前言：一台售價330萬美元的AL-31F系列戰鬥機發動機曾為中國空軍的殲10、殲11、殲15、蘇27SK和蘇30MKK等戰鬥機提供動力，是其核心裝備。中國的采購量龐大，總訂單接近1000台，這一訂單量有效地拯救了俄羅斯航空發動機制造業。在中國自主研發的渦扇10發動機尚未完全成熟之前，這些發動機支撐了中國空軍近二十年的發展。
一：AL-31F發動機
AL-31F發動機是一款維護簡便、燃油效率高、可靠性強並且效能優越的航空發動機。該型號發動機自1971年起由莫斯科土星機器制造廠研發，旨在為蘇-27戰鬥機提供動力，以此對抗美國F-15戰鬥機。其原型機於1974年開始試運轉，並於1977年5月20日首次安裝在蘇-27戰鬥機的T-10-1原型機上進行試飛。最初的效能測試結果未能完全滿足蘇-27的戰術技術要求（壽命僅70小時）。經過重新設計，裝配有加力燃燒室的雙鍊結渦輪AL-31F發動機在1985年8月6日透過了國家試驗驗收，並從1986年起開始在P-42飛機上進行試飛，重新整理了32項時間-高度世界紀錄。
AL-31F由一個進氣部件和23個可變進氣導葉構成，配備有可調定子支柱的四級低壓軸流壓縮機，九級高壓軸向壓縮機，一個加力燃燒器以及一個收縮-擴張的軸對稱超音速噴嘴。涵道比達到0.571，總壓比為23，品質流量為112千克/秒，起飛時的渦輪溫度為1660K。在全功率工作狀態下的比油耗為0.75千克/千克力-小時，全加力狀態下為1.96千克/千克力-小時，經濟巡航狀態下為0.67千克/千克力-小時。發動機的凈重為1570千克，總長4.945公尺，最大直徑1.28公尺，進氣口徑為0.91公尺，推力達到12.5噸。
發動機的旁通流與核心流在渦輪尾部混合，其中旁通道包含一個中間冷卻器用於提供渦輪冷卻空氣：在低功率執行時，部份冷卻空氣將被排出。噴管具有向下5°的傾斜，確保推力線透過飛機的重心。其具有剛性外輪廓的錐形-擴張型噴管和後機身輪廓經過精心設計以最小化阻力，這意味著與同類發動機相比推力損失更小。飛行試驗顯示，在馬赫數1以下的非加力模式下，推力幾乎無失真失；在全加力模式下，推力損失極小。發動機的附件位於後部，方便進行維護，其模組化結構和一些非傳統設計特點使得更換損壞或失效的部件變得更加便捷。兩台發動機可以同時或連續啟動，在飛行中即使關閉也可透過風車重新開機；啟動可靠，壽命可達300小時。
AL-31F發動機的主要生產者是烏法發動機制造生產聯合體，「禮炮」機器制造生產聯合體之前僅生產部份零件，現在則專門生產AL-31F發動機的冷卻裝置，同時負責組裝工作。烏法聯合體生產的AL-31F發動機僅出口到印度，「禮炮」生產的則出口到中國。與中國的航空發動機制造企業黎明公司有著深厚的合作關系，蘇聯時期黎明公司就是由「禮炮」機器制造生產聯合體援建的。
二：AL-31F發動機在中國
在中國引進蘇-27SK戰鬥機之後，由於此前未曾接觸過大推力渦輪扇發動機，因此「禮炮」機器制造生產聯合體協助中國建立了AL-31F發動機的大修車間，並由俄方專家負責技術指導和維護操作。在引進蘇-30戰鬥機之後，「禮炮」又協助建立了一條現代化的發動機大修生產線，這不僅提升了技術水平，也培養了一批技術人才。隨著中國拒絕繼續生產過時的殲-11戰鬥機，轉而研發殲-11B型，2005年12月，中國又額外訂購了150台AL-31F渦輪扇發動機，總價值達5億美元，足以支撐生產約70架殲-11B戰鬥機。俄羅斯擔憂中國可能會大規模生產低成本的殲-11B戰鬥機，從而在全球戰鬥機市場中擠壓俄制戰鬥機的份額。因此，俄方通知中國，將僅提供蘇-27/30系列戰鬥機的替換發動機，並停止單獨出口AL-31F發動機，以防止其用於國產的殲-11B和殲-15戰鬥機上。
