Saturno AL-31

El Saturn AL-31 (originalmente Lyulka) es una familia de motores turbofán de flujo axial, desarrollados por la oficina de diseño Lyulka-Saturn en la Unión Soviética, ahora NPO Saturn en Rusia, originalmente como un motor de 12,5 toneladas (122,6 kN, 27.560 lbf) para el caza de superioridad aérea de largo alcance Sukhoi Su-27. El AL-31 actualmente propulsa a la familia de aviones de combate Su-27 y algunas variantes del caza a reacción multifunción Chengdu J-10. El ensamblaje del motor también lo realiza bajo licencia en la India HAL, para el Sukhoi Su-30MKI. Las variantes mejoradas propulsan al Sukhoi Su-57 de quinta generación y al Chengdu J-20.

El diseño del turbofán AL-31 comenzó en la década de 1970 bajo la designación izdeliye 99 por la oficina de diseño Lyulka, también conocida como Lyulka-Saturn. Con énfasis en una mayor eficiencia de combustible en comparación con los turborreactores para un mayor alcance, el motor turbofán de clase 12,5 toneladas fuerza (122,6 kN; 27.560 lbf) fue pensado para propulsar al pesado PFI (en ruso: ПФИ, abreviatura de: перспективного фронтового истребителя, lit. 'Promising Frontline Fighter'), que estaba siendo desarrollado por Sukhoi como el T-10. El diseñador jefe fue Arkhip M. Lyulka, y después de su muerte, Victor M. Chepkin. Como el AL-31 no estaba listo todavía para los dos primeros prototipos del T-10 en 1977, inicialmente fueron propulsados por motores turborreactores AL-21F3 modificados. El tercer prototipo sería el primero en instalar el AL-31. El diseño del T-10 se revisaría en profundidad para convertirse en el T-10S, siendo el T-10-7 el primer prototipo del diseño mejorado; los refinamientos aerodinámicos del avión a partir de cambios en la forma exterior y el empaque también dieron como resultado que la caja de cambios del AL-31 cambiara a una posición de montaje superior. Las pruebas estatales del AL-31 se completaron en 1985, y el T-10 entró en los servicios aéreos soviéticos como Su-27. El motor se fabrica en UMPO, con sede en Ufa, y en Salyut, con sede en Moscú.

Tras el colapso de la Unión Soviética, las distinciones entre las oficinas de diseño y las plantas de producción se reajustaron y gradualmente se desvanecieron, y Lyulka-Saturn finalmente se fusionó con Rybinsk Motors para convertirse en NPO Saturn y se alineó estrechamente con UMPO mientras que Salyut se convirtió en una entidad independiente; tanto Saturn como Salyut harían sus propios desarrollos para la familia AL-31. Salyut también suministra variantes del AL-31 a los cazas operados por China. El J-10 usa el AL-31FN antes de que las variantes más nuevas hicieran la transición al WS-10A doméstico, mientras que el J-20 usa el AL-31FM2 como motor provisional hasta que su WS-15 previsto esté listo. Esta reorganización daría lugar a graves disputas entre Saturn y Salyut sobre los derechos de propiedad intelectual y las regalías por las ventas del AL-31 a China.

El AL-31 también se utilizó para ayudar al diseñador y fabricante de motores chino Shenyang/Liming en el desarrollo del WS-10, y los primeros ejemplares utilizaron directamente el sistema de control AL-31F. Según Victor M. Chepkin, diseñador jefe de los motores 117 y 117S de Saturn, el WS-10 se desarrolló con la ayuda de la documentación técnica de mantenimiento del AL-31; esto fue confirmado recientemente por la Corporación de la Industria de Aviación de China (AVIC), la empresa matriz de Shenyang Aircraft Corporation.

El modelo básico AL-31F es un turbofán de flujo axial con postcombustión de dos ejes. El motor tiene un compresor de baja presión de cuatro etapas y un compresor de alta presión de nueve etapas, ambos impulsados por turbinas de una sola etapa. La relación de presión general es de 23 y la temperatura de entrada a la turbina es de 1.392 °C (1.665 K; 2.538 °F); las palas de la turbina incorporan refrigeración por película de aire. El motor está controlado por la unidad analógica KRD-99 y puede tolerar un flujo de aire severamente distorsionado desde la entrada. Produce 7,8 toneladas-fuerza (76,49 kN; 17.200 lbf) de empuje en seco y 12,5 toneladas-fuerza (122,6 kN; 27.560 lbf) de empuje en postcombustión. El AL-31 tiene un diseño modular para facilitar el mantenimiento y la revisión. En el Su-27 bimotor, los motores izquierdo y derecho son intercambiables. Inicialmente, el tiempo medio entre revisiones (MTBO) del motor era de solo 100 horas, menos de las 300 horas requeridas. Las series posteriores mejoraron gradualmente la cifra de MTBO a 500 horas, mientras que la vida útil se asignó a 1500 horas. Las variantes mejoradas posteriores, como la AL-31F Serie 42, aumentaron el MTBO a 1000 horas con una vida útil completa de 2000 horas.

