近日在成都突發了一起飛行事故，一架殲10墜毀在成都；飛行員安全彈射落地。如無意外，這又是一起發動機故障引起的墜毀。本文解讀殲10系列與各型發動機之間的歷史糾葛。

一：俄制AL-31F系列發動機挽救了殲10項目

根據《中國航空工業大事記》的記載，殲10的發動機選型會議是由航空工業部科技委于1983年6月9日-16日在北戴河召開的。會議上提供了三種發動機備選，分別是渦扇六改、渦噴15、太行發動機。無記名、加權平均的投票結果是航空工業部決定選擇太行發動機，但國防科工委當時卻否定了這一結果，選擇了渦噴15發動機。

渦噴15發動機是我國測繪蘇聯米格23戰斗機的R-29-300發動機的型號，雖然推力指標很高——與AL31F相同；但是它的重量和尺寸、耗油率都太大，從性能上講是很落后的，這也是它后來被淘汰的原因。科工委選擇渦噴15的唯一理由就是他們認為這個型號較為可靠，換句話說，當時國務院（科工委是國務院部門）并不看好渦扇六改和太行發動機。

至今為止我國所有投入服役的國產航空發動機，沒有一臺是嚴格意義上完全獨立研制的。從一型葉片，一個輪盤開始研制，逐漸組成一級壓氣機轉子、一級渦輪；再逐步擴展級數成為基本完整的高、低壓氣機和渦輪組合；繼而組成發動機的核心機乃至于完整的燃氣發生器進行試驗，最后由此衍生出型號驗證機，并最終完善成裝備型號——這種事情在中國已公開的航空發動機中還從未出現過。

這種上游研究的長期欠缺，使我國無法在發動機領域形成扎實詳盡的自有理論、試驗基礎和設計依據、手段。在型號研制過程中，研制人員不得不參考各型已有發動機，采用相似原則縮放設計甚或是直接測繪、逆向工程，將不同國家不同型號發動機的各個部分進行拼湊整合。

正是在這種背景下，渦扇6這個性能指標奇高（12.6噸推力）、研制難度空前的型號從1964年10月開始初步設計，卻出現了在1966年便完成全部圖紙，開始試制樣機的神奇速度。在這種隱患重重的設計中，大量部件之間性能匹配與協調運轉的缺陷又被隱藏在材料與工藝的不足下；數量嚴重不足的試制部件和樣機更是使得這些盤根錯節的故障根除起來極為艱難，窮盡手段仍然不見回天。

我國作為一個后起的工業追趕國家，不可否認在科研工程、工業生產中普遍存在很強的功利投機心態，往往是只要措施有效，便無所謂機理不明；這種得過且過的心態必然在未來發展中招致巨大的損失。航空發動機研制這種結構精密復雜、工況殘酷惡劣，重量體積控制苛刻的大型工程就是典型，諸多因素環環相扣，牽一發而動全身；機理不清楚下憑借淺薄經驗和主觀猜測提出的設計方案、改進措施，其效果如何幾乎只能取決于運氣。

渦扇6在1982年下馬的一刻，突然從停滯已有數年的研發狀態中完成了24小時持久試車拿到了飛行合格證，堪稱人間奇跡。雖然并未裝機試飛過，但它的實際水平仍然可以通過后續的昆侖發動機看出來。昆侖發動機的高、低壓氣機結構分別來自斯貝和渦噴13發動機，而燃燒室、渦輪、加力燃燒室等其它結構繼承自渦扇六發動機設計。該款發動機可靠性極差，裝機以后反復出現燃油滲漏、噴火舌、冒煙等現象；而渦扇六上聲稱最終成功克服的高溫、振動、喘振三大毛病，昆侖更是一個不少，由此引起的試飛墜毀事故最終導致殲八III的下馬。

90年代末期的昆侖尚且如此，80年代初期的渦扇六真實水平如何，不望而可知。而眾所周知的一點是，太行發動機正是來自于主持渦扇六、渦噴13發動機研究的單位；而它完成基礎設計的時間，也正好在90年代末期以前。殲10在那個被蘇27和其它諸多因素沖擊得風雨飄搖的年代，試飛階段的墜機事故極有可能就意味著整個項目的下馬——就像殲八III一樣；在命運與歷史的絞纏中，俄羅斯的AL-31F發動機拯救了殲10項目。

二：俄制AL-31F發動機系列的潤滑設計存在較嚴重的可靠性缺陷

雖然AL-31F發動機是蘇聯研制蘇27時的配套工程，但嚴格的說它在當時也并不是一種全新設計的產物，而是在AL21渦噴發動機的基礎上參照了大量RD33發動機設計發展而來。殲10上裝配的AL-31FN發動機是針對單發飛機安裝要求而推出的一種小改型，主要的改進有兩個：首先是將附件傳動箱從發動機上面轉移到下面，但附件傳動機匣的位置仍然不變；其次拆掉了內外涵流道的分流隔板。從性能變化上說，AL-31FN的長度少了40mm，重量輕了23公斤，耗油率稍微高了一點；其它都保持不變——包括AL-31F的各種缺陷。

大多數針對AL-31F發動機家族缺陷的評論都指向了材料性能較低、工藝落后，或者是涉及性能方面的設計過時：比如該發動機高溫部件采用的還是定向凝固合金，工作溫度較低；未能采用一體式壓氣機盤，壓氣機葉片與輪盤之間居然還采用著強度較低的螺栓連接方式；整體架構較為落后，風扇和總壓氣機級數過高等等。

