前言：一台售价330万美元的AL-31F系列战斗机发动机曾为中国空军的歼10、歼11、歼15、苏27SK和苏30MKK等战斗机提供动力，是其核心装备。中国的采购量庞大，总订单接近1000台，这一订单量有效地拯救了俄罗斯航空发动机制造业。在中国自主研发的涡扇10发动机尚未完全成熟之前，这些发动机支撑了中国空军近二十年的发展。
一：AL-31F发动机
AL-31F发动机是一款维护简便、燃油效率高、可靠性强并且性能优越的航空发动机。该型号发动机自1971年起由莫斯科土星机器制造厂研发，旨在为苏-27战斗机提供动力，以此对抗美国F-15战斗机。其原型机于1974年开始试运转，并于1977年5月20日首次安装在苏-27战斗机的T-10-1原型机上进行试飞。最初的性能测试结果未能完全满足苏-27的战术技术要求（寿命仅70小时）。经过重新设计，装配有加力燃烧室的双通道涡轮AL-31F发动机在1985年8月6日通过了国家试验验收，并从1986年起开始在P-42飞机上进行试飞，刷新了32项时间-高度世界纪录。
AL-31F由一个进气部件和23个可变进气导叶构成，配备有可调定子支柱的四级低压轴流压缩机，九级高压轴向压缩机，一个加力燃烧器以及一个收缩-扩张的轴对称超音速喷嘴。涵道比达到0.571，总压比为23，质量流量为112千克/秒，起飞时的涡轮温度为1660K。在全功率工作状态下的比油耗为0.75千克/千克力-小时，全加力状态下为1.96千克/千克力-小时，经济巡航状态下为0.67千克/千克力-小时。发动机的净重为1570千克，总长4.945米，最大直径1.28米，进气口径为0.91米，推力达到12.5吨。
发动机的旁通流与核心流在涡轮尾部混合，其中旁通道包含一个中间冷却器用于提供涡轮冷却空气：在低功率运行时，部分冷却空气将被排出。喷管具有向下5°的倾斜，确保推力线通过飞机的重心。其具有刚性外轮廓的锥形-扩张型喷管和后机身轮廓经过精心设计以最小化阻力，这意味着与同类发动机相比推力损失更小。飞行试验显示，在马赫数1以下的非加力模式下，推力几乎无损失；在全加力模式下，推力损失极小。发动机的附件位于后部，方便进行维护，其模块化结构和一些非传统设计特点使得更换损坏或失效的部件变得更加便捷。两台发动机可以同时或连续启动，在飞行中即使关闭也可通过风车重启；启动可靠，寿命可达300小时。
AL-31F发动机的主要生产者是乌法发动机制造生产联合体，「礼炮」机器制造生产联合体之前仅生产部分零件，现在则专门生产AL-31F发动机的冷却设备，同时负责组装工作。乌法联合体生产的AL-31F发动机仅出口到印度，「礼炮」生产的则出口到中国。与中国的航空发动机制造企业黎明公司有着深厚的合作关系，苏联时期黎明公司就是由「礼炮」机器制造生产联合体援建的。
二：AL-31F发动机在中国
在中国引进苏-27SK战斗机之后，由于此前未曾接触过大推力涡轮风扇发动机，因此「礼炮」机器制造生产联合体协助中国建立了AL-31F发动机的大修车间，并由俄方专家负责技术指导和维护操作。在引进苏-30战斗机之后，「礼炮」又协助建立了一条现代化的发动机大修生产线，这不仅提升了技术水平，也培养了一批技术人才。随着中国拒绝继续生产过时的歼-11战斗机，转而研发歼-11B型，2005年12月，中国又额外订购了150台AL-31F涡轮风扇发动机，总价值达5亿美元，足以支撑生产约70架歼-11B战斗机。俄罗斯担忧中国可能会大规模生产低成本的歼-11B战斗机，从而在全球战斗机市场中挤压俄制战斗机的份额。因此，俄方通知中国，将仅提供苏-27/30系列战斗机的替换发动机，并停止单独出口AL-31F发动机，以防止其用于国产的歼-11B和歼-15战斗机上。
