General Electric F414

El General Electric F414 es un motor turbofan estadounidense de postcombustión en la clase de empuje de 22.000 libras (98 kN) producido por GE Aerospace (anteriormente GE Aviation). El F414 se originó a partir del ampliamente utilizado turbofan F404 de GE, ampliado y mejorado para su uso en el Boeing F/A-18E/F Super Hornet. El motor se desarrolló a partir del turbofan sin postcombustión F412 planeado para el A-12 Avenger II, antes de su cancelación.

Diseño y desarrollo

Orígenes

GE evolucionó el F404 hasta convertirlo en el turbofan sin postcombustión F412-GE-400 para el McDonnell Douglas A-12 Avenger II. Tras la cancelación del A-12, la investigación se dirigió hacia un motor para el F/A-18E/F Super Hornet. GE presentó con éxito el F414 como un derivado de bajo riesgo del F404, en lugar de un nuevo motor más riesgoso. Originalmente se concibió que el motor F414 no utilizaría ningún material o proceso que no se utilizara en el F404, y fue diseñado para ocupar el mismo espacio que el F404.

El F414 utiliza el control de motor digital central y de autoridad total (FADEC) del F412 y el sistema de baja presión del motor YF120 desarrollado para la competencia Advanced Tactical Fighter. Una de las principales diferencias entre el F404 y el F414 es la sección del ventilador. El ventilador F414 es más grande que el del F404, pero más pequeño que el ventilador F412. El ventilador más grande aumenta el flujo de aire del motor en un 16 % y es 5 pulgadas (13 cm) más largo. Para mantener el F414 en la misma envoltura, o espacio ocupado en la estructura del avión, que el F404, la sección del postquemador se acortó en 4 pulgadas (10 cm) y la cámara de combustión se acortó en 1 pulgada (2,5 cm). También cambió con respecto al F404 la construcción de las primeras tres etapas del compresor de alta presión, que son blisks en lugar de discos separados y palas encajadas, lo que ahorra 50 libras (23 kg) de peso. El F414 utiliza un sistema "dráulico de combustible" sistema para controlar el área de la boquilla convergente-divergente en la sección del postquemador. Los actuadores de boquilla utilizan combustible de motor, mientras que el F404 utiliza un sistema hidráulico de motor. "Fueldráulico" Los actuadores para boquillas de postcombustión se han utilizado desde la década de 1960 en Pratt & Whitney J58 y Rolls-Royce Turbomeca Adour, por ejemplo. También se utilizan para girar la boquilla VTOL del Rolls-Royce LiftSystem.

Mayor desarrollo

El F414 continúa mejorando, tanto a través de esfuerzos internos de GE como de programas de desarrollo financiados con fondos federales. En 2006, GE había probado un motor de durabilidad mejorada (EDE) con un núcleo avanzado. El motor EDE proporcionó un aumento de empuje del 15% o una vida más larga sin el aumento de empuje. Tiene un compresor de alta presión de seis etapas (en comparación con las 7 etapas del F414 estándar) y una turbina de alta presión avanzada. El nuevo compresor debería ser aproximadamente un 3% más eficiente. La nueva turbina de alta presión utiliza nuevos materiales y una nueva forma de suministrar aire de refrigeración a las palas. Estos cambios deberían aumentar la capacidad de temperatura de la turbina en aproximadamente 150 °F (83 °C). El EDE está diseñado para tener una mejor resistencia al daño por objetos extraños y una tasa de consumo de combustible reducida.

El programa EDE continuó con la prueba de un avanzado disco blade de dos etapas o "blisk" admirador. El primer ventilador avanzado se produjo utilizando métodos tradicionales, pero los futuros ventiladores blisk se fabricarán mediante soldadura por fricción traslacional con el objetivo de reducir los costos de fabricación. GE promociona que esta última variante produce un aumento del 20% en el empuje o un aumento triple en la durabilidad de la sección caliente con respecto al F414 actual. Esta versión se llama Motor de rendimiento mejorado (EPE) y fue financiada parcialmente a través del programa federal Tecnología integrada de motores de turbina de alto rendimiento (o IHPTET).

Otras posibles mejoras del F414 incluyen esfuerzos para reducir el ruido del motor mediante el uso de galones mecánicos o fluídicos y esfuerzos para reducir las emisiones con una nueva cámara de combustión de vórtice atrapada. Los galones reducirían el ruido del motor al inducir la mezcla entre el aire de derivación más frío y más lento y el aire de escape del núcleo más caliente y más rápido. Los galones mecánicos tendrían la forma de cortes triangulares (o extensiones) en el extremo de la boquilla, lo que daría como resultado un orificio de "diente de tiburón". patrón. Los galones fluídicos funcionarían inyectando flujos de aire diferenciales alrededor del escape para lograr los mismos fines que la variedad mecánica. Una nueva cámara de combustión probablemente tendría como objetivo reducir las emisiones quemando un mayor porcentaje de oxígeno, reduciendo así la cantidad de oxígeno disponible para unirse con el nitrógeno formando el contaminante NOx.

