F414加力燃烧室的径向火焰稳定器

F414尾喷管的钛合金鱼鳞片
根据通用电气的数据,F414重1152千克,仅比1023千克的F404高出129千克,但F414的军用推力却增加了约27%,从F404的4990千克(48.9千牛)增加到6350千克(62.3千牛),同时加力推力增加了24%,从F404的8028千克(78.7千牛)增加到9979千克(98千牛)。F414的总增压比从F404的26提高到30,推重比从F404的7.8提高到9。

全加力试车中的F414
除了军用推力比F404提高27.25%以外,F414还为“超级大黄蜂”的任务关键飞行包线区域提供更大的推力优势。在近距空战包线区域,F414能提供比F404高30%至40%的推力;在高空截击任务中,F404的超音速推力也比F404提高了25%至30%;在低空空地任务中,F414的推力也高出40%,能增强飞机的生存能力。
除了使用F412的核心机外,F414的另一项重要改进就是引入F120的全权限数字发动机控制(FADEC)单元。这是一种安装在发动机上的双通道FADEC单元,可以调节推力、管理燃油供应并控制发动机,并具有先进故障检测功能,能对发动机系统的故障进行识别、报告和采用应对措施。

“超级大黄蜂”的发动机维护,可以看到进气道内的雷达屏障
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
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
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
“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
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%。

