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在2015年的莫斯科航展上，俄罗斯的苏-35战机凭借一系列华丽的性能出尽风头，捍卫了“侧卫”家族在世界战机史册上的威名。苏-35虽然有着匪夷所思的机动性能、强悍而霸气的武器装备、先进而全面的航电系统，但真正让国人羡慕的是其“心脏”——117S/AL-41F1S发动机。除了苏-35之外，改进自AL-31F系列的117S发动机也将装备俄罗斯最顶级战机T-50（AL-41F1）。作为3代半（3 ）和第4代（俄罗斯称为第5代）隐身战机的动力系统，117S发动机肯定是身怀绝技，所以才能让俄罗斯对它如此重视。本文重点对其“血统身世”一探究竟。
Al-31F发动机问世的背景
回首漫长的航空发动机发展史，曾经的红色帝国为与美国争霸世界，对关乎国家命运的航空发动机产业的发展向来都是全力以赴，不遗余力。在苏联众多一流的航空发动机设计局中，能够设计第三代大推力涡扇发动机的唯有一家——留里卡设计局。
留里卡设计局组建于1946年，是苏联主要战机动力系统设计局。该设计局的首任总设计师阿尔西普·留里卡研制出了苏联的首台涡喷发动机TR-1，被称为俄罗斯“喷气发动机之父”。在此之后，他又研制出了TR-2、TR-3、TR-5、AL-5、AL-7、AL-21等多种喷气发动机，装备于苏-7、苏-9、苏-11、苏-24、苏-17M、苏-20、米格-23等战机，以及伊柳申、图波列夫等设计局的多型飞机。这些飞机不仅用于苏联/俄罗斯，还出口到世界上许多国家。而真正把留里卡设计局推向世界顶级航空发动机领域的，当属后来大名鼎鼎的AL-31F发动机。
在冷战正酣之际的20世纪60年代，苏联得知美国上马了新一代战机计划，也启动自己相应的对抗计划。这就是后来的米格-29和苏-27战斗机。此时，苏联针对美国普拉特·惠特尼（PW）公司的F100高性能发动机，决定由留里卡设计局负责研制一款与之性能相近的战斗机发动机。该项目代号99，正式型号名称为AL-31F（字母F表示加力），并在1973年正式启动。
拥有豪门“血统”的AL-31F发动机的初期研发工作十分顺利，次年的8月就完成了第一台样机的装配。留里卡设计局的早期设计方案为“3级风扇 9级高压压气机 高低压涡轮各1级”。不过经过精确计算，这个方案虽然重量很轻，但性能根本达不到F100的水平。为此，留里卡设计局只好把早期方案推倒，增加级数（4级风扇、12级高压压气机、高低压涡轮各2级）以提高循环参数来获得更大的推力。不过，级数的增加虽解决了推力不足的问题，但发动机的超重情况却是高得离谱，达到1600千克，推力仅为108千牛，与F100相去甚远，研制进度也大为拖延。
无奈之下，留里卡设计局只好把前后两个方案都推倒进行方案大改。虽然在AL-31F的设计初期困难重重，但作为当时苏联唯一能与PW、通用电气（GE）抗衡的世界级航空发动机领跑者，留里卡设计局的自身实力可不是一般小鱼小虾所能比拟的。在留里卡院士的带领下，设计局上下参考众多优秀设计方案，对设计方案进行了重大改进：保留了以前的4级风扇，但高压压气机减为9级，高低压涡轮各为1级，总级数下降到15级，重量也降到了1530千克。修改后的发动机在试验过程中又遇到了许多故障，某些工作参数仍未能达到设计指标。为此，设计局采用了新的工艺和材料将涡轮进口温度升高以提高涡轮效率。直到1979年8月23日，首架安装AL-31FH发动机（型号名称中的H表示附件下置。早期的AL-31F的齿轮箱等附件设计在发动机的下部，后来为配合飞机结构修改，将附件机匣“高置”成现在的样子）的苏霍伊设计局苏-27原型机T-10-3才飞上蓝天。
Al-31F发动机早期存在的问题
尽管试飞取得成功，可发动机仍存在诸多问题。某些工作参数未能达到设计指标，其中最严重的莫过于涡轮问题，直接导致了进度的拖延。按照原计划，发动机定于1982年通过国家鉴定。为此，两家定点发动机生产企业——莫斯科“礼炮”（Salut，又译作萨留特）机械制造厂和乌法发动机制造生产厂在1981年就分别建立了定型型号的批量生产线。可是直到1984年6月，苏联航空发动机的大师级人物留里卡总设计师去世，高压涡轮问题仍是横亘在型号定型的道路上。
因为涡轮效率的设计值比目标低了4%，只好将涡轮进口温度提高到1392℃。但温度的提高造成涡轮叶片热负荷过大，运转不久叶身便产生裂纹，根本无法通过定型试车。发动机的翻修寿命也只有可怜的50小时左右。关键时刻，留里卡院士的亲密战友——设计局的新一任总设计师维克特·米哈洛维奇·切普金临危受命，带领团队展开了新一轮的技术攻关，果断决定修改涡轮叶片的冷却流路。采用了旋转式冷却方式、改进制造工艺与热障、涂层技术等措施后，留里卡设计局最终迈过了这道坎。
1985年8月6日，AL-31F通过了苏联的国家鉴定试验，第二年开始批量生产。至此留里卡设计局耗时10余年的扛鼎之作终于“修成正果”。从1973年的项目上马到1985年“准生证”的取得，AL-31F发动机在设计中使用了57台试车发动机，总运转22900小时（其中台架试车16625小时、试飞6275小时），共解决了685个技术难题，获得128项技术专利。
AL-31F发动机的定型最终成就了后来的“侧卫”家族。苏-27系列战机在AL-31F发动机的强劲支持下，完成了至今仍让人叹为观止、匪夷所思的高难度飞行动作。当苏-27战机扬威巴黎航展之时，整个西方都为其“变态”的机动性能“瞠目结舌”，也改变了以往西方对苏联航空发动机的“鄙视”态度。“侧卫”家族正是因为有了这颗强悍的“心脏”， 才使得苏霍伊设计局在经过苏联解体的漫长阵痛后，依然能为俄罗斯航空工业撑起一片天空，且至今仍是俄罗斯军工贸易中的“招牌产品”。
尽管AL-31F发动机通过了定型试验，但当时的发动机还不能算作合格装备。其最大的问题是翻修寿命过短，距军方的最低要求还有差距，可靠性也不高。当时苏联空军要求型号首翻期不少于300小时，但首批生产型的指标还不到100小时，其中发动机在最大推力和加力状态上只能达到50小时，且大多数条件下也有着严格的限制，起动次数不能超过300次。可以说，此时的AL-31F发动机连同样问题百出的F100-PW-100发动机都不如。所以，发动机定型后的中心任务是持续进行修改和提高，工作重点是延寿。