Las variantes AL-37FU y AL-31FP tienen vectorización de empuje. El AL-37FU era una variante experimental de vectorización de empuje para un Su-27M modificado, posteriormente designado Su-37, y se mejoró a 14,5 toneladas-fuerza (142,2 kN; 31.970 lbf) de empuje. Las toberas de vectorización de empuje podían desviarse ±15° en el plano vertical juntas para cabeceo o diferencialmente para alabeo. Después de que los motores alcanzaran el final de su vida útil, el único Su-37 estuvo equipado con el AL-31F normal hasta que se estrelló en diciembre de 2002.

La investigación sobre la vectorización del empuje se aplicaría al AL-31FP de producción utilizado en el Sukhoi/Irkut Su-30MKI para la India, así como a otros derivados, como el Su-30MKM para Malasia y el Su-30SM para la Fuerza Aérea y la Armada rusas. El AL-31FP tiene el mismo empuje de 12,5 toneladas-fuerza (122,6 kN; 27.560 lbf) que el AL-31F básico, pero puede desviar su tobera hasta un máximo de ±15° a una velocidad de 30°/s. La tobera vectorizadora se utiliza principalmente en el plano de cabeceo, pero a diferencia del AL-37FU, la inclinación de los ejes vectorizadores permite que la vectorización diferencial produzca también momentos de balanceo y guiñada. La tobera del AL-31FP tiene un tiempo antes de la revisión de 500 horas, mientras que el MTBO del motor es de 1.000 horas, y ambos tienen una vida útil de 2.000 horas. El AL-31FP es construido por UMPO y también por Hindustan Aeronautics Limited (HAL) en la India en las instalaciones de Koraput, en virtud de un acuerdo de transferencia de tecnología.

La variante AL-31FN fue desarrollada por Salyut para propulsar al Chengdu J-10, con diferencias clave que incluían un empuje ligeramente mayor de 12,7 toneladas-fuerza (124,54 kN; 27.999 lbf) y una caja de cambios reubicada de la parte superior a la inferior del motor. Las variantes posteriores del J-10 y los lotes de producción fueron equipados con la serie 3 mejorada del AL-31FN, con un empuje aumentado a 13,7 toneladas-fuerza (134,35 kN; 30.203 lbf) y una vida útil aumentada en 250 horas. Los lotes de producción posteriores del J-10 finalmente estarían equipados con el Shenyang/Liming WS-10A en lugar del AL-31FN.

Salyut también desarrolló variantes mejoradas adicionales del AL-31F con mayor empuje y confiabilidad. La primera es el AL-31FM1, también designado como AL-31F serie 42, que tenía un ventilador KND-924-4 más grande, con un diámetro de entrada que aumentó de 905 mm (35,6 pulgadas) en el AL-31 base a 924 mm (36,4 pulgadas), lo que aumentó el flujo de aire en un 6%. Las mejoras adicionales incluyen un núcleo mejorado para una mayor temperatura de entrada de la turbina y un sistema de control del motor mejorado. El motor también tenía un MTBO mejorado de 1.000 horas, una vida útil proyectada de 2.000 horas y su empuje se incrementó a 13,5 toneladas-fuerza (132,4 kN; 29.760 lbf); este motor pasó las pruebas de aceptación del estado ruso en 2006 y estaba equipado en el Su-27SM, Su-30M2 y Su-34.

El AL-31FM2 es un desarrollo posterior del AL-31FM1. La aerodinámica del ventilador se perfeccionó aún más para aumentar su relación de presión. El motor también incorporó mejoras en la aerodinámica de la cámara de combustión y las palas de la turbina y en la refrigeración para lograr temperaturas de entrada más altas. El AL-31FM2 tiene un nuevo control digital del motor con autoridad total (FADEC) con respaldo hidromecánico. El empuje se incrementó un 9% en toda la envolvente, con un empuje máximo de 14,5 toneladas-fuerza (142,2 kN; 31.970 lbf) en postcombustión. El motor tiene un MTBO de 1.000 horas y la vida útil proyectada aumentó a 3.000 horas. Una versión del AL-31FM2 propulsa los lotes de producción iniciales del Chengdu J-20, mientras que los lotes posteriores pasaron al WS-10C; ambos motores son plantas motrices provisionales en lugar del Xian WS-15 previsto para el J-20.