此外，俄方表示，在未解决中国仿制歼-11B和歼-15战斗机知识产权问题之前，不会继续向沈阳飞机制造厂提供AL-31F发动机。与西方的同类航空发动机相比，AL-31F在推重比、耗油量、翻修周期和使用寿命等方面存在较大差距，特别是翻修周期仅为300小时，使用寿命也仅为900小时，而西方发动机通常能达到1000小时以上，翻修周期达到4000小时以上。苏-27战斗机在整个使用周期内需要更换6至8台发动机。面对歼-11战斗机上发动机寿命耗尽的问题，中国不得不努力延长其翻修周期和使用寿命。经过多年的技术积累，中国完全掌握了高温合金涡轮叶片和粉末冶金涡轮盘的再制造技术、等离子焊接等先进技术，使得翻修后的AL-31F涡轮风扇发动机的使用寿命提升至1500小时，大大缩短了部队的维护周期。
AL-31F系列的另一变种是低配置型的AL-31FN，这款发动机是在1992至1994年间由俄罗斯的留里卡-土星公司为中国的歼-10战斗机研发的。最初，歼-10设计预计使用美国普惠PW-1120发动机，备选为WS10A涡扇发动机。但在90年代，由于美国对华实施武器禁运，WS10A涡扇发动机尚未成熟，中国选择了AL-31F作为歼-10战斗机的标准动力装置。AL-31FN在2000年研制成功，与AL-31F的主要区别在于其附件机匣被设计在下方，这是因为歼-10战斗机的机背空间有限，难以容纳机匣附件。AL-31FN的重量仅为1547千克，比F-15C战斗机的F100-PW-232轻了300千克，长度缩短至4.897米，直径缩小至1.140米，减少了部件数量。
为适应新型发动机，歼-10战斗机的后机身进行了加长处理，调整了整机的中心配平，加大并延长了主翼根弦长，机翼后缘由后掠改为前掠，并增大了垂尾及加装了腹鳍。AL-31FN由「礼炮」机器制造生产联合体生产，每台出售给「土星」公司可带来8%的提成。最初每台售价为250万美元，后调至350万美元。从2002年至2004年，中国共购买了54台AL-31FN，单价为300万美元，并于2005年再次签订了购买100台的合同，解决了生产歼-10战斗机的紧迫需求。这一动向再次证明，WS10A涡扇发动机仍然无法全面取代AL-31F。由于新设备如有源相控阵雷达和电子战系统的加入，导致歼-10B战斗机的重量显著增加，无法跟上发展进度，只能再次选择AL-31FN-M1发动机。与AL-31FN不同的是，新型机匣加装了4级风扇，空气流量提升至8000克/秒，涡轮温度提高50度，推力增至13.5吨。
三：WS10A涡扇发动机
WS10A涡扇发动机的研制始于1987年，以美国的F-110-GE-129发动机为参考，直至1997年才成功试制出工程样机。该发动机采用了一系列新技术和新材料，如进气可变弯度导向叶片、对转涡轮、可调截面喷口和复合材料机匣，控制系统首次采用机械/电子混合式控制系统，这也是中国首次采用电子控制系统。WS10A的推力略优于俄制AL-31F/FN，增加了0.5吨，涵道比为0.78，空气流量为125千克/秒，相较于AL-31F的0.57和112千克/秒。
然而，由于当时的技术水平有限，在装机测试期间出现了叶片断裂、电子元件可靠性差、加速性能不佳、喘振和高压件温度异常等问题。由于大批量生产的粉末合金高压涡轮盘质量不稳定，只能选择性能较低但成熟的材料。01号歼-10原型机装配WS-10发动机试飞后评价并不理想。中国空军考虑到如果歼-10战斗机换装WS-10发动机，还需对歼-10进行大规模改进，这将不利于飞机的快速投产。因此，最终决定歼-10A继续使用AL-31FN发动机。