为此，承担批量生产任务的两家企业会同有关设计单位以及科研院所联合进行攻关，对发动机的关键部位（如涡轮盘、轴、叶片、火焰筒）采用新的制造加工工艺、更换材料、改进涂层等措施，以提高零部件的可靠性与耐久性，取得了较满意的成果。发动机的首翻寿命从原来的100小时逐步提高了200小时，直至符合军方要求的300小时，型号定为AL-31Fcep.2。综合苏联各方面的延寿工作，主要采取了以下几种卓有成效的手段：
采用空心阴极真空电弧钎焊，可使涡轮叶片工作寿命提高2～4倍。在涡轮叶片叶冠耦合面上钎焊一层耐磨镶片。镶片材料的耐高温耐磨性能优于叶片材料，从而显著改进了叶冠耦合面的性能。
综合运用多种喷涂技术对发动机零部件进行表面处理和热障涂层，延长其工作寿命2～4倍。
采用高精度优质齿轮的加工技术，包括唇齿、表面渗氮硬化，齿轮精磨、检验等工序，提高生产效率，缩短了约一半的生产周期，加快零部件的生产速度。
使用等温冲压工艺，实现了少余量制造各种复杂结构的钛合金零件，节约了30%～60%材料，并且提高了部件的疲劳寿命。
AL-31F的主要特色
第一特色：钢筋铁骨
作为“高精尖”代名词的航空发动机工业，向来追求用最先进的技术提升性能。20世纪70年代的苏联整体国力雄踞世界第二，但在细节方面仍不如西方来得精细。因此，苏联的航空发动机工业向来以实用至上，不盲目追求“高精尖”。这点在AL-31F发动机的结构设计上有着最明显的体现。在AL-31F的结构设计上，苏联设计师采取了务实的做法。根据自身条件合理安排高技术的应用比例。一方面继承传统的苏式航空发动机结构（混合苏式和西方的两种类型），以降低技术风险，保证研制进度；另一方面学习借鉴西方设计中的先进经验，采用当时的尖端结构技术（如焊接转子、中介轴承等），使型号具有一定的先进性。
1. 发动机大量使用钛合金材料（达到整机重量的35%左右）与高温合金，配合一系列独到的加工工艺制造，实现减轻全机重量，获得较高推重比的效果。但AL-31F在许多重要零部件材料选择上却比较保守，以高压涡轮为例，AL-31F仍使用定向凝固合金制造的工作叶片和高温合金制造的涡轮盘。这也是为何AL-31F寿命一直不长的重要原因之一。其实这并非苏联设计师做法保守，而是设计师充分认识到当时苏联尚未完全掌握新材料的加工制造技术、短期内无法实现工业化生产，尤其是大直径粉末冶金涡轮盘生产技术不过关。但这并不代表苏联就不“新潮”。苏联在20世纪70年代的航空材料和工业技术已经达到相当高的水平，某些新型材料如粉末冶金、单晶高温合金等已开始应用于型号。RD-33（俄文为PД-33）发动机就是其中最典型的发动机。即便AL-31F上有许多材料技术相对落后，但苏联已经突破了新材料的关键研发阶段，进入了细节完善。当时苏联航空材料研究所（BHAM）一直与批生产厂家联合进行技术工艺攻关，待发展成熟后就用于更换。
2. 该机采用单元体的设计结构，可在最小调整量与校正量的情况下更换单元体，提高了可维护性，也为将来的升级提供了便利。
3. 设计中考虑了使用维护性，发动机机匣上设有许多观察孔/探孔，方便维护人员检查发动机叶片、燃烧室、燃油喷嘴等的工作情况。外涵与高压压气机机匣上设有水平分离面，可以在外场进行压气机叶片的修理和更换。
4. 发动机转子采用了6个主支点，三大承力框架布局极富特色。压气机设计紧凑，高压转子轴向尺寸较短，其主轴上只安装了2个轴承（支承方案为1-0-1）。低压转子却是用了4个轴承（支承方案为1-2-1），在同代中较为异类。由于当时苏联的整体技术实力有限，设计师只能在低压转子上设计4个支点，以保证发动机运转的稳定性；而同时代的F110的低压段只有3个支点。采用4支点设计显著增加发动机的复杂程度和零部件数量，削弱了中介承轴的效果。因此，除了AL-31F发动机，别的高性能发动机都未采用这种设计。
5. 由于当时苏联并未完全掌握高温材料的焊接技术，在AL-31F压气机转子的连接工艺上既采用了先进的电子束焊接，也采用了落后而传统的长螺栓连接成形的工艺。用电子束焊接工艺焊接转子的轮盘、鼓环、轴等，可以省去相应连接件，大为简化转子的结构，是20世纪70年代后提高发动机推重比的十分有效的方法。不过，由于苏联在当时对电子束焊接工艺掌握得不够成熟，只好延续RD-33发动机的做法，使用传统而落后的长螺栓连接工艺来连接压气机（特别是后3级转子使用的多）。同时，由于采用这种落后的工艺方法，不得不在叶片上开孔，让螺栓穿过。这样虽方便高压涡轮和压气机部件通过刚性连轴器的安装，也便于拆换单原件，但是这些钻孔会大幅削弱零部件的强度，影响部件的可靠性和寿命。所以，先进发动机都避免采用这种方法。 第二特色：无忧操作
如果说，先进的制造材料是发动机强壮而结实的筋骨，那么先进的控制装置则是发动机的大脑，而调节计划（控制方案）就是存在其中的思想，是全机的灵魂。后两者构成完整而复杂的发动机综合控制系统。作为典型的世界级3代大推之一，AL-31F控制装置的设计达到了同类设计的先进水平，其全程多元复合调节与发动机完美结合，能够根据不同的工作环境及运行状态，合理运用适当的调节规律来获得所需性能，以满足飞机在宽广飞行范围内的技战术要求。该系统既继承了苏式发动机的分段调节、追求最大推力的设计思想，同时也不排除欧美先进的设计理念，提高发动机过渡态（加、减速等）的控制质量。不过由于苏联的电子工业长期落后于西方，在先进的全权限数字式发动机控制（FADEC）尚未成熟之时，AL-31F只好采用混合式（液压机械-模拟式电子调节）控制设计。但在长于机械系统整合的苏联设计师面前，这样的控制设计也是顶级存在。后来，用萨留特集团的Sau-235系统更换以前的混合式控制系统。改进后，发动机重量减轻了约40千克。据萨留特集团称，这套装置的性能不亚于F100-PW-229的发动机数字电子控制（IDEEC）。
即便如此，AL-31F的出色控制设计能力仍可为世界诸多国家所学习。后来我国大量引进苏-27战机时，对AL-31F发动机的这套系统有着深入而透彻的分析研究，科技人员对该系统性能相当满意，并为我国航空发动机科研单位所借鉴，经适当改进后被移植到国产的WS-10“太行”发动机上。