此外，俄方表示，在未解決中國仿制殲-11B和殲-15戰鬥機智慧財產權問題之前，不會繼續向沈陽飛機制造廠提供AL-31F發動機。與西方的同類航空發動機相比，AL-31F在推重比、耗油量、翻修周期和使用壽命等方面存在較大差距，特別是翻修周期僅為300小時，使用壽命也僅為900小時，而西方發動機通常能達到1000小時以上，翻修周期達到4000小時以上。蘇-27戰鬥機在整個使用周期內需要更換6至8台發動機。面對殲-11戰鬥機上發動機壽命耗盡的問題，中國不得不努力延長其翻修周期和使用壽命。經過多年的技術積累，中國完全掌握了高溫合金渦輪葉片和粉末冶金渦輪盤的再制造技術、等離子焊接等先進技術，使得翻修後的AL-31F渦輪扇發動機的使用壽命提升至1500小時，大大縮短了部隊的維護周期。
AL-31F系列的另一變種是低配置型的AL-31FN，這款發動機是在1992至1994年間由俄羅斯的留裏卡-土星公司為中國的殲-10戰鬥機研發的。最初，殲-10設計預計使用美國普惠PW-1120發動機，備選為WS10A渦扇發動機。但在90年代，由於美國對華實施武器禁運，WS10A渦扇發動機尚未成熟，中國選擇了AL-31F作為殲-10戰鬥機的標準動力裝置。AL-31FN在2000年研制成功，與AL-31F的主要區別在於其附件機匣被設計在下方，這是因為殲-10戰鬥機的機背空間有限，難以容納機匣附件。AL-31FN的重量僅為1547千克，比F-15C戰鬥機的F100-PW-232輕了300千克，長度縮短至4.897公尺，直徑縮小至1.140公尺，減少了部件數量。
為適應新型發動機，殲-10戰鬥機的後機身進行了加長處理，調整了整機的中心配平，加大並延長了主翼根弦長，機翼後緣由後掠改為前掠，並增大了垂尾及加裝了腹鰭。AL-31FN由「禮炮」機器制造生產聯合體生產，每台出售給「土星」公司可帶來8%的提成。最初每台售價為250萬美元，後調至350萬美元。從2002年至2004年，中國共購買了54台AL-31FN，單價為300萬美元，並於2005年再次簽訂了購買100台的合約，解決了生產殲-10戰鬥機的緊迫需求。這一動向再次證明，WS10A渦扇發動機仍然無法全面取代AL-31F。由於新裝置如有源相控陣雷達和電子戰系統的加入，導致殲-10B戰鬥機的重量顯著增加，無法跟上發展進度，只能再次選擇AL-31FN-M1發動機。與AL-31FN不同的是，新型機匣加裝了4級風扇，空氣流量提升至8000克/秒，渦輪溫度提高50度，推力增至13.5噸。
三：WS10A渦扇發動機
WS10A渦扇發動機的研制始於1987年，以美國的F-110-GE-129發動機為參考，直至1997年才成功試制出工程樣機。該發動機采用了一系列新技術和新材料，如進氣可變彎度導向葉片、對轉渦輪、可調截面噴口和復合材料機匣，控制系統首次采用機械/電子混合式控制系統，這也是中國首次采用電子控制系統。WS10A的推力略優於俄制AL-31F/FN，增加了0.5噸，涵道比為0.78，空氣流量為125千克/秒，相較於AL-31F的0.57和112千克/秒。
然而，由於當時的技術水平有限，在裝機測試期間出現了葉片斷裂、電子元件可靠性差、加速效能不佳、喘振和高壓件溫度異常等問題。由於大批次生產的粉末合金高壓渦輪盤品質不穩定，只能選擇效能較低但成熟的材料。01號殲-10原型機裝配WS-10發動機試飛後評價並不理想。中國空軍考慮到如果殲-10戰鬥機換裝WS-10發動機，還需對殲-10進行大規模改進，這將不利於飛機的快速投產。因此，最終決定殲-10A繼續使用AL-31FN發動機。
