제너럴 일렉트릭 F404
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1. 개요
제너럴 일렉트릭 F404는 제너럴 일렉트릭(GE)에서 개발한 군용 터보팬 엔진이다. F/A-18 호넷에 탑재하기 위해 개발되었으며, YJ101 엔진을 기반으로 설계되어 신뢰성과 비용 절감에 중점을 두었다. F404는 스로틀 조작에 신속하게 반응하고 압축기 실속을 방지하도록 설계되었으며, 다양한 파생형이 개발되어 여러 군용기에 적용되었다. F404-GE-402는 스위스의 요구에 따라 추력을 증가시킨 모델로, F404-IN20은 HAL 테자스를 위해 개발된 고추력 개량형이다.
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| 제너럴 일렉트릭 F404 | |
|---|---|
| 개요 | |
 | |
| 엔진 정보 | |
| 종류 | 터보팬 |
| 국가 | 미국 |
| 제조사 | 제너럴 일렉트릭 |
| 최초 가동 | 1978년 |
| 주요 사용 | Boeing–Saab T-7 Red Hawk HAL 테자스 Mk 1/1A KAI T-50 Golden Eagle Lockheed F-117 Nighthawk McDonnell Douglas F/A-18 Hornet Northrop F-20 Tigershark TAI Hurjet |
| 기반 모델 | 제너럴 일렉트릭 YJ101 |
| 파생 모델 | 볼보 RM12 |
| 발전 모델 | 제너럴 일렉트릭 F414 제너럴 일렉트릭 GE36 제너럴 일렉트릭 LM1600 |
| 추력 | 10500–19000lbf (47–85kN) |
2. 설계 및 개발
제너럴 일렉트릭(GE)은 F-15 및 F-16 엔진 선정에서 프랫 & 휘트니 프랫 & 휘트니 F100에 패배한 후, F/A-18 탑재용 엔진 개발을 YF-17용으로 개발된 YJ101을 기반으로 진행했다.[17] 신뢰성과 비용 절감 목표에 따라 YJ101을 기반으로, 군용 추력 시 연비를 고려해 바이패스비를 0.2에서 0.34로 높였다. 이는 바이패스비가 높을수록 애프터버너 사용 시 출력은 증가하지만 연비가 악화되는 점을 고려한 것이다. F404는 동시대 TF30(F-111, F-14) 및 RB-199(토네이도)의 바이패스비(1.0~1.1)보다 상당히 낮은, 전형적인 전투기용 터보팬 엔진이 되었다.
GE는 "스로틀 프로필" 분석 결과, 예상보다 빈번한 스로틀 조작이 필요함을 발견, F404 설계에 제어 입력에 신속히 응답하고 압축기 실속 등 엔진 고장을 회피하는 기능을 포함시켰다. 이는 초기 터보제트 엔진의 추력 조작 반응이 느린 것에 대한 파일럿들의 불만을 반영한 것이다.
GE 임원 프레데릭 A. 라르손과 폴 세트는 F404가 F-4의 제너럴 일렉트릭 J79보다 작지만 추력이 높고, F100 엔진 가격의 절반이 되도록 목표를 설정했다.[18]
F404 엔진 팬은 압축기 유입 공기 흐름을 원활하게 하여 고받음각 등에서 발생하기 쉬운 압축기 실속에 대한 내성이 높다. 스로틀 입력에 4초 안에 아이들 상태에서 풀 애프터버너 출력까지 도달하는 즉응성을 갖추고, 비행 중 엔진 상태 감시 시스템(ICEMS)으로 부품 피로도를 모니터한다.[19]
GE는 스위스 요구에 따라 추력을 높인 F404-GE-402를 개발, 쿠웨이트 F/A-18, F/A-18C/D(중후기 양산형) 등에 사용했으며,[20] J79 질량의 약 60%로 동등한 출력을 달성했다.