El último de esta línea es el AL-31FM3, que tendría un nuevo ventilador de tres etapas, denominado KND-924-3, con una relación de presión aún mayor y mejoras adicionales en el núcleo para aumentar la temperatura de entrada de la turbina en 150 °C. El empuje máximo se incrementó a 15 toneladas-fuerza (147,1 kN; 33.070 lbf) en el postquemador. El AL-31FM3 había sido propuesto como un motor potencial para el diseño T-50 PAK FA de Sukhoi, pero Sukhoi no lo siguió, y en su lugar eligió al rival de Salyut, NPO Saturn, y su AL-41F1.

Los desarrollos del AL-31 por parte de Salyut darían lugar a graves disputas con la corporación sucesora de Lyulka-Saturn, NPO Saturn, que los considera no autorizados y violatorios de los derechos de propiedad intelectual.

Debido al declive del programa de cazas de quinta generación Mikoyan Project 1.42/1.44 MFI en la década de 1990, el Ministerio de Defensa ruso inició el programa PAK FA para un caza multifunción de próxima generación más asequible, y el concurso se anunció en 2001. Como los diseños serían más pequeños que el MFI, el diseño original Lyulka-Saturn AL-41F para el MiG 1.42/1.44 era demasiado grande. En su lugar, Sukhoi contrató un derivado AL-31F profundamente mejorado de Lyulka-Saturn (posteriormente NPO Saturn) denominado izdeliye 117 para su diseño T-50, que finalmente ganaría el concurso en 2002 y entraría en servicio en 2020 como Su-57. El Izdeliye 117, o AL-41F1, fue propuesto por primera vez por Saturn en 2001 y comenzó a desarrollarse formalmente en abril de 2004 con la firma del contrato por parte de NPO Saturn.

Si bien el AL-41F1 tiene la misma arquitectura general que el AL-31 básico, con un compresor de baja presión de 4 etapas (fan) y un compresor de alta presión de 9 etapas y turbinas de baja presión de una etapa y de alta presión de una etapa, el motor fue mejorado profundamente con hasta un 80% de piezas nuevas y la aplicación de tecnología del AL-41F. Tiene un diámetro de fan aumentado de 932 milímetros (36,7 pulgadas), nuevas turbinas de alta y baja presión, provisiones para toberas de empuje vectorial similares al AL-31FP y un sistema de control digital (FADEC) integrado en el sistema de control de vuelo del avión. Aunque los detalles siguen siendo clasificados, el empuje del AL-41F1 se incrementó en 2,5 toneladas-fuerza (24,5 kN; 5.510 lbf) con respecto al AL-31, mientras que el aumento de peso del motor se redujo en 150 kg (330 lb). El motor produce 9 toneladas-fuerza (88,26 kN; 19.840 lbf) de empuje en seco, 14,5 toneladas-fuerza (142,2 kN; 31.970 lbf) en postcombustión y 15 toneladas-fuerza (147,1 kN; 33.070 lbf) en caso de emergencia, con un peso en seco de aproximadamente 1.600 kg (3.527 lb). El motor permite al Su-57 alcanzar una velocidad supersónica sin postcombustión, o supercrucero, a Mach 1,3.

Tras la finalización de las pruebas estatales para cumplir con los requisitos de la Fuerza Aérea Rusa, la producción en serie del AL-41F1 comenzó en 2019 para su instalación en los cazas Su-57 de producción suministrados a la Fuerza Aérea Rusa y a posibles clientes extranjeros. Una versión sin postcombustión del AL-41F1 propulsa el vehículo aéreo de combate no tripulado (UCAV) Sukhoi S-70 Okhotnik. Si bien las actuales series de producción del Su-57 están propulsadas por el AL-41F1, el avión está destinado a ser la base de una familia de aviones de combate furtivos; está previsto que futuras variantes mejoradas estén propulsadas por el Saturn izdeliye 30, posteriormente designado AL-51F-1, un nuevo diseño que se adapta al mismo espacio que el AL-41F1.