由於尺寸和重量相似，蘇-27SK戰鬥機的AL-31F發動機與WS-10發動機可互換。為了支持國產化，中國決定將WS-10渦扇發動機從殲-10戰鬥機轉移到殲-11戰鬥機上。黎明公司根據安裝要求對WS-10的附件及管路進行了重新設計，殲-11戰鬥機也對進氣道的調節板進行了減薄處理，但其強度無法承受進氣載荷，因此將金屬調節板更換為復合材料。1999年，WS-10渦扇發動機首次裝配在殲-11戰鬥機上，並在2001至2003年間進行了大量試飛，最終完成設計定型。當時的WS-10渦扇發動機的外觀加工工藝顯得相當粗糙，模組化程度極低，與AL-31F系列相比差距明顯，生產型效能仍然不穩定，故障率高，大修時間低於500小時。黎明公司盡管進行了多次排故和攻關，也未能徹底解決問題，這嚴重影響了早期殲-11B戰鬥機的生產，以至於早期的殲-11B戰鬥機不得不繼續使用AL-31F發動機應急。針對WS-10發動機存在的問題，參考俄制AL-31的成熟結構，中國投入了大量精力進行改進和完善，以提高可靠性和穩定性。
隨著中國工業水平的顯著提升，大振幅提高了可靠性、穩定性、喘振余度和抗畸變能力的WS-10發動機在2005年問世。改進過程中取得的經驗是：以往的部件未經驗證便進行試驗，導致測試時頻繁出現故障且難以找出原因。改進後的做法是：首先進行驗證，再進行整機測試。壽命測試連續運轉40天未出現故障，發動機使用壽命達到1700小時，效能超過了AL-31F發動機。試生產型雖然設計上沒有問題，但由於部件生產未達到規範，出現了品質問題，導致早期的殲-11B戰鬥機起飛後出現震顫。在第二批殲-11B戰鬥機使用初期出現了與飛機不相容的情況。2010年，不得不暫停生產，對所有發動機進行了回收和大修，對不合格的部件進行了更換。問題完全解決後，於2012年開始批次生產，到2017年生產超過400台。空軍和海軍開始在殲-11B、殲-16和殲-15戰鬥機上使用WS10A發動機。
在經過五年數萬小時的使用後，沒有因品質問題發生過飛行安全事故，並且在空軍對抗演習中表現出色，明顯提升了戰鬥機的整體效能。在使用AL-31F系列發動機的蘇-27戰鬥機中，機內滿油無掛彈的正常推重比約為0.98，機內半油加4枚中距空空飛彈、2枚近距空空飛彈時推重比為1.13。雙座設計的蘇-30MKK戰鬥機，機內滿油無掛彈的正常推重比約為0.95，加半油及相同飛彈配置時推重比為1.07。使用WS10A發動機的殲-16戰鬥機，在垂直機動性和水平機動性方面均優於蘇-27，並且具有比蘇-30MKK更高的載彈量和更好的空中機動性。
盡管如此，2011年中國仍然采購了123台AL31FN發動機，用於裝備殲-10B戰鬥機，這是因為原材料供應跟不上，無法滿足生產線的需求。殲-11B、殲-16、殲-15戰鬥機都需要WS10A發動機，因此生產任務相當緊張。不得已，中國繼續向俄羅斯進口AL31FN發動機，這是最後一次采購。此後，中國沒有再簽署任何AL31F系列發動機的進口合約。2016年初，采用全許可權數位控制系統，提高了發動機的進氣效率，換裝了新型高溫葉片，改進了風扇結構的WS10B發動機研制成功，推力增加到14.5噸，延長了總壽命，可靠性和可維護性也得到大幅提升，達到了第四代渦扇發動機的水平。除了安裝在殲-10C戰鬥機上，殲-20也開始換裝WS10B發動機。同時，備受關註的大推力、下一代WS15渦扇發動機也開始進行測試，攻克的難題相當之多。但中國空軍決心讓航空發動機不再依賴外國型號。
四：結語
經過近三十年的努力，中國終於擁有了自己的大推力渦扇發動機。WS10B發動機的大量裝備，對於長期依賴俄制AL-31F系列發動機的中國空軍來說，是一次巨大的飛躍，徹底解決了困擾中國戰鬥機的「心臟病」問題。而俄羅斯因為來自中國的訂單大幅減少，發動機廠商的日子變得艱難，土星公司債務高達150億盧布，資金鏈斷裂，融資受阻，不得不解雇了4000名員工。面對中國第三代作戰飛機的發展，俄方積極向中國空軍推銷AL-31FN發動機的改進型，推力增加到13.5噸的AL-31F-M1，但中國已對此不再感興趣。