A-12용 개량형 F412는 개발 중단되었으나, 연구 성과는 F414 개발(F414는 F412 기반 코어 사용)에 활용되었다. F404 코어를 사용한 제너럴 일렉트릭 LM1600 가스터빈은 고속 페리 등에 사용된다.
GE는 F100 엔진 대체용 F110 개발 시 F404 기술을 일부 포함했다.[21]
2. 1. F404
GE는 F/A-18 호넷을 위해 F404를 개발했다. 이는 프랫 & 휘트니에게 F-15 이글의 엔진 경쟁에서 패배하고, 프랫 & 휘트니 F100 엔진을 장착한 YF-16에게 경량 전투기 (LWF) 경쟁에서 패배한 직후였다. F/A-18을 위해 GE는 노스롭 YF-17을 위해 개발한 YJ101 엔진을 기반으로 F404를 제작했으며, 연료 효율을 높이기 위해 바이패스비를 0.20에서 0.34로 늘렸다.[1] 이 엔진은 3단 팬, 7단 축류 압축기 배열, 1단 저압 및 고압 터빈, 증강기를 포함하며, 초기 F404-GE-400 모델에서 최대 추력 16,000 lbf (71.2kN)를 낸다. 이 엔진은 성능보다 신뢰성에 더 높은 우선순위를 두고 설계되었으며, 비용은 엔진 설계의 주요 목표였다.[1]GE는 조종사들이 예상보다 훨씬 더 자주 스로틀 설정을 변경하여 엔진에 과도한 스트레스를 가한다는 것을 발견했다. GE는 또한 F404를 통해 압축기 실속 및 기타 엔진 고장을 방지하고 제어 입력에 빠르게 반응하는 설계를 추구했다. 프로펠러 비행기에서 제트기로 전환하는 조종사들의 흔한 불만은 초기 터보제트가 추력 입력 변화에 반응하지 않는다는 것이었다. GE 임원인 프레데릭 A. 라슨과 폴 세츠는 또한 새로운 엔진이 F-4의 GE J79보다 작으면서도 최소한 동일한 추력을 제공하고, F-16용 P&W F100 엔진의 절반 가격이 되도록 목표를 설정했다.[2]
압축기에 들어가기 전에 기류를 부드럽게 하도록 설계된 팬 덕분에 F404는 높은 받음각에서도 압축기 실속에 대한 저항력이 높다. 1,000 비행 시간당 두 번 미만의 정비 방문이 필요하며 비행 중 사건 사이에서 평균 6,500 시간을 기록한다. 또한 제어 입력에 대한 높은 반응성을 보여주며, 아이들에서 완전 애프터버너까지 4초 만에 스풀업된다. 이 엔진에는 중요한 오작동을 모니터링하고 부품 수명을 추적하는 비행 중 엔진 상태 모니터링 시스템(IECMS)이 포함되어 있다.[3]
GE는 스위스가 F/A-18 버전에서 더 많은 출력을 요구함에 따라 F404-GE-402를 개발했으며, 애프터버너를 사용하여 최대 17,700 lbf (78.7kN)의 추력을 낸다.[5] 이 새로운 엔진 버전은 쿠웨이트 호넷, 나중에 미 해군 C 및 D 호넷, 그리고 후속 호넷에 사용되었다.[5] KAI T-50 골든 이글은 전체 권한 디지털 엔진 제어 (FADEC) 시스템을 갖춘 단일 제너럴 일렉트릭 F404-GE-102 터보팬 엔진을 사용하며, 이 엔진은 F404-402와 유사하지만 단일 엔진 작동을 위해 추가적인 중복성이 내장되어 있다. 이 항공기는 최대 마하 1.5의 속도를 낸다.
