详解“超级大黄蜂”之心，通用电气的F414涡扇发动机

万磁王

陶瓷基复合材料与降噪套件
　　目前在产F414的尾喷管二级封严片是用陶瓷基复合材料（CMC）制造的。根据通用电气的说法，F414先后采用过两种陶瓷基复合材料来制造二级封严片，首先是碳化硅/碳（SiC/C），也就是陶瓷级碳化硅纤维增强的碳基材；然后是氧化物/氧化物（Ox/Ox），也就是使用氧化铝-莫来石陶瓷纤维增强的氧化铝-氧化硅基材。2011年生产的F414开始安装Ox/Ox材料制造的封严片。

现有F414的CMC封严片有两种，一种是这种全白的，应该是Ox-Ox材料

另一种是这种带白点的，应该是SiC-C材料

万磁王

　　但这两种陶瓷基复合材料还无法承受高压涡轮要面对的极端高温，无法制成高压涡轮压片使用。通用电气正在研究更有前途碳化硅/碳化硅（SiC/SiC）的陶瓷基复合材料，即碳化硅纤维增强的碳化硅基材。这种材料在涂上合适的环境障涂层（EBC）后能承受极端高温，可以用来制造涡轮叶片、定子叶片或其他高温部件。使用SiC/SiC材料制造的高压涡轮叶片比镍基高温合金（如因科镍718合金）叶片轻许多，而且更加坚固。
　　通用电气表示SiC/SiC叶片能承受的工作温度比高温合金叶片高上许多，仅要求环境障涂层降低叶片工作温度149摄氏度就能够承受1649摄氏度的大型喷气发动机涡轮进口温度。通用电气已经在美国海军的能源工作小组项目中用一台F414发动机成功验证了CMC涡轮叶片。测试发动机在第二级涡轮上安装了SiC/SiC材料叶片，测试证明CMC叶片足够坚固，能承受涡轮高温和旋转应力。

安装CMC叶片的F414测试机

万磁王

　　通用电气对F414的另一项重大改进是降噪套件，其特点是通过在尾喷管封严片安装锯齿结构，来促进发动机核心、涵道和外部气流之间的掺混，从而降低F414的全加力噪音。

F414的锯齿封严片

万磁王

　　“超级大黄蜂”从航母甲板弹射起飞时经常需要开全加力，降噪套件能降低“超级大黄蜂”和EA-18G在航母弹射器附近产生的噪音，保护甲板人员听力。测试表明锯齿降噪套件能把F414的人体感知噪声降低2至3分贝，可能听起来不是很多，但实际上能把每台F414产生的声能降低50%。

锯齿外形能降低F414的全加力噪音

虽然看起来像F-35的锯齿尾喷管，但并不是为隐身研制的

万磁王

鱼与熊掌
　　通用电气在F414发动机的后续改进上采用了一种新策略，那就是可以根据客户的要求提供两种工作模式，一种能延长发动机寿命，另一种能提高性能。
　　第一种改进型被称为F414增强耐久性发动机（F414-EDE），推力与现有F414相同，但显著提高了发动机的耐用性，除维修间隔时间延长，热段寿命提高到了原先的大约三倍外，耗油率还能降低3%至4%。第二种改进型被称为F414增强性能发动机（F414-EPE），发动机硬件部分与F414-EDE完全相同，只是FADEC使用不同的软件，从而压榨出比现有F414高出20%的推力。F414-EPE发动机在耐用性和热段寿命上与现有F414相同，同时油耗能降低1%至2%。