第三个特色：华丽性能
首先，AL-31F发动机沿袭苏式发动机一贯风格，追求最大推力的设计。高度速度特性较好，性能泼辣（有更大的剩余功率，以满足飞机加速性要求。苏-27的起飞爬升性能、中低空机动性能都相当出色）。发动机的全加力推力与F110-GE-100基本相当，但中间推力超过后者。这主要归功于AL-31F采用小涵道比、高涡轮工作温度设计，全加力/最大推力状态下的单位推力分别达到1093牛/（千克/秒）和680牛/（千克/秒），进口风扇轮缘速度大（476.8米/秒，压气机的加力量大）、增压比大（风扇增压比3.54）。因而风扇可以减小，核心机空气流量上AL-31F比F110略大（约多25千克/秒），循环功率稍微更大一些。
AL-31F采用“两高一低”的热力循环参数：涡轮进口温度1665K，总压比25，涵道比在同类型号中较低，为0.571。
其次，AL-31F的第二性能特点是抗压力、温度畸变能力强、压气机喘振裕度大（设计转速下，喘振裕度可以达到25%）、气动稳定性高。AL-31F的高低压压气机的平均压比都不高，级载荷水平适中。采用3代大推中“异类”的4级风扇方案，压气机的级数过多，影响了发动机的主要性能。但涡轮只用2级，降低了总体级数（比F100还少一级）。不过，这样的设计若想提高涡轮的工作温度、增加功率输出，就十分的困难了。
第三，AL-31F十分注重发动机的气动稳定性。虽然苏式发动机一贯追求高推力，但对气动稳定性的追求甚至高于高推力。苏式发动机为了保证正常工作，甚至不惜牺牲航空发动机性能来换取高稳定和大裕度。AL-31F发动机就是这种思想的产物。为保证发动机的稳定工作，苏联设计师运用诸多先进和落后的技术。压气级数多就是这种方法的折衷处理。当然在增加级数的同时，AL-31F的进气机匣还安装了23片可变弯度导流叶片。在第4级工作叶片对应处设计了处理机匣，开设400多个斜槽，风扇出口实现了飞行包线内的无顾忌操作。反观早期的F100发动机，在服役初期就因多起压气机失速等气动稳定性故障，让F-15这样的强者都背上了“机库皇后”的恶名。由此可见，AL-31F独到的折衷设计对发动机的稳定性具有十分重要的作用。更重要的是AL-31F压气机失速裕度大、抗畸变能力强的特点，非常适合舰载机的使用。根据压气机特性图，从慢车道最高状态下的失速裕度达到25%～30%。特别是低转速的喘振裕度对满足发动机空中起动以及加速性能有着至关重要的作用。
早期AL-31F发动机的主要改进型号
AL-31F的问世一扫苏联对美国先进发动机的颓势，让其航空发动机工业再一次与美国站在同一起跑线上。不过，即使促使苏-27这款划时代战机的诞生，但AL-31F仍存在许多难以忍受的缺陷，特别是最为人诟病的“短命”、故障率居高不下等一系列问题。1985年，刚刚通过鉴定的AL-31F，其初始寿命只有短暂的50小时。如此指标用“堪用”都勉为其难，连当初问题不断的F100-PW-100都不如。因此，苏联众多研制和生产单位，在AL-31F服役后，针对其暴露的诸多缺陷采取了一系列富有成效的改进措施，特别是针对其“短命”的改进更是作为重中之重。经过各方面的专家、工程技术人员的不懈努力，发动机使用寿命逐步延长。到20世纪90年代末期，生产型号的翻修寿命可超过500小时。
AL-31FN发动机
该型号是专为出口中国的歼10战机所用的型号。作为本为双发布局苏-27战机设计的发动机，为能在单发的歼10战机上使用，留里卡设计局-礼炮公司根据歼10的需求，对AL-31F进行了针对性改进。将发动机附件、传动箱从附着在发动机上面，移到附着在发动机的下面，而飞机附件传动机匣还是安装在发动机的上面。
据俄罗斯2002年11月公开的资料显示，AL-31FN发动机性能、尺寸和重量的数据，与原型的AL-31F只有很少的区别。由于从双发机改为单发飞机使用，发动机附件得以简化；又由于AL-31FN发动机拆去了内外涵流道的分流隔板，使得发动机的质量减轻了一些。AL-31FN较AL-31F的燃油消耗率略有提高。因此，AL-31FN发动机仍有性能改进的必要。 AL-31Fcep·3发动机
在漫长的冷战时代，苏联虽在众多军备领域能与美国抗衡，甚至领先，但在航母方面始终甘拜下风。在舰载机方面，尤其是在固定翼舰载机方面，苏联更是羞于见人。这种局面直到冷战结束前夜才有根本性的改变。这主要得益于苏联推出了苏-33舰载机。
早在苏-27战机设计定型阶段，苏霍伊设计局就根据苏联高层指示，在苏-27基础上设计一款舰载机。这就是后来苏-33战机的雏形。计划于1978年开始启动。1984年4月18日，苏共中央和苏联部长会议决定由苏霍伊设计局在苏-27的基础上研制新型舰载防空战斗机。其主要作战对象是美国的F-14和F/A-18系列战斗机。
用于舰载机的动力装置必须非常稳定可靠。然而，当时AL-31F的“短命”是最大的问题，显然不能作为舰载机的动力装置。为此，留里卡设计局联合诸多航空工业部门，对AL-31F进行系统的技术改进。经过工程技术人员的不懈努力，发动机开始逐渐成熟。其改进工作也进展迅速，至20世纪80年代末，苏联第一种重型舰载机的发动机——AL-31Fcep·3终于研制成功。
1989年11月11日，安装AL-31Fcep·3发动机的苏-27K（T-10K-2）在功勋试飞员普加乔夫的驾驶下顺利降落在“第比利斯”号（即后来的“库兹涅佐夫”号）航母上，开创了苏联航空史上的新纪元。同年，苏-27K/苏-33的生产工作正式启动，首先制造定型试飞样机。可是，由于苏联解体，俄罗斯的国力一落千丈，新型舰载机直到1998年才正式装备部队。
与基本型相比，AL-31Fcep·3最明显的改进是增加了特殊推力模式。发动机在此工作模式下通过短时间内提高涡轮前温度来获得更大动力。舰载机的起降条件十分苛刻，而且苏-33采取了滑跃起飞方式。这个过程发动机是满负荷状态。如果是降落状态下，推力还得更高（增推幅度大约为5%，最高可产生129.4千牛推力），着舰失败后，发动机必须要在短时间内提供足够的动力来实现复飞。AL-31Fcep·3可以在5秒内从正常进场状态加速到全加力/特殊推力状态。Cep·3安装有功能增强的KPD-99B综合电子调节器，可以适应舰载机复杂的油门控制。
