Spřátelené weby
další odkazy

F414

General Electric, USA

F414-GE-400 je v současné době (začátek 21. století) nejnovějším motorem ve službách US Navy, konkrétně jde o pohonnou jednotku letounů F/A-18E/F Super Hornet. Design vychází z osvědčeného F404 a jde o přímého následovníka v praxi nepoužitého motoru F412. F414 je dvouproudový, dvouhřídelový motor s nízkým obtokovým poměrem a přídavným spalováním. U motoru se díky nejmodernějším materiálům, technikám chlazení a dalším konstrukčním řešením podařilo oproti předchůdci zvýšit tah o více než 35% a snížit cestovní specifickou spotřebu paliva o 3 až 4%, což nové verzi Hornetu dává větši dolet, rozšířené bojové možnosti a umožňuje zvýšit užitečný náklad. U F414 byl kladen důraz na zvýšení výkonu především v oblastech letové obálky, které jsou typické pro obvyklé mise letounu typu F/A-18E/F. Ve středu letové obálky, ve kterém se odehrávají blízké letecké souboje, je výkon vyšší o 30 až 40%, v oblasti nadzvukového výškového stíhání je výkon vyšší o 25 až 30%, konečně až přes 40% nárůst je zaznamenán v oblasti nízkého protizemního boje.

GE při vývoji a výrobě spolupracuje s několika hlavními partnery - jsou to německá MTU s podílem 4,4%, dodávající buben vysokotlakového kompresoru a plášť kolem vysokotlaké a nízkotlatké turbíny; dále je to Volvo Aero, Alstom, Sauter a Mangellan.

VZNIK F414

Historie motoru začíná v lednu roku 1991, kdy byly zahájeny studie týkající se vývoje vylepšené varianty letounu F/A-18 s výrazně prodlouženým doletem a bojovými schopnostmi. V červenci 1992 byl mezi GE a US Navy podepsán kontrakt v hodnotě 741 mil. USD, který GE ukládal vyvinout a zkonstruovat 14 motorů F414 pro uskutečnění 10000 hodin pozemních zkoušek (zkoušky měly být dokončeny k roku 1997), pro program letových zkoušek mělo být k dispozici 21 motorů. Jednotlivé komponenty vznikajícího motoru byly průběžně samostatně testovány, zkompletovaný motor byl prvně spuštěn v květnu 1993. O dva roky později, 26. května 1995 byly první dva motory F414-GE-400 slavnostně předány US Navy. K tomuto datu byl program F414 ze 70% dokončen, bylo sestaveno sedm motorů. Podrobnější informace o průběhu testů, především co se akumulovaných testových hodin týče, naleznete v tabulce níže.

Vývoj počtu motorů F414 u US Navy
datum	počet kusů	akumulováno letových hodin
13.3.2000	cca 60 (sériové)
9.12.2002		> 100.000
19.6.2004	> 450
13.6.2005	> 500	> 350.000
17.7.2006	> 600	> 500.000
5.9.2006	> 650
26.3.2007	> 700	> 700.000
18.6.2007	> 725	> 750.000
14.2.2008	> 750
30.5.2008	> 800	> 900.000

Do prvního letu F/A-18E/F mělo být provedeno přes 6000 hodin zkoušek. Koncem května 1995 měl motor z 80% dokončenou předběžnou kvalifikaci k použití za letu u US Navy (U.S. Navy Preliminary-Flight Qualification, PFQ). Kvalifikace byla získána o pár měsíců později, koncem října 1995, a mohl tak začít zkušební program na F/A-18E/F. Letoun svůj první dvacetiminutov let vykonal 30. listopadu 1995. Zahájení tříletého zkušebního programu sedmi letounů bylo plánováno na únor 1996. Podle zpráv ze září 1996 hodlala US Navy do roku 2017 objednat celkem 2300 motorů.

