となった。T-10の設計はT-10Sに大幅に改訂され、T-10-7は改良設計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に取り付けられるようになった。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ている。^{[1] [2]} 

ソ連崩壊後、設計局と生産工場の区別は再編され、徐々に薄れていき、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となった。サターンとサリュートの両社は、AL-31ファミリーの独自の開発を行うことになる。サリュートは、中国が運用する戦闘機にもAL-31の派生型を供給している。J -10は、新しい派生型が国産の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が準備され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る。^[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開発にも使用され、初期の例では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のメンテナンス技術文書の助けを借りて開発されたとのことです。^[5]これは、瀋陽航空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]

基本モデルの AL-31F は、2 軸軸流アフターバーナー ターボファンです。このエンジンには、4 段低圧コンプレッサーと 9 段高圧コンプレッサーがあり、どちらも単段タービンで駆動されます。全体の圧力比は 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 ブレードには空気膜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、吸気口からのひどく歪んだ空気の流れに耐えることができます。乾燥推力 7.8 トン力 (76.49 kN、17,200 lbf)、アフターバーナー推力 12.5 トン力 (122.6 kN、27,560 lbf) を生成します。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ール設計になっています。双発エンジンのSu-27では、左右のエンジンは交換可能です。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、必要な300時間には達していませんでした。後期シリーズでは、MTBOの数値が徐々に改善され、500時間になりましたが、耐用年数は1,500時間と設定されています。さらに改良された派生型、例えばAL-31Fシリーズ42では、MTBOが1,000時間に増加し、全寿命は2,000時間になりました。^[2]

AL-37FUとAL-31FP型には推力偏向装置が搭載されている。AL-37FUは、後にSu-37と命名された改良型Su-27Mの実験的な推力偏向装置で、推力は14.5トン力（142.2 kN; 31,970 lbf）に向上された。推力偏向ノズルは、ピッチングの場合は垂直面内で同時に±15°、ロールの場合は差動的に偏向できる。エンジンが耐用年数に達した後、2002年12月に墜落するまで、唯一のSu-37に通常のAL-31Fが搭載されていた。^[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に使用されている量産型 AL-31FPや、マレーシア向けSu-30MKM、ロシア空軍および海軍向け Su-30SM などの派生型に適用される。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) の推力を持ちますが、ノズルを 30°/秒の速度で最大 ±15° まで偏向させることができます。偏向ノズルは主にピッチ面で使用されますが、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 モーメントも生成できます。 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、両方とも耐用年数は2,000時間です。AL-31FPはUMPOによって製造されるほか、インドのヒンドゥスタン航空機有限会社（HAL）のコラプット工場でも、緊密な技術移転契約に基づいて製造されています。^[2]

AL-31FN派生型は成都J-10の動力源としてサリュート社によって開発されたもので、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。その後のJ-10派生型と生産ロットには改良されたAL-31FNシリーズ3が搭載され、推力が13.7トン力（134.35 kN; 30,203 lbf）に増加し、耐用年数が250時間延長された。^[8]その後のJ-10生産ロットには最終的にAL-31FNの代わりに瀋陽/黎明WS-10Aが搭載されることになった。^[2]

サリュート社は、推力と信頼性を高めたAL-31Fの改良型も開発しました。1つ目は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) に拡大して、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、エンジン制御システムの改良などがあります。このエンジンは、MTBOが1,000時間に改善され、予想寿命は2,000時間となり、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] [9]}

AL-31FM2 は、AL-31FM1 のさらなる発展型です。ファンの空力特性がさらに改良され、圧力比が増加しました。このエンジンには、燃焼器とタービンブレードの空力特性と冷却の改良も組み込まれ、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しいフルオーソリティデジタルエンジン制御 ( FADEC ) があります。推力はエンベロープ全体で 9% 増加し、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 時間に増加しました。AL-31FM2 のバージョンは、Chengdu J-20の初期生産バッチに搭載され、その後のバッチは 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に代わる暫定的な動力源である。^{[10] [11]}

このラインの最後は提案されたAL-31FM3で、KND-924-3と呼ばれる新しい3段ファンを持ち、圧力比をさらに高め、タービン入口温度を150℃上げるための追加のコア改良が施されている。アフターバーナーの最大推力は15トン力（147.1 kN; 33,070 lbf）に増加した。^[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ていたが、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] [9]}