由于AL-31Fcep·3发动机的工作环境不同于陆基型号，所以设计中选用了抗腐蚀新材料以及多种防腐涂层措施，以满足长期在高湿、盐雾等恶劣条件下运行的需要；同时，还注意发动机的使用维护性和耐久性，翻修寿命延长到500小时。
舰载机的动力必须具备良好的操作性能，而AL-31F本身就是一款操作应用性很强的型号。在加速性方面，空中加速（慢车至中间推力）时间在8秒以内，地面状态3～5秒。若直接推油门到全加力，所需时间不超过7秒。这些华丽的性能指标完全可以匹敌美国的同类发动机型号。正是有此基础，AL-31F才能顺利应用到舰载机上。Cep·3型在此基础上进一步提高，比如空中起动功能，型号提供了多种起动方案，其中包括了起动机代转起动模式。这与F110-GE-400的设计相同。发动机空中起动可以全自动进行，也能手动（半自动）操作。后一种模式下，飞行员首先得将油门杆收回停车位置，然后再推至慢车进行起动。或者采取强制执行模式，按座舱内的“再次起动”按键，进行再次起动。同时，该型号还保留了苏式发动机惯用的补氧系统，提供辅助。该系统结构简单，使用灵活，在地面起动过程中可直接向起动机燃烧室供氧，助燃；空中起动时向主燃烧室供氧以扩大点火边界，这也是AL-31F起动系统中最突出的特点。
AL-31FP推力矢量发动机
冷战结束后，继承苏联大统的俄罗斯国力一落千丈。不要说按苏联时代的计划更换武器系统，就是能养活接收自苏联时代的军事装备都是十分吃力。一时间，俄罗斯众多的军备设计生产商陷入了断炊困境中。缺乏国内订单的众多实力雄厚的发动机研制单位只得将目光盯向海外市场，希望能用海外的市场来向本国输血。为了抢到订单，俄罗斯的众多军备设计生产商迫不及待地对外展示其试验性质发动机。这种做法一反苏联时代那种严谨而有计划的军备发展风格，一切进入了势利的市场至上轨道。
但要国外用户认可这些未经时间检验的在研产品却非易事。留里卡设计局借助于苏霍伊的“侧卫”战机的大量出口，日子还相对好一点。别的设计生产商只能是度日如年了。就是如此，留里卡设计局在20世纪90年代早期屡次向中国推销在研发动机。但经过屡撞南墙已经觉悟的中国根本不买账，只是理性地选择那些成熟而可靠地军备。但一向在军备发展上眼高手低的“南亚某大国”却无其文明古国的睿智。在20世纪90年代末，决定采购苏-30MKI战斗机，配备未经实践检验却被俄罗斯吹得天花乱坠的在研推力矢量发动机AL-31FP。这是世界上第一种进入空军服役的带轴对称矢量喷管的发动机型号。
AL-31FP推力矢量发动机的纸面性能在俄罗斯众多饥肠辘辘的厂商有意无意的宣传下，“忽悠”给了印度这个“超级小白鼠”。这让自以为捡到宝贝的印度空军在以后的十余年里吃尽了苦头，再次领教了斯拉夫人的“狡猾”。关于这方面的介绍文献颇多，不作本文叙述重点。
其实，关于矢量推力技术，俄罗斯早在20世纪80年代初就已开始了研究。当时苏联为研制新一代高性能军用发动机，开始了矢量喷管的研究工作。只不过这个技术是为第4代大推AL-41F服务的，且早期的技术方案是二元喷管（和后来的F119发动机类似），而不是后期更为花哨的轴对称方案。后者只是备选方案。1987年，苏联制造出试验喷管，并进行了技术验证。1989年分别将两种喷管安装到经过改装的飞行试验台上——苏-27IMK-2405（轴对称矢量喷管）和苏-27FB-PC（二元矢量喷管）。前者于当年的3月21日进行首次试飞。由于当时的技术条件限制，喷管都由手动控制。进入到20世纪90年代后，俄罗斯因经济技术等原因，已无力负担两个同样需要投入巨资的项目。只好选择轴对称矢量喷管和现役机型的改装应用。希望能实现技术方面实质性突破，为研制单位迅速带来“硬通货”。 为了尽快找到客户，1996年，苏霍伊设计局配合留里卡设计局将取得阶段性成果但未完全技术定型的该项技术便推向了市场。当年，安装AL-31Fy（此时，俄罗斯为了吸引客户，同样的东西却是屡次更换型号，造成新产品的印象。其实依旧是新瓶装旧酒而已）俯仰式矢量喷管发动机的苏-37战机亮相英国的范堡罗航展。苏-37战机在新技术的帮助下，做出了比其“兄长”苏-27更加“离谱”的机动动作。一时间，技惊四座的苏-37战机重新找回苏式战机的尊严（海湾战争期间，欧美战机实现了对以苏式战机为主的伊拉克空军一边倒的屠杀，一时间国际上对苏式战机的性能充满怀疑态度。当然，关于伊拉克空军的糟糕表现，既有战机性能的差距，也有战略战术上的滞后，更有飞行员素质低下等原因造成的）。该发动机的主要性能：矢量角±（10°～15°）（单轴，俯仰）；矢量角速度（30°～45°）/秒。水平方向的机动所需推力来自发动机的推力差，双发喷管可以同步偏转，也可以差动偏转。当年，印度能匆匆的下订单购买苏-30MKI战机，与这次航展上苏-37战机的表演有着莫大的关系。
这种矢量喷管是以AL-31F发动机收扩喷管为基础，在喷管与加力燃烧室中间增加一个球形转接段，通过作动机构实现俯仰偏转。因此，也被称为圆柱段轴线偏转矢量喷管。该设计的运动原理简单，改装工作量少，但也存在许多不足。首先是转动段长度过长，运行时加载负荷很大；其次，是转接段密封要求十分严格，由此带来了结构复杂、重量增加的不利影响；第三，喷管的寿命特别的短，对后勤压力特别大。不过这些缺点仍未能阻挡印度人对新技术的渴望。只是得利的是对订单望眼欲穿的苏霍伊设计局、留里卡设计局及和苏-30MKI战机相关的所有设计生产商。
经过AL-31Fy验证过的矢量技术后来被AL-31FP采用。不同的是后者的喷管安装和发动机纵轴面成32°夹角。如此一来，俯仰偏下，既可以获得推力的垂直分量又能获得侧向分量。