由于尺寸和重量相似，苏-27SK战斗机的AL-31F发动机与WS-10发动机可互换。为了支持国产化，中国决定将WS-10涡扇发动机从歼-10战斗机转移到歼-11战斗机上。黎明公司根据安装要求对WS-10的附件及管路进行了重新设计，歼-11战斗机也对进气道的调节板进行了减薄处理，但其强度无法承受进气载荷，因此将金属调节板更换为复合材料。1999年，WS-10涡扇发动机首次装配在歼-11战斗机上，并在2001至2003年间进行了大量试飞，最终完成设计定型。当时的WS-10涡扇发动机的外观加工工艺显得相当粗糙，模块化程度极低，与AL-31F系列相比差距明显，生产型性能仍然不稳定，故障率高，大修时间低于500小时。黎明公司尽管进行了多次排故和攻关，也未能彻底解决问题，这严重影响了早期歼-11B战斗机的生产，以至于早期的歼-11B战斗机不得不继续使用AL-31F发动机应急。针对WS-10发动机存在的问题，参考俄制AL-31的成熟结构，中国投入了大量精力进行改进和完善，以提高可靠性和稳定性。
随着中国工业水平的显著提升，大幅度提高了可靠性、稳定性、喘振余度和抗畸变能力的WS-10发动机在2005年问世。改进过程中取得的经验是：以往的部件未经验证便进行试验，导致测试时频繁出现故障且难以找出原因。改进后的做法是：首先进行验证，再进行整机测试。寿命测试连续运转40天未出现故障，发动机使用寿命达到1700小时，性能超过了AL-31F发动机。试生产型虽然设计上没有问题，但由于部件生产未达到规范，出现了质量问题，导致早期的歼-11B战斗机起飞后出现震颤。在第二批歼-11B战斗机使用初期出现了与飞机不兼容的情况。2010年，不得不暂停生产，对所有发动机进行了回收和大修，对不合格的部件进行了更换。问题完全解决后，于2012年开始批量生产，到2017年生产超过400台。空军和海军开始在歼-11B、歼-16和歼-15战斗机上使用WS10A发动机。
在经过五年数万小时的使用后，没有因质量问题发生过飞行安全事故，并且在空军对抗演习中表现出色，明显提升了战斗机的整体性能。在使用AL-31F系列发动机的苏-27战斗机中，机内满油无挂弹的正常推重比约为0.98，机内半油加4枚中距空空导弹、2枚近距空空导弹时推重比为1.13。双座设计的苏-30MKK战斗机，机内满油无挂弹的正常推重比约为0.95，加半油及相同导弹配置时推重比为1.07。使用WS10A发动机的歼-16战斗机，在垂直机动性和水平机动性方面均优于苏-27，并且具有比苏-30MKK更高的载弹量和更好的空中机动性。
尽管如此，2011年中国仍然采购了123台AL31FN发动机，用于装备歼-10B战斗机，这是因为原材料供应跟不上，无法满足生产线的需求。歼-11B、歼-16、歼-15战斗机都需要WS10A发动机，因此生产任务相当紧张。不得已，中国继续向俄罗斯进口AL31FN发动机，这是最后一次采购。此后，中国没有再签署任何AL31F系列发动机的进口合同。2016年初，采用全权限数字控制系统，提高了发动机的进气效率，换装了新型高温叶片，改进了风扇结构的WS10B发动机研制成功，推力增加到14.5吨，延长了总寿命，可靠性和可维护性也得到大幅提升，达到了第四代涡扇发动机的水平。除了安装在歼-10C战斗机上，歼-20也开始换装WS10B发动机。同时，备受关注的大推力、下一代WS15涡扇发动机也开始进行测试，攻克的难题相当之多。但中国空军决心让航空发动机不再依赖外国型号。
四：结语
经过近三十年的努力，中国终于拥有了自己的大推力涡扇发动机。WS10B发动机的大量装备，对于长期依赖俄制AL-31F系列发动机的中国空军来说，是一次巨大的飞跃，彻底解决了困扰中国战斗机的「心脏病」问题。而俄罗斯因为来自中国的订单大幅减少，发动机厂商的日子变得艰难，土星公司债务高达150亿卢布，资金链断裂，融资受阻，不得不解雇了4000名员工。面对中国第三代作战飞机的发展，俄方积极向中国空军推销AL-31FN发动机的改进型，推力增加到13.5吨的AL-31F-M1，但中国已对此不再感兴趣。
