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제너럴 일렉트릭 F414

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목차

1. 개요

제너럴 일렉트릭 F414는 제너럴 일렉트릭(GE)에서 개발한 애프터버너가 장착된 터보팬 엔진이다. F404 엔진을 기반으로 개발되었으며, F/A-18E/F 슈퍼 호넷, 사브 JAS 39E/F 그리펜, KF-21 보라매 등 다양한 군용기에 적용된다. F414는 지속적인 개선을 통해 향상된 내구성과 성능을 제공하며, 다양한 파생형 모델이 존재한다.

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제너럴 일렉트릭 F414
개요
제너럴 일렉트릭 F414
제너럴 일렉트릭 F414
종류터보팬 엔진
제작 국가미국
제조사GE Aerospace
첫 가동1993년 5월 20일
주요 사용보잉 F/A-18E/F 슈퍼 호넷
HAL 테자스 Mk2
KAI KF-21 보라마에
Saab JAS 39E/F 그리펜
생산 대수1,600대 이상
개발 기반제너럴 일렉트릭 F404
일반적 특징
형식애프터버너 터보팬
길이154 인치 (3,912 mm)
직경35 인치 (889 mm)
건조 중량2,455 lb (1,113 kg)
구성 요소
압축기3단 팬, 7단 축류 압축기
연소기환형
터빈1단 고압, 1단 저압
성능
최대 추력22,000 lbf (98 kN) 이상
추력 (애프터버너 사용)98 kN (22,000 lbf)
압력비30:1
추력대중량비9:1

2. 개발 역사

제너럴 일렉트릭사는 F404 엔진의 성공을 바탕으로, 후기연소기(애프터버너)가 없는 F412 엔진을 개발하여 A-12 어벤저 II에 장착하려 했다. 그러나 A-12 프로그램이 취소되면서, F/A-18E/F 슈퍼 호넷용 엔진 개발로 방향을 전환했다. F414 엔진은 F412의 엔진 코어 및 FADEC 기술에 YF120 엔진의 저압 시스템을 접목하여 개발되었다.[2]

2. 1. 기원

제너럴 일렉트릭사는 F404 엔진을 기반으로 후기연소기가 없는 F412 엔진을 개발하여 A-12 어벤저 II에 장착하고자 하였다. 그러나 A-12 프로그램이 취소되면서, GE는 F/A-18E/F 슈퍼 호넷용 엔진 쪽으로 개발 방향을 전환하게 된다. F414에는 F412의 엔진 코어 및 FADEC 기술에 YF120 엔진의 저압 시스템이 접목되었다.[2]

GE는 F404의 저위험 파생형 엔진으로 F414를 제안하여 성공했다. F414 엔진은 F404에 사용되지 않은 재료나 공정을 사용하지 않도록 설계되었으며, F404와 동일한 공간에 맞도록 설계되었다.[2] F414는 전체 권한 디지털 엔진 제어 (FADEC)와 YF120 엔진의 저압 시스템을 사용한다.[3]

F414 팬은 F404보다 크지만 F412 팬보다는 작다.[3] 더 큰 팬은 엔진 기류를 16% 증가시키고 약 12.70cm 더 길어졌으며, 직경은 약 71.12cm에서 약 78.74cm로 증가했다. F414를 F404와 동일한 외형으로 유지하기 위해 애프터버너 섹션을 약 10.16cm 줄였고, 연소기를 약 2.54cm 줄였다.[2]

F404와 다른 점은 고압 압축기의 처음 3개 단이 개별 디스크와 도브테일 블레이드 대신 블리스크로 제작되어 무게를 약 22.68kg 절약한 것이다.[2] F414는 애프터버너 섹션의 수렴-발산 노즐의 면적을 제어하기 위해 "연료 유압" 시스템을 사용한다. 노즐 액추에이터는 엔진 연료를 사용하는 반면, F404는 엔진 유압 시스템을 사용한다.[4]

2. 2. 설계

F414 엔진은 제너럴 일렉트릭사가 이전에 개발한 F404 엔진의 성공적인 설계를 기반으로, 전체 권한 디지털 엔진 제어 (FADEC) 기술과 YF120 엔진의 저압 시스템 기술을 접목하여 개발되었다. 특히 F404 엔진에서 발전된 F412 엔진의 코어 기술을 활용하였으며, 이는 A-12 어벤저 II 공격기에 탑재될 예정이었으나, 프로그램 취소로 인해 F/A-18E/F 슈퍼 호넷용 엔진 개발로 방향이 전환되었다.[2]

F414 엔진은 F404 엔진과 비교했을 때, 팬 섹션에서 큰 차이를 보인다. F414의 팬은 F404보다 크지만 F412보다는 작게 설계되어, 엔진 기류를 16% 증가시켰다. F414는 F404와 동일한 공간에 맞도록 설계되었으며, 이를 위해 애프터버너 섹션은 10cm, 연소기는 2.5cm 줄였다.[2]