AL-31FP矢量喷管及专用控制系统是比较笨重的，安装后发动机重量增加约110千克，长度加长0.4米，这既增加了发动机的复杂程度，使用寿命也会遭受影响。据俄罗斯的公开资料显示，AL-31FP的喷管使用寿命只有短短的250小时，未能延长到计划的500小时。但使用方印度空军在合同中要求俄方将该发动机的首翻修期延长到1000小时。这个性能数据就是现在俄方都很难达到，更别说是十余年前了。但留里卡设计局依然做出了富有成效的努力，将发动机的热端部件进行了多项技术改进，例如改进主燃烧室的火焰筒，使用新的焊接工艺加工燃油总管；运用等静压、等温锻造加工成形粉末冶金盘；增加高压涡轮盘的强度；采用单晶涡轮叶片及新型隔热涂层等。（未完待续）
Al-31F发动机问世的背景
回首漫长的航空发动机发展史，曾经的红色帝国为与美国争霸世界，对关乎国家命运的航空发动机产业的发展向来都是全力以赴，不遗余力。在苏联众多一流的航空发动机设计局中，能够设计第三代大推力涡扇发动机的唯有一家——留里卡设计局。
留里卡设计局组建于1946年，是苏联主要战机动力系统设计局。该设计局的首任总设计师阿尔西普·留里卡研制出了苏联的首台涡喷发动机TR-1，被称为俄罗斯“喷气发动机之父”。在此之后，他又研制出了TR-2、TR-3、TR-5、AL-5、AL-7、AL-21等多种喷气发动机，装备于苏-7、苏-9、苏-11、苏-24、苏-17M、苏-20、米格-23等战机，以及伊柳申、图波列夫等设计局的多型飞机。这些飞机不仅用于苏联/俄罗斯，还出口到世界上许多国家。而真正把留里卡设计局推向世界顶级航空发动机领域的，当属后来大名鼎鼎的AL-31F发动机。
在冷战正酣之际的20世纪60年代，苏联得知美国上马了新一代战机计划，也启动自己相应的对抗计划。这就是后来的米格-29和苏-27战斗机。此时，苏联针对美国普拉特·惠特尼（PW）公司的F100高性能发动机，决定由留里卡设计局负责研制一款与之性能相近的战斗机发动机。该项目代号99，正式型号名称为AL-31F（字母F表示加力），并在1973年正式启动。
拥有豪门“血统”的AL-31F发动机的初期研发工作十分顺利，次年的8月就完成了第一台样机的装配。留里卡设计局的早期设计方案为“3级风扇 9级高压压气机 高低压涡轮各1级”。不过经过精确计算，这个方案虽然重量很轻，但性能根本达不到F100的水平。为此，留里卡设计局只好把早期方案推倒，增加级数（4级风扇、12级高压压气机、高低压涡轮各2级）以提高循环参数来获得更大的推力。不过，级数的增加虽解决了推力不足的问题，但发动机的超重情况却是高得离谱，达到1600千克，推力仅为108千牛，与F100相去甚远，研制进度也大为拖延。
无奈之下，留里卡设计局只好把前后两个方案都推倒进行方案大改。虽然在AL-31F的设计初期困难重重，但作为当时苏联唯一能与PW、通用电气（GE）抗衡的世界级航空发动机领跑者，留里卡设计局的自身实力可不是一般小鱼小虾所能比拟的。在留里卡院士的带领下，设计局上下参考众多优秀设计方案，对设计方案进行了重大改进：保留了以前的4级风扇，但高压压气机减为9级，高低压涡轮各为1级，总级数下降到15级，重量也降到了1530千克。修改后的发动机在试验过程中又遇到了许多故障，某些工作参数仍未能达到设计指标。为此，设计局采用了新的工艺和材料将涡轮进口温度升高以提高涡轮效率。直到1979年8月23日，首架安装AL-31FH发动机（型号名称中的H表示附件下置。早期的AL-31F的齿轮箱等附件设计在发动机的下部，后来为配合飞机结构修改，将附件机匣“高置”成现在的样子）的苏霍伊设计局苏-27原型机T-10-3才飞上蓝天。
Al-31F发动机早期存在的问题
尽管试飞取得成功，可发动机仍存在诸多问题。某些工作参数未能达到设计指标，其中最严重的莫过于涡轮问题，直接导致了进度的拖延。按照原计划，发动机定于1982年通过国家鉴定。为此，两家定点发动机生产企业——莫斯科“礼炮”（Salut，又译作萨留特）机械制造厂和乌法发动机制造生产厂在1981年就分别建立了定型型号的批量生产线。可是直到1984年6月，苏联航空发动机的大师级人物留里卡总设计师去世，高压涡轮问题仍是横亘在型号定型的道路上。
因为涡轮效率的设计值比目标低了4%，只好将涡轮进口温度提高到1392℃。但温度的提高造成涡轮叶片热负荷过大，运转不久叶身便产生裂纹，根本无法通过定型试车。发动机的翻修寿命也只有可怜的50小时左右。关键时刻，留里卡院士的亲密战友——设计局的新一任总设计师维克特·米哈洛维奇·切普金临危受命，带领团队展开了新一轮的技术攻关，果断决定修改涡轮叶片的冷却流路。采用了旋转式冷却方式、改进制造工艺与热障、涂层技术等措施后，留里卡设计局最终迈过了这道坎。
1985年8月6日，AL-31F通过了苏联的国家鉴定试验，第二年开始批量生产。至此留里卡设计局耗时10余年的扛鼎之作终于“修成正果”。从1973年的项目上马到1985年“准生证”的取得，AL-31F发动机在设计中使用了57台试车发动机，总运转22900小时（其中台架试车16625小时、试飞6275小时），共解决了685个技术难题，获得128项技术专利。
AL-31F发动机的定型最终成就了后来的“侧卫”家族。苏-27系列战机在AL-31F发动机的强劲支持下，完成了至今仍让人叹为观止、匪夷所思的高难度飞行动作。当苏-27战机扬威巴黎航展之时，整个西方都为其“变态”的机动性能“瞠目结舌”，也改变了以往西方对苏联航空发动机的“鄙视”态度。“侧卫”家族正是因为有了这颗强悍的“心脏”， 才使得苏霍伊设计局在经过苏联解体的漫长阵痛后，依然能为俄罗斯航空工业撑起一片天空，且至今仍是俄罗斯军工贸易中的“招牌产品”。
尽管AL-31F发动机通过了定型试验，但当时的发动机还不能算作合格装备。其最大的问题是翻修寿命过短，距军方的最低要求还有差距，可靠性也不高。当时苏联空军要求型号首翻期不少于300小时，但首批生产型的指标还不到100小时，其中发动机在最大推力和加力状态上只能达到50小时，且大多数条件下也有着严格的限制，起动次数不能超过300次。可以说，此时的AL-31F发动机连同样问题百出的F100-PW-100发动机都不如。所以，发动机定型后的中心任务是持续进行修改和提高，工作重点是延寿。