V březnu 1997 Ministerstvo obrany USA schválilo spuštění malosériové výroby 27 motorů a 12 letounů. Rychlost produkce této série měla začít na třech a končit na deseti kusech měsíčně. Požadavek na celkový počet motorů pro US Navy byl v únoru 1998 snížen na 1250 až 1900 kusů. První sériové motory byly dodány v srpnu 1998. Kvalifikaci pro masovou sériovou výrobu motor získal v prosinci 1998. Zpráva z poloviny roku 1999 říká, že během zkušebního programu bylo motory akumulováno celkem 4673 letových hodin během 3172 letů a celkový počet hodin pozemních a letových zkoušek byl 27000. Toto je ale v rozporu s dřívějšími zprávami, které už v září 1998 udávaly počet letových hodin přesahující 6000. Tak jak tak platí, že motor F414 se stal patrně nejdůkladněji ověřovaným motorem před spuštěním velkosériové výroby. Celý vývojový program byl velmi úspěšný. První zkušební motor po otestování vyžadoval jen čtvrtinové množství změn, typické pro předchozí projekty. Například co se týče komory přídavného spalování a výtokové trysky, tak zde se podařilo vývojovému týmu tyto komponenty navrhnout a vyrobit v čase 14 měsíců, oproti předchozím programům se tak při vývoji komory přídavného spalování a výtokové trysky ušetřilo zhruba 17 měsíců. To vše, podmíněno dobrou organizací a vzájemnou komunikací vývojových týmů, vedlo k tomu, že se u projektu podařilo předstihnout termín plánovaného dokončení, a dodržet rozpočet.

V operační službě jsou motory oficiálně od roku 2000. Dne 18. července 2000 byl oznámen vznik kontraktu mezi US Navy a GE v hodnotě 385 mil. USD na postavení 73 motorů do roku 2002 včetně. Navazující kontrakt byl v tiskových zprávách zveřejněn 20. června 2001, byl v hodnotě 418 mil. USD a obnášel sestavení dalších 86 ks, ukončení se očekávalo v roce 2003. Součástí dodávky bylo i vybavení nasávacích kanálů, náhradní díly a potřebná logistika. V červnu 2002 byl podepsán jeden z dalších kontraktů, taktokrát dlouhodobý kontrakt na 480 motorů, čímž se počet počet požadovaných motorů aktuálně zvýšil na 775 ks.

Motory F414 a jejich navazující verze byly nebo ještě jsou zvažovány jako potenciální pohonné jednotky například pro letoun EADS Mako, Saab JAS-39, korejský T-50, A-50 a KF-X, indický Tejas (LCA) a MCA a další. Více o aplikacích na některých zmiňovaných letounech bude popsáno níže. Patrně prvním zahraničním uživatelem motorů F414 se stane letectvo Austrálie, která se v první čtvrtině roku 2007 rozhodla objednat 24 letounů F/A-18E/F. Dodávka motorů pro tuto objednávku by ze strany GE měla začít v roce 2009, letouny by měly být Austrálii dodány v roce 2010. Celkové cena motorů včetně veškeré podpory je 428 min USD. Krom F/A-18E/F motory již dnes pohání také EA-18G, letoun pro elektronický boj. Jeho dvouleté letové zkoušky začaly 15. srpna 2006.

Postup pozemních a letových zkoušek motorů F414
datum	pozemní zkoušky vývojových motorů	pozemní zkoušky letových motorů	letové zkoušky	celkem hodin	stav programu
26.5.1995	4300 (7ks) 1)		-		70%
30.10.1995	5000 (8 ks)		-
2.9.1996	8000 (11 ks)	1500 (18 ks)	> 650 (10 ks)	> 10000 (29 ks)	90%
18.1.1997	8700 (11 ks)	2100 (21 ks)	1170 (18 ks)	12000 (32 ks)
5.5.1997 2)	9400 3)		1900		95%
24.2.1998 4)			4300
7.9.1998	12000	> 6000	> 6000 (???)	25000
13.7.1999 (nebo prosinec 1998 ?)			4673 (???)	27000
24.7.2000				31000

1) včetně 1800 hodin na simulovaných bojových podmínkách (častá práce s plynovou pákou, podstoupilo to pět motorů). Dva motory podstoupily 850 hodin výškových testů a prokázaly spolehlivost v celé letové obálce.
2) K tomuto datu je v programu zařazeno 7 letounů F/A-18E/F, provedeno bylo přes 800 letů.
3) včetně 3500 hodin testů v simulovaných bojových podmínkách
4) V programu testů letových motorů je stále 7 letounů F/A-18E/F.

KONSTRUKCE F414

Motor F414 má šest základních modulů - dmychadlo, kompresor, spalovací komoru, vysokotlakou turbínu, nízkotlakou turbínu a komoru přídavného spalování s konvergentní-divergentní výstupní tryskou. Vnějšími rozměry, tedy minimálně délkou a zadním průměrem, motor odpovídá typu F404. Zachovat rozměry staršího typu byl záměrem - upgrade existujících letounů novou pohonnou jednotkou je pak podstatně snazší. Při vývoji byly použity technologie odzkoušené na GE23A, F412, YF120 a dalších vojenských a civilních motorech GE. Životnost horkých částí je 2000 hodin provozu, u studených částí je to 4000 hodin.