F414-EDE EPE的改进在于低压压气机、高压压气机和燃烧室模块上，对现有F414升级没有经济性可言

万磁王

　　F414改进项目作为美国海军部分资助的联合技术开发计划的一部分启动于2004年，通用电气在2004年和2006年对F414增强耐久性发动机（F414-EDE）验证机进行了两次测试，在2010年和2011年进行的两次测试中，验证发动机达到了设计目标。
　　F414-EDE的改进之处有以下几点：
　　首先F414-EDE的高压压气机是6级而不是现有F414的7级。通用电气在用现代三维计算流体力学（CFD）技术对F414的高压压气机气流进行分析后，决定增加每级压气机之间的间隔，并采用更先进的三维气动设计叶片进。重新设计的高压压气机和风扇使F414-EDE发动机的最大总流量提高到每秒84.8千克，比F414基本型高出10%。

F414-EDE/EPE的全新6级高压压气机

　　其次，F414-EDE在高压压气机和加力燃烧室上采用了先进冷却设计，改善了发动机热段和尾喷管高温部件的耐用性。
　　F414-EDE还进行了其他方面的一些改进，提高了对异物损伤的总容忍度。
　　F414-EDE增加的核心气流能使发动机在推力与F414基本型相同的情况下工作在更凉爽的环境下，为旋转部件（特别是热段）提供更高的温度裕度，延长了热段和限寿件的寿命，并增加了发动机的在翼时间。据通用电气计算，F414-EDE能使美国海军在“超级大黄蜂”机队的剩余服役时间中节约高达10亿至20亿美元的零件采购和大修成本，大幅降低飞机的生命周期成本。F414-EDE降低的3%至4%油耗相当于让“超级大黄蜂”机队每年节约1892万升航空煤油。F414-EDE的另一个优点是增加引气量用于冷却航电或驱动气动系统。
　　F414-EPE在硬件上与F414-EDE相同，同样具有更高的核心气流，只是FADEC单元运行不同的软件，使发动机增推20%，最大推力高达11975千克（117.43千牛）。F414-EPE的油耗比现有F414低1%至2%，除了能增加引气量外，还能驱动发电机提供更多电力。F414-EPE的在翼时间将与现有F414相同。
　　F414-EDE和F414-EPE的硬件通用性是一大卖点，客户只需对FADEC进行软件切换就能改变操作模式，比如在战时使用EPE模式，在和平时期使用EDE模式。

万磁王

F414的生产
　　从1998年投产以来截至2015年6月，GE已经生产了1500台F414发动机，已累积超过300万飞行小时。根据美国海军的F414-400项目时间表，通用电气在2016年底前已交付约300台F414-400发动机，该公司目前每年制造90至100台F414。
　　“超级大黄蜂”并不是F414的唯一装机对象，印度选择F414-INS6作为其超音速轻型战斗机（LCA）“光辉”Mark 2（相关资料：具有印度特色的战斗机研发项目——LCA“光辉”）的动力装置。F414在LCA  Mk2的发动机竞争中击败EJ200获得了99台初始订单外加149台意向订单，通用电气预计至少可以向印度出口150台F414整机和相关备件，所以F414的生产至少会持续到20世纪20年代。
　　此外，瑞典空军也为自己的萨博“鹰狮”NG（相关资料：萨博的经济适用型小钢炮（下）——新一代“鹰狮”E战斗机）选择了F414-39E发动机，通用电气获得了为瑞典空军的70架和巴西空军的36架“鹰狮”NG提供发动机的订单。F414-39E派生型目前正在进行最后的发动机认证测试。2008年首飞的“鹰狮”NG验证机安装的是F414G发动机。F414-INS6和F414-39E是F414基本型的单发改型，并没有采用EDE/EPE的技术。

F404/F414发展脉络

万磁王

　波音公司目前正在向美国海军力推F/A-18XT Block III，该机基本上就是重换包装的“先进超级大黄蜂”（相关资料：旧瓶新酒，详解波音“沉默大黄蜂”），其一大卖点就是F414-EPE增推发动机。如果美国海军同意采购，那么作为世界最佳中推之一的F414将焕发第二次生机  。

波音力推的超级大黄蜂BlockIII一大卖点就是F414-EPE

ruipuxizo