为此，承担批量生产任务的两家企业会同有关设计单位以及科研院所联合进行攻关，对发动机的关键部位（如涡轮盘、轴、叶片、火焰筒）采用新的制造加工工艺、更换材料、改进涂层等措施，以提高零部件的可靠性与耐久性，取得了较满意的成果。发动机的首翻寿命从原来的100小时逐步提高了200小时，直至符合军方要求的300小时，型号定为AL-31Fcep.2。综合苏联各方面的延寿工作，主要采取了以下几种卓有成效的手段：
采用空心阴极真空电弧钎焊，可使涡轮叶片工作寿命提高2～4倍。在涡轮叶片叶冠耦合面上钎焊一层耐磨镶片。镶片材料的耐高温耐磨性能优于叶片材料，从而显著改进了叶冠耦合面的性能。
综合运用多种喷涂技术对发动机零部件进行表面处理和热障涂层，延长其工作寿命2～4倍。
采用高精度优质齿轮的加工技术，包括唇齿、表面渗氮硬化，齿轮精磨、检验等工序，提高生产效率，缩短了约一半的生产周期，加快零部件的生产速度。
使用等温冲压工艺，实现了少余量制造各种复杂结构的钛合金零件，节约了30%～60%材料，并且提高了部件的疲劳寿命。
AL-31F的主要特色
第一特色：钢筋铁骨
作为“高精尖”代名词的航空发动机工业，向来追求用最先进的技术提升性能。20世纪70年代的苏联整体国力雄踞世界第二，但在细节方面仍不如西方来得精细。因此，苏联的航空发动机工业向来以实用至上，不盲目追求“高精尖”。这点在AL-31F发动机的结构设计上有着最明显的体现。在AL-31F的结构设计上，苏联设计师采取了务实的做法。根据自身条件合理安排高技术的应用比例。一方面继承传统的苏式航空发动机结构（混合苏式和西方的两种类型），以降低技术风险，保证研制进度；另一方面学习借鉴西方设计中的先进经验，采用当时的尖端结构技术（如焊接转子、中介轴承等），使型号具有一定的先进性。
1. 发动机大量使用钛合金材料（达到整机重量的35%左右）与高温合金，配合一系列独到的加工工艺制造，实现减轻全机重量，获得较高推重比的效果。但AL-31F在许多重要零部件材料选择上却比较保守，以高压涡轮为例，AL-31F仍使用定向凝固合金制造的工作叶片和高温合金制造的涡轮盘。这也是为何AL-31F寿命一直不长的重要原因之一。其实这并非苏联设计师做法保守，而是设计师充分认识到当时苏联尚未完全掌握新材料的加工制造技术、短期内无法实现工业化生产，尤其是大直径粉末冶金涡轮盘生产技术不过关。但这并不代表苏联就不“新潮”。苏联在20世纪70年代的航空材料和工业技术已经达到相当高的水平，某些新型材料如粉末冶金、单晶高温合金等已开始应用于型号。RD-33（俄文为PД-33）发动机就是其中最典型的发动机。即便AL-31F上有许多材料技术相对落后，但苏联已经突破了新材料的关键研发阶段，进入了细节完善。当时苏联航空材料研究所（BHAM）一直与批生产厂家联合进行技术工艺攻关，待发展成熟后就用于更换。
2. 该机采用单元体的设计结构，可在最小调整量与校正量的情况下更换单元体，提高了可维护性，也为将来的升级提供了便利。
3. 设计中考虑了使用维护性，发动机机匣上设有许多观察孔/探孔，方便维护人员检查发动机叶片、燃烧室、燃油喷嘴等的工作情况。外涵与高压压气机机匣上设有水平分离面，可以在外场进行压气机叶片的修理和更换。
4. 发动机转子采用了6个主支点，三大承力框架布局极富特色。压气机设计紧凑，高压转子轴向尺寸较短，其主轴上只安装了2个轴承（支承方案为1-0-1）。低压转子却是用了4个轴承（支承方案为1-2-1），在同代中较为异类。由于当时苏联的整体技术实力有限，设计师只能在低压转子上设计4个支点，以保证发动机运转的稳定性；而同时代的F110的低压段只有3个支点。采用4支点设计显著增加发动机的复杂程度和零部件数量，削弱了中介承轴的效果。因此，除了AL-31F发动机，别的高性能发动机都未采用这种设计。
5. 由于当时苏联并未完全掌握高温材料的焊接技术，在AL-31F压气机转子的连接工艺上既采用了先进的电子束焊接，也采用了落后而传统的长螺栓连接成形的工艺。用电子束焊接工艺焊接转子的轮盘、鼓环、轴等，可以省去相应连接件，大为简化转子的结构，是20世纪70年代后提高发动机推重比的十分有效的方法。不过，由于苏联在当时对电子束焊接工艺掌握得不够成熟，只好延续RD-33发动机的做法，使用传统而落后的长螺栓连接工艺来连接压气机（特别是后3级转子使用的多）。同时，由于采用这种落后的工艺方法，不得不在叶片上开孔，让螺栓穿过。这样虽方便高压涡轮和压气机部件通过刚性连轴器的安装，也便于拆换单原件，但是这些钻孔会大幅削弱零部件的强度，影响部件的可靠性和寿命。所以，先进发动机都避免采用这种方法。 第二特色：无忧操作
如果说，先进的制造材料是发动机强壮而结实的筋骨，那么先进的控制装置则是发动机的大脑，而调节计划（控制方案）就是存在其中的思想，是全机的灵魂。后两者构成完整而复杂的发动机综合控制系统。作为典型的世界级3代大推之一，AL-31F控制装置的设计达到了同类设计的先进水平，其全程多元复合调节与发动机完美结合，能够根据不同的工作环境及运行状态，合理运用适当的调节规律来获得所需性能，以满足飞机在宽广飞行范围内的技战术要求。该系统既继承了苏式发动机的分段调节、追求最大推力的设计思想，同时也不排除欧美先进的设计理念，提高发动机过渡态（加、减速等）的控制质量。不过由于苏联的电子工业长期落后于西方，在先进的全权限数字式发动机控制（FADEC）尚未成熟之时，AL-31F只好采用混合式（液压机械-模拟式电子调节）控制设计。但在长于机械系统整合的苏联设计师面前，这样的控制设计也是顶级存在。后来，用萨留特集团的Sau-235系统更换以前的混合式控制系统。改进后，发动机重量减轻了约40千克。据萨留特集团称，这套装置的性能不亚于F100-PW-229的发动机数字电子控制（IDEEC）。
即便如此，AL-31F的出色控制设计能力仍可为世界诸多国家所学习。后来我国大量引进苏-27战机时，对AL-31F发动机的这套系统有着深入而透彻的分析研究，科技人员对该系统性能相当满意，并为我国航空发动机科研单位所借鉴，经适当改进后被移植到国产的WS-10“太行”发动机上。
第三个特色：华丽性能