A partir de 2009, el F414-EDE estaba siendo desarrollado y probado, bajo un contrato de la Marina de los Estados Unidos para un motor de demostración de consumo específico de combustible reducido (SFC). Además, General Electric ha probado motores F414 equipados con una segunda etapa de turbina de baja presión fabricada a partir de compuestos de matriz cerámica (CMC). El F414 representa el primer uso exitoso de un CMC en una pieza giratoria de motor. Las pruebas demostraron que los CMC son lo suficientemente fuertes como para soportar el calor y la tensión rotacional dentro de la turbina. La ventaja que ofrece el CMC es un peso un tercio del de la aleación metálica y la capacidad de funcionar sin aire de refrigeración, lo que hace que el motor sea más eficiente aerodinámicamente y con menor consumo de combustible. Sin embargo, la nueva turbina aún no está lista para un avión de producción, ya que se necesitan más cambios de diseño para hacerla más robusta.

Hasta 2023, se han entregado más de 1.600 motores F414.

Variantes

F414-GE-400

Versión utilizada para el Boeing F/A-18E/F Super Hornet. También se propuso para la variante naval F-117N no construida del F-117 Nighthawk.

F414-EDE

"Programa de Durabilidad Mejorada" o "EDE", incluye una mejor turbina de alta presión (HPT) y compresor de alta presión (HPC). El HPT es rediseñado para soportar temperaturas ligeramente superiores e incluye cambios aerodinámicos. El HPC ha sido rediseñado a 6 etapas, a partir de 7. Estos cambios apuntaron a reducir la SFC en un 2% y la durabilidad de componentes tres veces más alta.

F414-EPE

"Fortalecimiento mejorado" o "EPE", incluye un nuevo núcleo y un ventilador y compresor rediseñado. Ofrece hasta un impulso de empuje de 20 por ciento, aumentando a 26,400 lbf (117 kN), dando una relación de impulso/peso casi 11:1.

F414M

Usado por el EADS Mako/HEAT. Propulsión desgarrada a 12.500 lbf (55.6 kN) seco y 16.850 lbf (75 kN) mojado. Propuesto para versiones internacionales de la serie coreana T-50 de entrenadores y aviones de combate, pero posteriormente superado por una nueva oferta con un estándar F414.

F414-G

Producido para el Demonstrador de Gripen Saab JAS 39 Ligeramente modificado para su uso en un solo motor Gripen, en lugar de un avión de doble motor como el F/A-18. Con él, el Demonstrador Gripen llegó a Mach 1.2 en supercruise (sin postburner).

F414BJ

Versión propuesta para el Dassault Falcon SSBJ. Produciría alrededor de 12.000 lbf (53 kN) de empuje sin uso de postburner.

F414-GE-INS6

La Agencia de Desarrollo Aeronáutico de la India (ADA) eligió el F414-GE-INS6 para alimentar a HAL Tejas Mark 2 de la Fuerza Aérea India (IAF). India ordenó 99 motores en octubre de 2010. Produce más empuje que versiones anteriores, y cuenta con un sistema de Control de Electrónica Digital (FADEC). Los motores serán entregados para 2013. On 18 November 2023, Dr. Samir V. Kamat of Defence Research and Development Organisation announced that the United States has provided the necessary permits, opening the door for GE Aerospace and Hindustan Aeronautics Limited to jointly produce the General Electric F414 engine in India for HAL Tejas Mark 2 and HAL AMCA.

F414-GE-39E (GE RM16)

Nueva versión del F414G para el Saab JAS-39E/F Gripen.

F414-GE-400K

Variante del F414-GE-400 codesarrollado por el Aeroespacial General Electric y Hanwha para el KAI KF-21 Boramae surcoreano, para ser fabricado conjuntamente y montado localmente en Corea del Sur por Hanwha Aerospace.

F414-GE-100

Una versión hecha a medida para conducir el X-59 silencioso de la NASA SuperSonic Technology X-plane. Derivado de las modificaciones F414-GE-39E incluyen diferentes software de control, tubería de combustible y falta de carriles de montaje. Se hicieron dos unidades.

Aplicaciones

• Ganador EA-18G
• Boeing F/A-18E/F Super Hornet
• EADS Mako/HEAT
• HAL Tejas Mk2
• HAL TEDBF
• HAL AMCA
• KAI KF-21 Boramae
• Lockheed Martin X-59 QueSST
• Saab JAS 39E/F Gripen

Especificaciones

F414-GE-400

Datos de GE Aviation, Deagal.com y MTU Aero Engines

Características generales

• Tipo: Después de quemar turbofán
• Duración: 154 en (391 cm)
• Diámetro: 35 en (89 cm)
• Peso seco: 2,445 lb (1,110 kg) peso máximo

Componentes

• Compresor: compresor axial con 3 etapas de baja presión y 7 etapas de alta presión
• Combustores: anular
• Turbina: 1 etapa de baja presión y 1 etapa de alta presión

Rendimiento

• Propulsión máxima:
  
• 13.000 libras (57,8 kN)
• 22.000 lbf (97,9 kN) con postburner
• Tasa general de presión: 30:1
• Tasa de bypass: 0,25:1
• Flujo de masa de aire: 170 libras/s (77,1 kg/s)
• Consumo específico de combustible: 14,700 lb @ 0.840 lb/HR/lb st (w/o afterburner); 22,000 lb (afterburner) @ 1.850 lb/HR/lb st
• Relación entre el peso y el peso: 9