サリュートの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とみなした。^[2]

1990年代にミコヤン計画1.42/1.44 MFI第5世代戦闘機プログラムが衰退したため、ロシア国防省はより手頃な価格の次世代多用途戦闘機のPAK FAプログラムを開始し、2001年に競争入札が発表された。設計はMFIよりも小型になる予定だったため、MiG 1.42/1.44用の元のリュルカ・サターンAL-41F設計は大きすぎた。代わりに、リュルカ・サターン（後のNPOサターン）の大幅に改良されたAL-31F派生型で、イズデリエ117と呼ばれ、スホーイのT-50設計に採用され、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年にサターン社によって初めて提案されたイズデリエ117（AL-41F1）は、NPOサターン社との契約締結により2004年4月に正式に開発が開始された。^{[14] [15]}

AL-41F1は、4段低圧コンプレッサー（ファン）と9段高圧コンプレッサー、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、新しい高圧タービンと低圧タービン、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。詳細は機密扱いのままだが、AL-41F1の推力はAL-31より2.5トン力（24.5 kN; 5,510 lbf）増加し、エンジン重量の増加は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）、アフターバーナー使用時には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）の推力を生み出し、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超音速、つまりマッハ1.3でのスーパークルーズを達成することができる。 ^{[17] [18]}

ロシア空軍の要件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の顧客に供給されるSu-57戦闘機の量産に搭載するためのAL-41F1の量産が2019年に開始されました。^[19] AL-41F1のアフターバーナーなしのバージョンは、スホーイS-70オホートニク無人戦闘航空機（UCAV）に搭載されています。^[20]現在のSu-57の量産トランシェはAL-41F1を搭載していますが、この航空機はステルス戦闘機ファミリーの基礎となることを目的としており、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であるサターン・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ます。

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するため、スホーイは推進システムを含む技術の一部を、高度にアップグレードされたSu-27派生型であるT-10BM（一般にSu-35BMと呼ばれる）に適用し、後にSu-35とだけ呼ばれるようになった。この航空機の動力装置であるNPOサターン・イズデリエ117S、またはAL-41F1Sは、Su-57のAL-41F1をわずかに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、当初の顧客はロシア国防省であったが、もともとスホーイとサターンが輸出用に社内で開発した。^[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）の推力を発揮する。^[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インチ）から932 mm（36.7インチ）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]このエンジンの初飛行は2008年2月20日にSu-35BMで完了した。^[24] 2010年8月9日、UMPOはSu-35S戦闘機向けのAL-41F1Sの供給を開始した。このエンジンは、Su-35Sとシステムを統合するアップグレード計画の一環として、Su-30SM2にも搭載されている。^[25]

ゴードンのデータ^[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]

• 型式: 2軸軸流アフターバーナーターボファン
• 長さ: 4,945  mm (194.7 インチ)
• 直径：
  
  • 905 mm（35.6インチ）の入口;
  • 最大1,280 mm（50インチ）外部
• 乾燥重量: 1,520  kg (3,350  lb )

• コンプレッサー： 4段低圧コンプレッサー（ファン）と9段高圧コンプレッサー
• 燃焼器： 環状
• タービン： 1段低圧、1段高圧タービン

• 最大推力:
  
  • 7.8  tf (76.49  kN ; 17,200  lbf ) ドライスラスト
  • 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 (アフターバーニング時)

ロソボロンエクスポートのデータ^{[36] [37]}

• 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)

• コンプレッサー： 4段低圧コンプレッサー（ファン）、9段高圧コンプレッサー
• 燃焼器：環状
• タービン： 1段低圧、1段高圧タービン

• 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
  • アフターバーナー付きで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

同等のエンジン

• ゼネラルエレクトリック F110
• プラット・アンド・ホイットニー F100
• クリモフ RD-33
• 瀋陽WS-10
• ソロヴィヨフ D-30

関連リスト

• 航空機エンジンの一覧

ウィキメディア・コモンズには、サターン AL-31に関連するメディアがあります。

• ロシア軍事分析 - AL-31 F 航空機ターボファン エンジン
• LeteckeMotory.cz の AL-31F (cs、en)
• AL-41F1A (117S) 上の LeteckeMotory.cz (cs、en)