首先，AL-31F发动机沿袭苏式发动机一贯风格，追求最大推力的设计。高度速度特性较好，性能泼辣（有更大的剩余功率，以满足飞机加速性要求。苏-27的起飞爬升性能、中低空机动性能都相当出色）。发动机的全加力推力与F110-GE-100基本相当，但中间推力超过后者。这主要归功于AL-31F采用小涵道比、高涡轮工作温度设计，全加力/最大推力状态下的单位推力分别达到1093牛/（千克/秒）和680牛/（千克/秒），进口风扇轮缘速度大（476.8米/秒，压气机的加力量大）、增压比大（风扇增压比3.54）。因而风扇可以减小，核心机空气流量上AL-31F比F110略大（约多25千克/秒），循环功率稍微更大一些。
AL-31F采用“两高一低”的热力循环参数：涡轮进口温度1665K，总压比25，涵道比在同类型号中较低，为0.571。
其次，AL-31F的第二性能特点是抗压力、温度畸变能力强、压气机喘振裕度大（设计转速下，喘振裕度可以达到25%）、气动稳定性高。AL-31F的高低压压气机的平均压比都不高，级载荷水平适中。采用3代大推中“异类”的4级风扇方案，压气机的级数过多，影响了发动机的主要性能。但涡轮只用2级，降低了总体级数（比F100还少一级）。不过，这样的设计若想提高涡轮的工作温度、增加功率输出，就十分的困难了。
第三，AL-31F十分注重发动机的气动稳定性。虽然苏式发动机一贯追求高推力，但对气动稳定性的追求甚至高于高推力。苏式发动机为了保证正常工作，甚至不惜牺牲航空发动机性能来换取高稳定和大裕度。AL-31F发动机就是这种思想的产物。为保证发动机的稳定工作，苏联设计师运用诸多先进和落后的技术。压气级数多就是这种方法的折衷处理。当然在增加级数的同时，AL-31F的进气机匣还安装了23片可变弯度导流叶片。在第4级工作叶片对应处设计了处理机匣，开设400多个斜槽，风扇出口实现了飞行包线内的无顾忌操作。反观早期的F100发动机，在服役初期就因多起压气机失速等气动稳定性故障，让F-15这样的强者都背上了“机库皇后”的恶名。由此可见，AL-31F独到的折衷设计对发动机的稳定性具有十分重要的作用。更重要的是AL-31F压气机失速裕度大、抗畸变能力强的特点，非常适合舰载机的使用。根据压气机特性图，从慢车道最高状态下的失速裕度达到25%～30%。特别是低转速的喘振裕度对满足发动机空中起动以及加速性能有着至关重要的作用。
早期AL-31F发动机的主要改进型号
AL-31F的问世一扫苏联对美国先进发动机的颓势，让其航空发动机工业再一次与美国站在同一起跑线上。不过，即使促使苏-27这款划时代战机的诞生，但AL-31F仍存在许多难以忍受的缺陷，特别是最为人诟病的“短命”、故障率居高不下等一系列问题。1985年，刚刚通过鉴定的AL-31F，其初始寿命只有短暂的50小时。如此指标用“堪用”都勉为其难，连当初问题不断的F100-PW-100都不如。因此，苏联众多研制和生产单位，在AL-31F服役后，针对其暴露的诸多缺陷采取了一系列富有成效的改进措施，特别是针对其“短命”的改进更是作为重中之重。经过各方面的专家、工程技术人员的不懈努力，发动机使用寿命逐步延长。到20世纪90年代末期，生产型号的翻修寿命可超过500小时。
AL-31FN发动机
该型号是专为出口中国的歼10战机所用的型号。作为本为双发布局苏-27战机设计的发动机，为能在单发的歼10战机上使用，留里卡设计局-礼炮公司根据歼10的需求，对AL-31F进行了针对性改进。将发动机附件、传动箱从附着在发动机上面，移到附着在发动机的下面，而飞机附件传动机匣还是安装在发动机的上面。
据俄罗斯2002年11月公开的资料显示，AL-31FN发动机性能、尺寸和重量的数据，与原型的AL-31F只有很少的区别。由于从双发机改为单发飞机使用，发动机附件得以简化；又由于AL-31FN发动机拆去了内外涵流道的分流隔板，使得发动机的质量减轻了一些。AL-31FN较AL-31F的燃油消耗率略有提高。因此，AL-31FN发动机仍有性能改进的必要。 AL-31Fcep·3发动机
在漫长的冷战时代，苏联虽在众多军备领域能与美国抗衡，甚至领先，但在航母方面始终甘拜下风。在舰载机方面，尤其是在固定翼舰载机方面，苏联更是羞于见人。这种局面直到冷战结束前夜才有根本性的改变。这主要得益于苏联推出了苏-33舰载机。
早在苏-27战机设计定型阶段，苏霍伊设计局就根据苏联高层指示，在苏-27基础上设计一款舰载机。这就是后来苏-33战机的雏形。计划于1978年开始启动。1984年4月18日，苏共中央和苏联部长会议决定由苏霍伊设计局在苏-27的基础上研制新型舰载防空战斗机。其主要作战对象是美国的F-14和F/A-18系列战斗机。
用于舰载机的动力装置必须非常稳定可靠。然而，当时AL-31F的“短命”是最大的问题，显然不能作为舰载机的动力装置。为此，留里卡设计局联合诸多航空工业部门，对AL-31F进行系统的技术改进。经过工程技术人员的不懈努力，发动机开始逐渐成熟。其改进工作也进展迅速，至20世纪80年代末，苏联第一种重型舰载机的发动机——AL-31Fcep·3终于研制成功。
1989年11月11日，安装AL-31Fcep·3发动机的苏-27K（T-10K-2）在功勋试飞员普加乔夫的驾驶下顺利降落在“第比利斯”号（即后来的“库兹涅佐夫”号）航母上，开创了苏联航空史上的新纪元。同年，苏-27K/苏-33的生产工作正式启动，首先制造定型试飞样机。可是，由于苏联解体，俄罗斯的国力一落千丈，新型舰载机直到1998年才正式装备部队。
与基本型相比，AL-31Fcep·3最明显的改进是增加了特殊推力模式。发动机在此工作模式下通过短时间内提高涡轮前温度来获得更大动力。舰载机的起降条件十分苛刻，而且苏-33采取了滑跃起飞方式。这个过程发动机是满负荷状态。如果是降落状态下，推力还得更高（增推幅度大约为5%，最高可产生129.4千牛推力），着舰失败后，发动机必须要在短时间内提供足够的动力来实现复飞。AL-31Fcep·3可以在5秒内从正常进场状态加速到全加力/特殊推力状态。Cep·3安装有功能增强的KPD-99B综合电子调节器，可以适应舰载机复杂的油门控制。
由于AL-31Fcep·3发动机的工作环境不同于陆基型号，所以设计中选用了抗腐蚀新材料以及多种防腐涂层措施，以满足长期在高湿、盐雾等恶劣条件下运行的需要；同时，还注意发动机的使用维护性和耐久性，翻修寿命延长到500小时。