實際上這些缺陷固然存在，但影響的主要是和性能有關的指標；包括發動機的推力大小、使用壽命、發動機整體重量等等。AL-31F家族最大的可靠性瓶頸來自于它的支承結構和在此基礎上展開的潤滑系統設計。渦扇發動機作為一種依靠部件旋轉做功的燃機，它的核心運動部件包括風扇、低壓壓氣機、高壓壓氣機、渦輪都安裝在轉子上；而轉子要把自身載荷傳遞給整個發動機匣，就要通過支承結構和軸承實現。

在渦扇發動機的運轉過程中，支撐著轉子高速旋轉的軸承一直處于重載荷（相當于7~9.2噸）、高轉速、高溫度（可以達到260度以上）的狀態下。因此對軸承進行大壓力、高流量的潤滑，減小摩擦并帶走熱量降低溫度就成為保障發動機工作的基礎前提。

一旦軸承得不到充足的潤滑，轉動阻力會迅速加大，溫度迅速升高；局部的摩擦熱量會使摩擦面上出現變形和摩擦顯微焊合、乃至于局部融化，而這些微小的焊點隨之又會在旋轉作用下被撕裂。這種軸承部件之間粘著——撕裂——粘著的循環發展到最后，就是軸承喪失旋轉精度、最終卡死抱軸，發動機也必然隨之停車。

在較為落后的發動機設計中，潤滑系統可靠性不高是普遍現象。比如我軍1985年發動機空中停車事故中，發動機潤滑系統故障引起的事故就占43%。美國TF34發動機在1983年發生了90次事故，潤滑故障占28%。而AL-31F發動機由于支承設計較為復雜，比如它采用了雙中介軸承、四軸承低壓轉子的設計；軸承的潤滑可靠性一直很差，而同期的RD33發動機則少有此類問題。要徹底解決AL-31F的潤滑可靠性問題難度非常大，因為完全改變支承設計的話，無異于重新設計發動機。

在AL-31F的設計中，發動機降轉是潤滑系統壓力過低以后的保護動作；因此一旦出現發動機降轉警報，就意味著AL-31FN發動機的軸系潤滑已經嚴重不足，空中停車就會很快到來。比如中央電視臺重點報道過的李峰駕駛無動力殲10迫降事跡中，李峰第一次接到發動機降轉報警后立刻開始返場；在這個過程中他在保持必要飛行高度的前提下將發動機轉速控制到最低，以延緩發動機空中停車。當距離機場6公里時，出現第二次發動機降轉警報；到3.8公里時，發動機就徹底停車

排除本次尚未得出結論的事故以外，殲10自研制以來所有的墜毀事故中，除了一次是由于飛行員云間錯覺引起外，全部是由于發動機問題導致的。根據海軍發動機專業的公開文獻，我國曾經多次就AL-31F系列發動機的潤滑缺陷問題咨詢俄羅斯的設計和生產單位。而俄方表示他們進行過設計方面的改進，但受資金的限制未開展試驗驗證，也無法給出從設計原理上解決故障的措施。

說到底，俄羅斯人對于AL-31F系列發動機的潤滑缺陷就是兩個態度：我自己不那么在乎，湊合就行了；你想改進，先拿錢來。這其中的關鍵原因之一，就是AL-31F的可靠性問題在殲10這樣的單發高性能戰斗機上比較突出，但在蘇27平臺上的影響卻要小得多得多。

三：殲10對發動機帶來的要求苛刻，遠遠超出AL-31F設計預想

和蘇27相比，殲10平臺的不同除了單發動機以外，這種后期型三代機還異常的強調高敏捷飛行。高敏捷飛行的內容有很多，但通俗的解釋起來就是通過允許、鼓勵飛行員進行更粗暴、更狂野、更猛烈的極端性操縱，把飛機的機動性發揮到極限。

比如在進入、退出大過載狀態方面，高敏捷飛機的速率就要大得多——早期三代機需要3-4秒才能從平飛狀態進入到極限機動狀態，或者從極限機動狀態退出，而高敏捷飛機只需要2秒甚至更短。F14、F15、蘇27這樣的早期三代機滾轉性能都比較差，而殲10這樣的飛機設計指標上不僅最大滾轉速度要達到270~300度/秒這樣的人體耐受極限；而且尤其強調在最短的時間內達到最大滾轉速度并急劇退出的能力。

這種設計對飛機的氣動、控制和結構都有著很苛刻的要求。主持殲10試飛工作的周自全就曾經在闡述結構試飛工作時評論：“與縱向階躍操作一樣急劇滾轉加上急劇制動是對飛機結構最嚴格的考驗”。這樣的評價又何嘗不適用于發動機，然而正是在這一方面，AL-31F表現是不合格的，尤其是在殲10平臺上。

在發動機的壽命標準中，時間其實是一個很寬松的標準，真正的要害在于使用強度。比如美國F100發動機最初服役時突然爆發的大面積故障，以至于引起F15群體趴窩，就是因為發動機在實際使用中的強度遠超過設計者的預想。F15飛行員在高機動飛行中反復的頻繁推拉油門桿，使發動機在各種過載變化、惡劣進氣條件下的轉速和溫度都處于反復的劇烈變化中；使發動機部件承受的多變應力循環數達到設計標準的數十倍。

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