Para distribuir los riesgos de desarrollo y los costos asociados con el programa PAK FA de quinta generación, Sukhoi aplicó parte de la tecnología, incluido el sistema de propulsión, en una variante altamente mejorada del Su-27, designada T-10BM (popularmente llamada Su-35BM), antes de ser designada simplemente como Su-35. El motor del avión, el NPO Saturn izdeliye 117S, o AL-41F1S, es un derivado ligeramente simplificado del AL-41F1 del Su-57, con la diferencia clave siendo el sistema de control del motor separado del AL-41F1S. El Su-35 y sus motores AL-41F1S fueron desarrollados originalmente por Sukhoi y Saturn internamente para la exportación, aunque el cliente inicial sería el Ministerio de Defensa de Rusia. El motor produce 8,8 toneladas-fuerza (86,30 kN; 19.400 lbf) de empuje en seco, 14 toneladas-fuerza (137,3 kN; 30.860 lbf) en postcombustión y 14,5 toneladas-fuerza (142,2 kN; 31.970 lbf) en caso de emergencia. El diámetro del ventilador del AL-41F1S se incrementó en un 3% con respecto al AL-31 de referencia, de 905 mm (35,6 pulgadas) a 932 mm (36,7 pulgadas), y también se ha aumentado la temperatura de entrada de la turbina. Este motor pesa 1.604 kg (3.536 lb) en seco y tiene una vida útil asignada de 4.000 horas y un MTBO de 1.000 a 1.500 horas. El primer vuelo de este motor se realizó en un Su-35BM el 20 de febrero de 2008. El 9 de agosto de 2010, UMPO comenzó a suministrar el AL-41F1S destinado a los cazas Su-35S. El motor también está equipado en el Su-30SM2 como parte del plan de actualización para unificar sus sistemas con el Su-35S.

Datos de Gordon, Rosoboronexport, United Engine Corporation, UMPO, Saylut

• Tipo: Turbofán axial de dos formas
• Duración: 4.945 mm (194.7 in)
• Diámetro:
  
  • 905 mm (35.6 in) entrada;
  • 1.280 mm (50 in) máximo exterior
• Peso seco: 1,520 kg (3.350 libras)

• Compresor: Compresor de baja presión de 4 etapas (fan) y compresor de alta presión de 9 etapas
• Combustores: Annular
• Turbina: Turbinas de alta presión de 1 etapa

• Propulsión máxima:
  
  • 7.8 tf (76.49 kN; 17.200 lbf) empuje seco
  • 12,5 tf (122,6 kN; 27,560 lbf) con postburner
• Tasa general de presión: 23:1
• Tasa de bypass: 0,56:1
• Flujo de masa de aire: 112 kg/s (247 lb/s)
• Temperatura de entrada de Turbina: 1,665 K (2,537 °F; 1,392 °C)
• Consumo específico de combustible:
  
  • Propulsión seca: 22.1 g/kN/s (0.78 lb/lbf/h)
  • Con afterburner: 55,5 g/kN/s (1,96 lb/lbf/h)
• Relación entre el peso y el peso: 4.93 dry), 8.22 (después de quemar)

Datos de Rosoboronexport

• Tipo: Turbofán axial de dos formas
• Duración: 494,2 cm (194,6 en)
• Diámetro: 93,2 cm (36,7 pulgadas)
• Peso seco: 1.604 kg (3.536 libras)

• Compresor: Compresor de baja presión de 4 etapas (fan), compresor de alta presión de 9 etapas
• Combustores: Annular
• Turbina: Turbinas de alta presión de 1 etapa

• Propulsión máxima:
  
  • 8,8 tf (86,30 kN; 19,400 lbf) empuje seco
  • 14 tf (137.3 kN; 30.860 lbf) con postburner
  • 14.5 tf (142.2 kN; 31.970 lbf) impulso de emergencia
• Temperatura de entrada de Turbina: 1,745 K (2,681 °F; 1,472 °C),
• Consumo de combustible:
  
  • 6,813 kg/h (15.020 lb/h) seco
  • 24.969 kg/h (55.050 lb/h) con postburner
• Consumo específico de combustible:
  
  • 22.37 g/kN/s (0,790 lb/lbf/h) seco
  • 51.53 g/kN/s (1.819 lb/lbf/h) con afterburner
• Relación entre el peso y el peso: 5.49 (dry), 8.75 con postburner, 9.04 con impulso de emergencia

Motores comparables

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

Listas relacionadas

• Lista de motores de aeronaves

• Russian Military Analysis - AL-31 F avión motor turbofán
• AL-31F en LeteckeMotory.cz (cs,en)
• AL-41F1A (117S) on LeteckeMotory.cz (cs,en)