舰载机的动力必须具备良好的操作性能，而AL-31F本身就是一款操作应用性很强的型号。在加速性方面，空中加速（慢车至中间推力）时间在8秒以内，地面状态3～5秒。若直接推油门到全加力，所需时间不超过7秒。这些华丽的性能指标完全可以匹敌美国的同类发动机型号。正是有此基础，AL-31F才能顺利应用到舰载机上。Cep·3型在此基础上进一步提高，比如空中起动功能，型号提供了多种起动方案，其中包括了起动机代转起动模式。这与F110-GE-400的设计相同。发动机空中起动可以全自动进行，也能手动（半自动）操作。后一种模式下，飞行员首先得将油门杆收回停车位置，然后再推至慢车进行起动。或者采取强制执行模式，按座舱内的“再次起动”按键，进行再次起动。同时，该型号还保留了苏式发动机惯用的补氧系统，提供辅助。该系统结构简单，使用灵活，在地面起动过程中可直接向起动机燃烧室供氧，助燃；空中起动时向主燃烧室供氧以扩大点火边界，这也是AL-31F起动系统中最突出的特点。
AL-31FP推力矢量发动机
冷战结束后，继承苏联大统的俄罗斯国力一落千丈。不要说按苏联时代的计划更换武器系统，就是能养活接收自苏联时代的军事装备都是十分吃力。一时间，俄罗斯众多的军备设计生产商陷入了断炊困境中。缺乏国内订单的众多实力雄厚的发动机研制单位只得将目光盯向海外市场，希望能用海外的市场来向本国输血。为了抢到订单，俄罗斯的众多军备设计生产商迫不及待地对外展示其试验性质发动机。这种做法一反苏联时代那种严谨而有计划的军备发展风格，一切进入了势利的市场至上轨道。
但要国外用户认可这些未经时间检验的在研产品却非易事。留里卡设计局借助于苏霍伊的“侧卫”战机的大量出口，日子还相对好一点。别的设计生产商只能是度日如年了。就是如此，留里卡设计局在20世纪90年代早期屡次向中国推销在研发动机。但经过屡撞南墙已经觉悟的中国根本不买账，只是理性地选择那些成熟而可靠地军备。但一向在军备发展上眼高手低的“南亚某大国”却无其文明古国的睿智。在20世纪90年代末，决定采购苏-30MKI战斗机，配备未经实践检验却被俄罗斯吹得天花乱坠的在研推力矢量发动机AL-31FP。这是世界上第一种进入空军服役的带轴对称矢量喷管的发动机型号。
AL-31FP推力矢量发动机的纸面性能在俄罗斯众多饥肠辘辘的厂商有意无意的宣传下，“忽悠”给了印度这个“超级小白鼠”。这让自以为捡到宝贝的印度空军在以后的十余年里吃尽了苦头，再次领教了斯拉夫人的“狡猾”。关于这方面的介绍文献颇多，不作本文叙述重点。
其实，关于矢量推力技术，俄罗斯早在20世纪80年代初就已开始了研究。当时苏联为研制新一代高性能军用发动机，开始了矢量喷管的研究工作。只不过这个技术是为第4代大推AL-41F服务的，且早期的技术方案是二元喷管（和后来的F119发动机类似），而不是后期更为花哨的轴对称方案。后者只是备选方案。1987年，苏联制造出试验喷管，并进行了技术验证。1989年分别将两种喷管安装到经过改装的飞行试验台上——苏-27IMK-2405（轴对称矢量喷管）和苏-27FB-PC（二元矢量喷管）。前者于当年的3月21日进行首次试飞。由于当时的技术条件限制，喷管都由手动控制。进入到20世纪90年代后，俄罗斯因经济技术等原因，已无力负担两个同样需要投入巨资的项目。只好选择轴对称矢量喷管和现役机型的改装应用。希望能实现技术方面实质性突破，为研制单位迅速带来“硬通货”。 为了尽快找到客户，1996年，苏霍伊设计局配合留里卡设计局将取得阶段性成果但未完全技术定型的该项技术便推向了市场。当年，安装AL-31Fy（此时，俄罗斯为了吸引客户，同样的东西却是屡次更换型号，造成新产品的印象。其实依旧是新瓶装旧酒而已）俯仰式矢量喷管发动机的苏-37战机亮相英国的范堡罗航展。苏-37战机在新技术的帮助下，做出了比其“兄长”苏-27更加“离谱”的机动动作。一时间，技惊四座的苏-37战机重新找回苏式战机的尊严（海湾战争期间，欧美战机实现了对以苏式战机为主的伊拉克空军一边倒的屠杀，一时间国际上对苏式战机的性能充满怀疑态度。当然，关于伊拉克空军的糟糕表现，既有战机性能的差距，也有战略战术上的滞后，更有飞行员素质低下等原因造成的）。该发动机的主要性能：矢量角±（10°～15°）（单轴，俯仰）；矢量角速度（30°～45°）/秒。水平方向的机动所需推力来自发动机的推力差，双发喷管可以同步偏转，也可以差动偏转。当年，印度能匆匆的下订单购买苏-30MKI战机，与这次航展上苏-37战机的表演有着莫大的关系。
这种矢量喷管是以AL-31F发动机收扩喷管为基础，在喷管与加力燃烧室中间增加一个球形转接段，通过作动机构实现俯仰偏转。因此，也被称为圆柱段轴线偏转矢量喷管。该设计的运动原理简单，改装工作量少，但也存在许多不足。首先是转动段长度过长，运行时加载负荷很大；其次，是转接段密封要求十分严格，由此带来了结构复杂、重量增加的不利影响；第三，喷管的寿命特别的短，对后勤压力特别大。不过这些缺点仍未能阻挡印度人对新技术的渴望。只是得利的是对订单望眼欲穿的苏霍伊设计局、留里卡设计局及和苏-30MKI战机相关的所有设计生产商。
经过AL-31Fy验证过的矢量技术后来被AL-31FP采用。不同的是后者的喷管安装和发动机纵轴面成32°夹角。如此一来，俯仰偏下，既可以获得推力的垂直分量又能获得侧向分量。
AL-31FP矢量喷管及专用控制系统是比较笨重的，安装后发动机重量增加约110千克，长度加长0.4米，这既增加了发动机的复杂程度，使用寿命也会遭受影响。据俄罗斯的公开资料显示，AL-31FP的喷管使用寿命只有短短的250小时，未能延长到计划的500小时。但使用方印度空军在合同中要求俄方将该发动机的首翻修期延长到1000小时。这个性能数据就是现在俄方都很难达到，更别说是十余年前了。但留里卡设计局依然做出了富有成效的努力，将发动机的热端部件进行了多项技术改进，例如改进主燃烧室的火焰筒，使用新的焊接工艺加工燃油总管；运用等静压、等温锻造加工成形粉末冶金盘；增加高压涡轮盘的强度；采用单晶涡轮叶片及新型隔热涂层等。（未完待续）