또한, 고압 압축기의 처음 3개 단은 개별 디스크와 도브테일 블레이드 대신 블리스크로 제작되어 무게를 23kg 절약했다.[2] F414는 애프터버너 섹션의 수렴-발산 노즐의 면적을 제어하기 위해 엔진 연료를 사용하는 "연료 유압" 시스템을 사용한다. 이는 F404 엔진이 엔진 유압 시스템을 사용하는 것과 차별화된 점이다.[4]

2. 3. 추가 개발

F414 엔진은 지속적인 개선과 성능 향상 노력을 통해 발전해왔다. 2006년, GE는 자체적인 노력과 연방 정부의 지원을 받아 첨단 코어를 갖춘 성능 향상형 엔진(EDE)을 시험했다. EDE 엔진은 6단 고압 압축기(기존 F414는 7단)와 첨단 고압 터빈을 갖추고 있으며, 추력을 15% 증가시키거나, 추력 증가 없이 수명을 연장하는 것을 목표로 했다.[7] 새로운 압축기는 약 3% 더 효율적이며, 새로운 고압 터빈은 새로운 재료와 블레이드 냉각 방식을 사용하여 터빈 온도 성능을 약 83°C 향상시켰다.[8] EDE는 이물질 손상 저항성을 개선하고 연료 소비율을 줄이도록 설계되었다.[9][10]

EDE 프로그램은 첨단 2단 블레이드-디스크, 즉 "블리스크" 팬 시험으로 이어졌다. 첫 번째 첨단 팬은 기존 방식으로 제작되었지만, 향후 블리스크 팬은 제조 비용 절감을 위해 변환 마찰 용접을 사용하여 제작될 예정이다.[7]

GE는 성능 향상 엔진(EPE)을 통해 현재 F414 엔진보다 추력을 20% 증가시키거나 핫 섹션 내구성을 3배 향상시키는 것을 목표로 했다. EPE 개발에는 연방 통합 고성능 터빈 엔진 기술 (IHPTET) 프로그램의 자금 지원이 일부 이루어졌다.[11]

F414 엔진의 추가적인 개선 사항으로는 엔진 소음 감소와 배출가스 감소 노력이 있다. 엔진 소음 감소를 위해 기계식 또는 유체식 셰브론 노즐이 연구되었다. 기계식 셰브론은 노즐 끝에 삼각형 모양의 컷아웃(또는 연장)을 만들어 "상어 이빨" 패턴을 형성하는 방식이며, 유체식 셰브론은 배기 주위에 차등적인 공기 흐름을 주입하여 기계식 셰브론과 유사한 효과를 얻는 방식이다. 새로운 연소기는 산소의 더 높은 비율을 연소시켜 배출가스를 줄이는 것을 목표로 하며, 질소와 결합하여 오염 물질 NOx를 형성하는 데 사용 가능한 산소의 양을 줄인다.

2009년, F414-EDE는 비연료 소비율 (SFC) 시연 엔진을 위한 미국 해군 계약에 따라 개발 및 시험을 받고 있었다.[12][13] 또한, 제너럴 일렉트릭은 세라믹 매트릭스 복합 재료(CMC)로 제작된 두 번째 저압 터빈 단계를 갖춘 F414 엔진을 시험했다. F414는 회전 엔진 부품에 CMC를 처음으로 성공적으로 사용한 사례이다. 시험 결과 CMC가 터빈 내부의 열과 회전 응력을 견딜 만큼 강하다는 것이 입증되었다. CMC는 금속 합금의 1/3 무게이며 냉각 공기 없이 작동할 수 있어 엔진의 공기역학적 효율성과 연료 효율성을 향상시킨다. 그러나 새로운 터빈은 추가적인 설계 변경을 통해 더욱 견고하게 만들어야 하므로 아직 생산 항공기에 사용할 준비가 되지 않았다.[14]

2011년 Aero India|에어로 인디아영어에서 보잉이 발표한 자료에 따르면 최종적으로 추력을 130kN ( F-15, F-16 등에 채용된 대형 F100-PW-229에 필적하는 값)까지 올릴 예정이라고 한다.[55] 2023년 현재, 1,600개 이상의 F414 엔진이 인도되었다.[15]

3. 파생형

F414 엔진은 다양한 항공기의 요구에 맞춰 여러 파생형으로 개발되었다. 주요 파생형은 다음과 같다.