Dmychadlo je třístupňové, rozsah pohybu lopatek vstupního rozváděcího věnce je 45°, u statorových lopatek za prvním stupněm je to 10°. Druhý a třetí stupeň dmychadla je typu blisk - lopatky a rotorový disk tvoří jedinou část. Oproti F404 je o 16% zvýšen průtok vzduchu a zvýšena odolnost při nasátí ptáka a dalších cizích objektů, čehož bylo dosaženo adoptováním přístupů otestovaných a použitých u RM12 a F412.

Jádro motoru je založeno na jádře F412, mající původ v demonstrátoru GE23A. Kanál vnějšího proudu vzduchu, kolem jádra motoru, je z lehkých a odolných kompozitů. Je to jeden z prvků, které byly paralelně použity i u jedné z nejnovějších verzí F404, u motoru F404-GE-402. Sedmistupňový vysokotlaký kompresor má první tři stupně typu blisk. Díky "bliskům" v kompresoru a dmychadle se podařilo snížit hmotnost o 24 kg oproti motorům, které používají konvenční oddělené disky a lopatky. Blisk díky redukovanému počtu součástí také zvyšuje spolehlivost a usnadňuje obsluhu motoru - na dmychadle a kompresoru je o 484 méně součástí oproti F404. Kompaktní, lehká, kruhová spalovací komora má 30 tisíc laserem vyvrtaných chladících otvorů, které výrazně snižují teplotu stěn spalovací komory a prodlužují tak její životnost.

Obě turbíny (kde minimálně ta vysokotlaká vychází z turbíny motoru F412) jsou jednostupňové, vzduchem chlazené, mají ochrannou tepelnou vrstvou na povrchu lopatek. Lopatky turbín jsou vytvořeny z monokrystalické slitiny, ve výrobním procesu je použita také prášková metalurgie. U turbíny se podařilo oproti předchozím řešením zvýšit účinnost o 1% díky 3D modelování toku plynu.

F414 používá pokročilý vzduchem chlazený radiální držák plamene v komoře přídavného spalování. Zvýšená životnost byla dokázána dosažením přes 6000 cyklů přídavného spalování, což je trojnásobek hodnoty, vyžadované praxí. Radiální držák plamene, sekundární klapky trysky a spoje jsou individuálně vyměnitelné bez nutnosti vymontovat motor z letounu. Při konstrukci přídavného spalování byly použity technologie vyvinuté pro motor F110 a YF120.

Motor je řízen dvoukanálovou jednotkou FADEC, má systém pro monitorování stavu motoru (IECMS - In-Flight Engine Condition Monitoring System).

F414G

Jedná se o motor pro program demonstrátoru švédského letounu Gripen NG (New Generation - nová generace). Důležitým milníkem co se nasazení nových motorů na švédských letounech týče je samý začátek roku 2000, kdy se GE a švédská společnost Volvo Aero dohodli na dlouhodobé spolupráci týkající se výroby určených komponentů motorů F414-GE-400 švédskou firmou. Konkrétně se jedná o některé části dmychadla a kompresoru. Spolupráce s Volvem posiluje pozici GE v Evropě a určitě měla nemalý vliv na výběr motorů F414 také pro projekt dalšího evropského letounu, viz F414M.

Bylo jisté, že F414, rozměrově totožný s F404 bude použit na nové verzi Gripenu. Zprávy z července 2007 hovořily, že motor je dokončen a probíhá dodávka dvou kusů pro testování na letounu. F414G má stejnou architekturu jako F414-GE-400 s drobnými úpravami alternátoru, aby poskytoval více energie letounu, má upravený software ve FADEC a další vylepšení související s jednomotorovou konfigurací Gripenu. První let nového letounu s motorem F414G proběhl 27. května 2008, trval 30 minut. Jde o vůbec první použití F414 na jednomotorovém letounu. Testy budou pokračovat minimálně do roku 2010. Nový motor výrazně zlepšuje výkony, dolet a nosnost letounu.