전 세계적으로 약 4,000개의 F404 엔진이 운용 중인 F/A-18 호넷에 동력을 공급한다. F404 엔진 제품군은 2010년까지 총 1,200만 비행 시간을 기록했다.[6]
2. 2. F404-IN20
HAL 테자스의 경우, GE는 F404 계열 중 가장 높은 추력을 가진 개량형인 '''F404-IN20'''을 개발했으며, 이는 애프터버너 작동 시 최대 19,000lbf (85 kN)의 추력을 낸다.[7][11] 이 엔진은 안정적인 출력과 성능을 위해 최신 내열 부품 재료 및 기술과 FADEC 시스템을 통합했다.[8] 인도는 2000년대 초반에 테자스의 기술 시연기 2대와 프로토타입 6대에 사용되는 F404-F2J3 엔진 10대를 구매했다.[9] 2004년과 2007년에 각각 LSP(해군 프로토타입 포함) 및 테자스 Mk 1 IOC 기종에 동력을 공급하기 위한 17대 및 24대 엔진 계약이 체결되었다.[10][11] 2024년 9월 현재, 75대의 엔진(F2J3 및 IN20 변형 포함)이 인도에 인도되었다.[12]2021년 8월 17일, 인도는 GE와 2029년까지 99대의 F404 엔진 공급 및 서비스 지원을 위한 5375c 규모의 계약을 체결했다.[8][13] 그러나 2021년에 체결된 계약의 첫 번째 엔진은 2024년 10월 현재까지 인도되지 않아, 인도 공군에 대한 HAL 테자스 Mk1A 항공기 인도가 지연되고 있다. 이전 보도에 따르면, 엔진 인도는 2024년 9월부터 매달 1~2대 꼴로 시작될 예정이었다.[14][15]
2. 3. F412
GE는 맥도넬 더글러스 A-12 어벤저 II를 위해 F404를 비애프터버닝 터보팬인 F412-GE-400으로 개발했다. A-12가 취소된 후, 연구는 슈퍼 호넷용 엔진으로 전환되었고, 이는 F414로 발전했다.3. 파생형
F404 엔진은 다양한 군용기의 요구에 맞춰 여러 파생형으로 개발되었다.
| 형식 | 탑재 기종 | 특징 | 최대 추력 |
|---|---|---|---|
| F404-GE-100 | F-20 타이거샤크 | 17000lbf | |
| F404-GE-100D | A-4 스카이호크 | 애프터버너 미탑재 | 11000lbf |
| F404-GE-102 | T-50 골든 이글 | 18000lbf | |
| F404-GE-102D | 팬텀 레이 | F404-GE-102의 애프터버너 미탑재 | 50.03kN |
| F404-GE-103 | T-7 레드 호크 | 드라이 추력 11000lbf, 최대 추력 17000lbf | |
| F404-GE-400 | F/A-18A/B 호넷, X-29, X-31, 라팔A, FMA SAIA 90(탑재 예정) | 16000lbf | |
| F404-GE-402 | F/A-18C/D 호넷 | 18000lbf | |
| F404/F2J1 | FS-X 초기안 | PW1120, 터보 유니온 RB199와 함께 검토[22] | F404-GE-402와 동일 |
| F404-GE-404 | F/A-18L 호넷(탑재 예정) | ||
| F404-GE-IN20 | 테자스 초기 양산형 | 드라이 추력 53.9kN (12100lbf), 애프터버너시 최대 추력 20200lbf | |
| F404-GE-F1D2 | F-117 나이트호크 | 애프터버너 미탑재 | 11000lbf |
| F404-GE-F2J3 | 테자스 시제기 | 18300lbf | |
| 볼보 RM12 | 사브 39 그리펜 (E/F 제외), 나멜(탑재 계획) | 드라이 추력 12100lbf, 최대 추력 18100lbf | |
| F412 | A-12 어벤저 II(개발 중지) | 애프터버너 미장착 아음속기용. 팬 직경 증가, 바이패스비 증가. 엔진 코어·FADEC는 F414 개발에 유용 |
4. 적용 기종
F404 엔진은 다양한 군용기에 적용되어 성능과 신뢰성을 입증했다. 다음은 F404 엔진 및 F412 엔진이 적용된 기종 목록이다.
