Conception

En quoi tous ces éléments diffèrent-ils de ceux du F404 de base et comment participent-ils à l'augmentation importante des performances introduite par le F414 ? D'amont en aval, voici les principales améliorations du F414.

Le combiné soufflante/compresseur basse pression, élément essentiel au rendement de l'engin, a été redessiné pour en optimiser l'efficacité aérodynamique. Il y a toujours 3 étages, en tout, dans cette section, mais la simulation numérique (CFD – Computational Fluid Dynamics) a permis de produire un dessin des aubes plus efficace. Cela s'est aussi traduit par un allongement de cette section, qui est 5" plus longue que sur le F404. Cet allongement sera récupéré sur d'autres sections du moteur comme nous le verrons plus loin. C'est principalement à ce niveau que se gagnent les points supplémentaires du taux de compression du nouveau moteur, gage d'abaissement de la consommation spécifique.

Un autre point important est le débit d'air admis sur le nouveau moteur. Il a fallu résoudre le casse-tête d'une élévation de celui-ci sans augmentation du diamètre de la soufflante afin de respecter la contrainte de gabarit du F404. Ce sont les second et troisième étages de cette section qui apportent la réponse : ils sont constitués d'une seule pièce, un unique disque aubagé monobloc (DAM, ou BLISK pour BLaded dISK) en tandem. Cet usinage complexe de deux rotor d'un seul tenant permet de réduire la section du moyeu du rotor et donc d'en allonger les pales, ce qui augmente le flux brassé. La surface utile de la soufflante s'en trouve donc augmentée, à diamètre constant, et le débit massique suit cette tendance. De plus, le DAM allège significativement l'ensemble en éliminant la jonction en queue d'aronde au pied des pales, parfois siège de fuites susceptible de réduire le taux de compression.

Le compresseur haute pression reste constitué de 7 étages. Les deux premiers sont à nouveau des DAM en tandem, d'une seule pièce, et le troisième étage est un DAM simple. Les étages restants, soumis aux plus fortes pressions, restent de conception classique. Cette simplification permet un gain de masse important, par rapport au dessin classique – compensé par des prises de poids liées aux changements de matériaux ou à l'allongement des aubes de soufflante. Cela permet aussi une réduction du nombre de pièces constituant le moteur. Ainsi, le F414 comporte près de 500 pièces de moins que le F404 sur la seule section soufflante/compresseur (basse et haute pression). Cela contribue aussi à la fiabilité et à la durabilité accrue de ce modèle face à son devancier.

La chambre de combustion reste annulaire, comme sur le F404, mais bénéficie d'un dessin totalement nouveau – tant des buses d'injection que de la chambre elle-même. Ici encore, la simulation numérique a permis une optimisation des mélanges air/carburant pour une combustion homogène, en maîtrisant le gradient de température et de pression dans le sens de l'écoulement. L'optimisation en 3D de la chambre de combustion a permis de gagner 1" sur la longueur de celle-ci, ce qui permet de compenser en partie l'allongement du compresseur basse-pression. La surface de la chambre a été traitée pour diminuer la température des parois et pour en augmenter la durée de vie : 30 000 micro évents percés au laser permettent une meilleure tenue à la chaleur. Il est, cependant, envisagé d'avoir recours, à l'avenir, à des Composites à Matrice Céramique (CMC) pour améliorer encore cet aspect et permettre la tenue à des températures plus élevées, gage de rendement.

La turbine reste classique, avec un étage haute-pression qui anime le compresseur correspondant, et un unique étage basse-pression, relié à la soufflante et au compresseur basse-pression. Vu les températures de fonctionnement élevées, les deux étages de turbine sont en alliages mono-cristallins avec un traitement et un revêtement thermique. De plus, l'ensemble est refroidi par de l'air prélevé au niveau du compresseur.

La Post-Combustion bénéficie de plusieurs innovations. C'est sur cette section du moteur qu'ont été rattrapés les derniers 4" de longueur, encore une fois grâce à l'optimisation numérique des écoulements. La PC est de conception radiale, et non plus annulaire comme sur le F404. Déjà, Volvo Aero avait introduit la PC radiale sur le RM12, mais GE l'avait aussi développée pour le F120. Ce sont les crayons diffuseurs (spraybars) et les accroche-flamme du F120 qui sont repris sur le F414. De plus, ces éléments sont accessibles et peuvent être remplacés sans dépose du moteur.

La tuyère d'éjection aussi est conçue pour une maintenance aisée, sans dépose moteur. Mais surtout, le contrôle de sa géométrie est réalisé par une circulation de carburant, prélevé en amont de l'alimentation du moteur au lieu d'un circuit hydraulique. Cela se traduit par un allégement significatif et par une réduction des circuits et des connexions critiques.

Pour piloter l'ensemble, un nouveau FADEC a été dérivé de celui du F120 – FADEC pour Full Authority Digital Engine Control, ou régulateur numérique de moteur à pleine autorité. C'est un FADEC à double-canal, pour la redondance, et d'une puissance de calcul inédite pour l'époque. Il module la poussée, l'alimentation en carburant, assure le pilotage des gouvernes du moteur (pétales de tuyère). Il gère aussi la détection des pannes et la capacité d'adaptation du moteur aux défauts de sous-systèmes non-critiques. Bien-sûr, il facilite aussi la maintenance préventive en stockant certains des paramètres de fonctionnement du moteur et en permettant de planifier les visites au plus juste.

Côté longévité, avec l'ensemble de ces innovations, les parties-chaudes sont données pour 2000 h de fonctionnement, alors que les parties rotatives et certains éléments structuraux sont « vendus » pour 4000 h.