F414M

F414 ve verzi F414M byl začátkem prosince 2002 evropskou společností EADS definitivně vybrán pro pohon plánovaného cvičného a lehkého bojového letounu Mako (odtud M v názvu motoru). Americký motor porazil oba konkurenční typy - francouzský M88 i evropský EJ200, ve srovnání s nimi byl také nejvýkonnější. Výběru možná také dopomohlo posílení spolupráce mezi Volvo Aero a GE a přiblížení tak výroby motorů do Evropy. O několik měsíců později, přesněji v březnu 2003, se Volvo s GE dohodlo, že svédský závod povede evropskou část vývoje a výroby (minimálně kompletace) F414M. Práce na motorech F414 je Volvem velmi vítanou zakázkou, protože hrozí blížící se ukončení sériové výroby dřívějších motorů RM12 z letounů Gripen.

Fáze definice požadavků letounu měla pokračovat minimálně do roku 2004, měly být také stanoveny upřesněné požadavky na motor, kterým měla být právě verze F414M. Změny oproti základní verzi budou především oblasti zvýšené bezpečnosti a dalších úprav souvisejících s použitím na jednomotorovém stroji. Motor má FADEC vyvinutý pro motor F404-GE-402 a také přidaný do varianty F404-GE-102 korejského cvičného letounu T-50. Přídavné spalování má letounu Mako umožnit let rychlostí až M=1.5. Motor ve verzi pro cvičný letoun Mako HEAT (High Energy Advanced Trainer) bude mít snížen výkon na 75kN, což by mělo výrazně prodloužit jeho životnost a snížit provozní náklady.

VÝVOJ VÝKONNĚJŠÍCH VARIANT

Motory F414 jsou, jak už je u všech moderních motorů zvykem, koncipovány pro průběžné zlepšování svých charakteristik ať už formou použití nových technologií nebo třeba i pouze optimalizací software řídící jednotky. V prvním kroce (Step A) půjde o úpravy vysokotlakého kompresoru a turbíny s potenciálním zvýšením tahu na 110% (později se ukázalo, že jde asi o 115%). Ve druhém kroce (Step B) půjde o zvětšení dmychadla a nízkotlaké turbíny se zvýšením tahu na 115% (120%). Konečně poslední vývojový stupeň (Step C) by měl disponovat výkonem zvýšeným až na 130% výkonu základní varianty, čili přibližně 128 kN. Toto se už blíží výkonové třídě motoru F110 IPE (Increased Performance Engine). K dosažení takového výkonu se předpokládá dále zvýšit průtok vzduchu dmychadlem, zvýšit teplotu před turbínou, použít dvoustupňovou nízkotlakou turbínu a zkonstruovat novou komoru přídavného spalování.

Do kroku A patří úpravy motoru známé jako EDE (Enhanced Durability Engine). Jedna z prvních zmínek o práci na F414 EDE se objevila v červnu 2001. EDE je sada úprav jádra motoru, která by měla zvýšit jeho životnost a výkony a snížit provozní náklady. EDE zahrnuje 3D aerodynamiku šestistupňového vysokotlakého kompresoru, podařilo se tak u něj zvýšit průtokové množství vzduchu a účinnost. EDE zahrnuje také 3D aerodynamiku turbíny, která je nyní o 2% účinnější a dovoluje pracovat s vyššími vstupními teplotami (přibližně o 85°C). Také spalovací komora doznala změn především co se snížení emisí týče. Nové úpravy F414 měly umožnit dosáhnout až o 15% vyššího výkonu a nebo prodloužit životnost motoru se zachováním současného tahu. Zvýšení životnosti v tomto případě znamená u studených částí nárůst z 4000 na 6000 hodin a u turbíny z 2000 na 6000 hodin. V první polovině roku 2004 se zvýšení výkonu o 15% prokázalo.

Krom vývoje jádra v rámci EDE se pracovalo také na dmychadle. Patrně ke spojení úprav EDE a dmychadla došlo utechnologického demonstrátoru XTE77/SE2. Tento motor v prosinci 2006 úspěšně dokončil základní zkušební program. Motor má nové dvoustupňové dmychadlo typu blisk, používá 3D aerodynamiku, má lopatky o dopředné šípovitosti, což umožnilo zvýšit průtok vzduchu a stlačení o 10%, je účinnější, má méně součástek, nižší hmotnost a výrobní cenu, než dmychadlo F414. Zkušební motor má o 20% vyšší tah a o 4% nižší specifickou spotřebu paliva. Testy demonstrátoru financuje společně GE a US Navy v rámci programu americké vlády IHPTET (Integrated High Performance Engine Technology). Program si klade za cíl ve srovnání s motory z konce 80. let zvýšit poměr tah-hmotnost na dvojnásobek, snížit spotřebu o 40%, snižit cenu a prodloužit životnost.