| 엔진 종류 | 적용 기종 |
|---|---|
| F404 | |
| F412 |
KAI T-50 골든 이글은 전체 권한 디지털 엔진 제어(FADEC) 시스템을 갖춘 단일 제너럴 일렉트릭 F404-GE-102 터보팬 엔진을 사용하며, 이 엔진은 F404-402와 유사하지만 단일 엔진 작동을 위해 추가적인 중복성이 내장되어 있다. 이 항공기는 최대 마하 1.5의 속도를 낸다.[6]
전 세계적으로 약 4,000개의 F404 엔진이 F/A-18 호넷에 동력을 공급하며, 2010년까지 총 1,200만 비행 시간을 기록했다.[6]
5. 제원 (F404-GE-402)
6. 비교
FA-50은 8톤 추력의 터보팬 단발 엔진을 사용한다. 이러한 엔진으로는 미국의 제너럴 일렉트릭 F404, 프랑스의 스넥마 M53, 스넥마 M88, 유럽의 유로제트 EJ200, 러시아의 클리모프 RD-33가 있다.
8~9톤 추력 단발 엔진을 사용하는 군용기로는 미국의 F-20 타이거샤크, 스웨덴의 사브 JAS 39 그리펜, 인도의 HAL 테자스, 이스라엘의 IAI 크피르, 프랑스의 미라주 2000, 중국의 FC-1이 있다. 이들 중에서 가장 유명한 것은 삼각익기의 원조로 흔히 알려져 있는, 60년째 생산 중이고, 가장 많은 나라에 수출된 프랑스 미라주 2000 시리즈이다. 따라서, FA-50을 잘 모르는 이들에게는 '''한국판 미라주'''라고 설명하면 이해하기가 쉽다.
8~9톤 추력 쌍발 엔진을 사용하는 군용기로는 미국의 F/A-18 호넷, 프랑스의 다소 라팔, 유럽의 유로파이터 타이푼, 러시아의 미그-29 전투기와 미국의 F-117 폭격기가 있다.
미국처럼 13톤 추력 단발 엔진 F-16과 쌍발 엔진 F-15와 같이, 단발기와 쌍발기를 주력 공군기로 독자 개발해 사용하고 있는 나라는 프랑스뿐이다. 9.7톤 단발 엔진 미라주 2000과 8톤 쌍발 엔진 다소 라팔을 독자 개발해, 공군 주력기로 사용하고 있다. 엔진, 항법 장비, 미사일, 폭탄 등을 모두 국산화했다. 러시아, 중국 등도 단발, 쌍발 모두 독자 개발은 했으나, 단발기를 공군 주력기로 사용하고 있지는 않다.
참조
[1]
서적
Great Book of Modern Warplanes
MBI
[2]
서적
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[3]
문서
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[4]
웹사이트
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2008-02-26
[5]
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GE Aviation
2010-07-19
[7]
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General Electric
2022-01-19
[8]
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[9]
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ADA Launches Tender for Expert Support and Overhaul of Critical GE-F404 and GE-F414 Engines
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웹사이트
GE Awarded $105 Million Development Contract from India
https://www.geaerosp[...]
2024-08-31
[11]
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F404-GE-IN20 Engines Ordered for India Light Combat Aircraft
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2024-08-31
[12]
웹사이트
GE Aerospace to co-produce F414 engines in India for Tejas Mk2 fighter jets
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2024-09-02
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웹사이트
HAL signs contract worth Rs 5,375 crore for supply of engines for Tejas aircraft
https://www.newindia[...]
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뉴스
Amid delays, HAL now aiming to deliver first LCA Mark 1A by August 15; GE engine supplies to start by September
https://economictime[...]
2024-07-21
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GE Aerospace says working with HAL to fix new Tejas LCA engine supply delay
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1986 1986 - 0567.PDF
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