加力推力接近一萬公斤 詳解美國海軍「超級大黃蜂」之心

資料圖：波音F/A-18E/F「超級大黃蜂」

通用電氣公司為波音F/A-18E/F「超級大黃蜂」以及EA-18G「咆哮者」研製的F414是一種優秀的中等推力戰鬥機渦扇發動機，雖然以F404為基礎研製，但這種低涵道比雙轉子渦扇發動機基本是一種全新的設計。

資料圖「」F414結構圖

F414的核心機設計來自通用電氣的F412非加力渦扇發動機，而這種發動機是為麥道/通用動力A-12「復仇者II」艦載隱身攻擊機研製的。「復仇者II」在1988年贏得了美國海軍先進戰術飛機（ATA）的競標，通用電氣為該機開始研製派生自F404的F412。

資料圖：F414-400外形

但由於延遲和成本超支，A-12項目在1991年被取消，並引發了激烈的爭議和訴訟。好在通用電氣研製F412的努力沒有白費，麥道在1991年開始研究F/A-18「大黃蜂」戰鬥機的重大改型（後演變成F/A-18E/F「超級大黃蜂」），要求航程和作戰性能比現有「大黃蜂」大幅提高，通用電氣於是提出了採用F412先進技術的F414發動機概念。1993年5月20日，F414原型發動機進行了首次試車。

資料圖：F414徑向火焰穩定器

通用電氣通過把F412的核心機與F404低壓壓氣機以及F120變循環渦扇發動機的徑向火焰穩定器相結合創造出了F414。F120參加了美國空軍的先進戰術戰鬥機（ATF）發動機競爭，最後敗給了普惠F119，讓後者成為洛克希德F-22「猛禽」戰鬥機的動力裝置。但最終統計數據顯示F-22僅187架的產量使F119的生產數量遠小於F414，所以失之東隅，收之桑榆，通用電氣從美國海軍這裡獲得了回報。

為了使「超級大黃蜂」的後機身設計做到最低限度地改動，美國海軍規定F414發動機必須能裝入與F404相同的發動機艙空間，但兩者安裝點有所不同。

資料圖：F404發動機外形

於是F414的外部尺寸與F404相同，都是3912毫米長，最大直徑889毫米，這樣一來增加推力就成了艱巨任務。設計要求F414的每秒最大核心氣流比F404高出20%，最大加力推力比F404高出24%，為了滿足核心氣流和推力要求，通用電氣加大了F414風扇的等效直徑並提高了發動機整體增壓比。

資料圖：F414的燃燒室模塊

最後通用電氣成功實現了設計目標。雖然F414的三級低壓風扇系統比F404的長了125毫米，但通用電氣通過把燃燒室長度縮短25毫米，把加力燃燒室長度縮短100毫米，使新發動機的總長度保持與F404一致。

F414的結構和設計特點

資料圖:F414正面的進口導向葉片

雖然F404和F414的風扇最大直徑都是889毫米，但F414的三級風扇採用了更先進的葉片氣動設計。

資料圖：F414採用模塊化設計

此外，F414風扇的第二第三級是連成一體的轉子結構（也就是葉盤），成為一個單獨部件。這樣就使F414每級風扇的盤轂直徑都能小於F404，這意味著在風扇直徑相同的情況下，F414每級風扇的葉片都比F404長，增加了風扇的等效面積。再加上葉片的氣動改進，結果就是F414基本型的最大空氣流量從F404的64.41千克/秒提高到了77.11千克/秒。F414風扇的第一級葉片可拆換，帶有中間凸台。

資料圖：超級大黃蜂發動機維護

雖然F404和F414都具有七級高壓壓氣機（HPC），但F414的高壓壓氣機包含兩個整體葉盤部件，其中之一是第一第二級壓氣機的串聯整體葉盤，其次是第三級壓氣機整體葉盤。通用電氣通過在F414的兩級風扇和三級高壓壓氣機上採用整體葉盤，從而取消了葉片與盤轂間的傳統燕尾榫接頭，不僅減重可觀，還提高了發動機的可靠性和耐用性。僅在風扇和壓氣機模塊上，F414的零件數量就比F404少了484個。

資料圖：全加力試車中的F414

與F404相比，F414的燃燒室在空氣動力學和材料上都有所改進。其貫流式環形燃燒室採用霧化燃料噴嘴，多孔冷卻結構火焰筒不僅提高了使用壽命，還降低了重量，據報道上面有30000個激光鑽孔來降低側壁溫度。

與F404一樣，F414也採用單級高壓渦輪（HPT）和單級低壓渦輪（LPT）設計，並都由風扇引氣冷卻。F414的渦輪葉片由單晶合金製成，塗有熱障塗層以提高耐久性。F414基本型熱段有2000小時使用壽命，其他旋轉部件和結構部件有4000小時使用壽命。

資料圖：F414的尾噴管

與F404的環形加力燃燒室不同，F414的加力燃燒室採用了更先進的設計。其火焰穩定器由中心環狀V型穩定器與12根徑向穩定器組成．每根徑向穩定器均帶有隔熱罩，並由風扇引氣進行冷卻。兩種發動機之間的另一個區別是F414的尾噴管是燃油驅動的，而F404則由液壓驅動，這項改進能降低重量。F414的徑向火焰穩定器和尾噴管二級調節片和封嚴片都能在安裝在飛機上時單獨更換。

資料圖：F414與F404的參數對比

根據通用電氣的數據，F414重1152千克，僅比1023千克的F404高出129千克，但F414的軍用推力卻增加了約27%，從F404的4990千克（48.9千牛）增加到6350千克（62.3千牛），同時加力推力增加了24%，從F404的8028千克（78.7千牛）增加到9979千克（98千牛）。F414的總增壓比從F404的26提高到30，推重比從F404的7.8提高到9。

除了軍用推力比F404提高27.25%以外，F414還為「超級大黃蜂」的任務關鍵飛行包線區域提供更大的推力優勢。在近距空戰包線區域，F414能提供比F404高30%至40%的推力；在高空截擊任務中，F404的超音速推力也比F404提高了25%至30%；在低空空地任務中，F414的推力也高出40%，能增強飛機的生存能力。

資料圖：F414-GE-400

除了使用F412的核心機外，F414的另一項重要改進就是引入F120的全許可權數字發動機控制（FADEC）單元。這是一種安裝在發動機上的雙通道FADEC單元，可以調節推力、管理燃油供應並控制發動機，並具有先進故障檢測功能，能對發動機系統的故障進行識別、報告和採用應對措施。

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