Zavedení nových postupů a technologií do sériové výroby (možná jde pouze o úpravy jádra) se očekává v roce 2008, sériové motory by mohly být k dispozici v roce 2009. GE plánuje tato vylepšení aplikovat i na již existující motory F414. Konstrukční řešení vyvinutá v rámci upgradu F414 jsou paralelně použita i při konstrukci komerčních motorů nové generace GEnx a naopak.

Další z programů rozvoje F414, částečně financovaný US Navy, se týká zvýšení spolehlivosti, a odolnosti dmychadla a kompresoru při nasátí cizích předmětů.

Konkurenční programy k F414 EDE (ať už půjde o variantu pouze s úpravami jádra nebo i s úpravami dmychadla) jsou vylepšené varianty Eurojet EJ200, Snecma M88-2 a Volvo Aero RM12++. V posledním případě se s ohledem na spolupráci Volva s GE dá čekat jisté rozdělení trhu - je možném že RM12++ (patrně s výkonem navýšeným o cca 10-15%) by upgradovaly současné JAS-39C/D a motor F414 EDE by byl použit u JAS-39N/DK. PW taky zpracovávalo studii motoru IHPTET, pojmenovaného PW7000. Ten je založen na demonstrátoru XTE/XTC-66, což byla alternativa k F414.

Ke třetímu vývojovému stupni (Step C) zatím nejsou známy podrobnosti.

CIVILNÍ POUŽITÍ

Jak je zvykem, technologie vyvinuté pro vojenský motor se následně či paralelně použijí i pro komerční pohonné jednotky. Toto je případ motoru CF34-8C, u kterého byl krom dalších změn také instalován vysokotlaký kompresor, odvozeného od kompresoru motoru F414, a spalovací komor odvozená od té, použité na GE90 a F414. Stlačení za kompresorem se tak oproti CF34-3A zvýšilo z 14:1 na 19:1 a průtok vzduchu z 15,4 na 22,7 kg/s. GE očekává 8% snížení specifické spotřeby paliva. Počet stupňů kompresoru je snížen ze 14 na 11, z čehož 7 stupňů je z původního, ale na 90% zmenšeného kompresoru z F414. Jádro mělo být prvně spuštěno koncem roku 1995, sspuštění kompletního motoru se očekávalo v roce 1996.

GE začalo (první polovina 1998) pracovat na studii použitelnosti dvou F414 u navrhovaného nadzvukového bizzjetu Falcon SST firmy Dassault Aviation's, projekt byl zveřejněn v roce 1997. Tuzemský motor M88 byl kupodivu zavrhnut už ve fázi předběžného návrhu. Podle GE je u takovéhoto projektu velkou výzvou snížení hlučnosti a emisí na akceptovatelné hranici. Původní Dassaultem navrhnuté schéma Falcon SST počítalo se třemi motory bez přídavného spalování, odvozenými od některého ze západních motorů podzvukových a vojenských letounů. V takové konfiguraci se počítalo s cestovní rychlostí M=1,8. Návrh byl ale zatím velmi předběžný, GE ve svém dvoumotorovém řešení dokonce počítal, že nadzvukem by se letoun pohyboval pouze 20% trati. Kabina by měla odpovídat bizzjetu Falcon 50, typický let New York - Paříž by měl trvat kolem 4 hodinů.

CHARAKTERISTIKY MOTORU F414

Tah motoru na maximálním režimu	65,7 kN (neověřeno)
Tah motoru na plném forsážním režimu	99,79 kN
Celková délka motoru	3912 mm
Průměr vstupu do motoru	810 mm
Maximální průměr motoru	889 mm
Hmotnost motoru	1100 kg (odhad)
Maximální průtokové množství vzduchu	77,1 kg.s-1

Tah motorů
F404-GE-400
M88-2
RM12
EJ200
RM12++ (?)
EJ200 (war setting)
F414-GE-400
EJ200 (Stage 2)
F414 EDE
EJ200 (Stage 2)
F414 (plán)

Některé zdroje použitých informací a obrázků:

• http://www.geae.com
• http://www.globalsecurity.org

Použité termíny a další související prameny:

• Prášková metalurgie

Poslední aktualizace: 11.10.2008