모델명주요 특징 및 사용처
F414-GE-400F/A-18E/F 슈퍼 호넷, EA-18G 그라울러에 사용되는 기본형 모델. F-117 나이트호크의 해군형 F-117N에도 제안됨.
F414-EDE향상된 고압 터빈(HPT) 및 고압 압축기(HPC)를 통해 내구성을 강화. 연료 소비율(SFC) 2% 감소.
F414-EPE새로운 코어, 팬, 압축기를 통해 추력을 20% 향상.
F414MEADS Mako/HEAT 훈련기에 사용될 예정이었던 추력이 감소된 엔진. T-50에도 제안되었으나, 표준 F414를 사용한 제안으로 대체됨.
F414-G사브 JAS 39 그리펜 데몬스트레이터용. 초음속 순항 (애프터버너 없이) 마하 1.2 달성.
F414-GE-INS6인도 HAL 테자스 Mk2용. 신형 FADEC 시스템. 2010년 99개 엔진 주문.
F414-GE-39EJAS 39E/F 그리펜 NG용. F414G 개량형.
F414-GE-400K대한민국 KAI KF-21 보라매용. 한화에어로스페이스에서 제조 및 조립 예정.
F414BJ다쏘 팔콘 초음속 비즈니스 제트기용으로 제안.
F414-GE-100NASA 록히드 마틴 X-59 QueSST용. F414-GE-39E 파생형.


3. 1. F414-GE-400

F414-GE-400으로 구동되는 F/A-18 슈퍼 호넷


F414-GE-400은 보잉 F/A-18E/F 슈퍼 호넷과 EA-18G 그라울러에 사용되는 기본형 모델이다. 제작되지는 않았지만 F-117 나이트호크의 해군형 F-117N에도 제안되었다.[16]

3. 2. F414-EDE

F414-EDE는 "향상된 내구성 엔진(Enhanced Durability Engine)"으로, 향상된 고압 터빈(HPT)과 고압 압축기(HPC)를 포함한다. HPT는 약간 더 높은 온도를 견딜 수 있도록 재설계되었으며 공기역학적 변경 사항이 포함되어 있다.[17] HPC는 7단에서 6단으로 재설계되었다. 이러한 변경 사항으로 연료 소비율(SFC)이 2% 감소하고 구성 요소 내구성이 3배 향상되었다.[17]

3. 3. F414-EPE

F414-EPE는 새로운 코어와 재설계된 팬 및 압축기를 포함하는 "향상된 성능 엔진"(Enhanced Performance Engine)이다. 최대 20%의 추력 증가를 제공하여 26400lbf로 증가시켜, 거의 11:1의 추력 대 중량비를 제공한다.[18]

3. 4. F414M

EADS Mako/HEAT에 사용될 예정이었던 형식이다. 드라이 추력 55.6kN, 애프터버너 추력 75kN로, 훈련기용으로 F414 시리즈 중 추력이 억제되어 있다.[19] 대한민국의 T-50용으로도 제안되었으나, 나중에 표준 F414를 사용한 새로운 제안으로 대체되었다.[7][20]

3. 5. F414-G

사브 JAS 39 그리펜 데몬스트레이터를 위해 제작된 F414-G는 F/A-18과 같은 쌍발 엔진 항공기가 아닌 단발 엔진 그리펜에 사용하기 위해 약간 수정되었다.[21] 이를 통해 그리펜 데몬스트레이터는 초음속 순항(애프터버너 없이) 마하 1.2에 도달했다.[21]

3. 6. F414-GE-INS6

인도 공군의 테자스 Mk2에 사용하기 위해 선정된 F414-GE-INS6는 이전 버전보다 더 많은 추력을 생산하며 전체 권한 디지털 전자 제어(FADEC) 시스템을 갖추고 있다.[24] 2010년 10월, 인도는 99개의 엔진을 주문했으며,[24] 2013년까지 인도에 전달될 예정이었다.[25] 2023년까지 99개의 엔진 계약의 일환으로 8개의 F414가 인도되었다.[26][27]

2023년 11월 18일, 국방 연구 개발 기구의 Dr. Samir V. Kamat은 미국이 필요한 허가를 제공하여 GE 에어로스페이스와 힌두스탄 항공이 HAL 테자스 마크 2, HAL TEDBF 및 HAL AMCA용 F414 엔진을 인도에서 공동 생산할 수 있게 되었다고 발표했다.[28] 엔진의 라이선스 생산 계약은 2024-25 회계 연도 말 이내에 체결될 예정이며, General Electric Co.는 기술 및 상업 입찰서를 제출했고, 이후 기술 이전 협상이 진행될 예정이다.[29]

기술 이전 협정은 인도 정부의 승인을 받기 위한 최종 단계에 있다. 추정 가치가 10억달러인 이 계약은 엔진의 80% 기술 이전을 이끌 것이다. 이전될 주요 기술에는 엔진의 고온 부분 코팅, 결정 블레이드 및 레이저 드릴링 기술이 포함된다.[29] 엔진 생산 공장은 방갈로르시 근처에 HAL에 의해 설립될 예정이며, 프로젝트에 대한 환경 및 오염 허가가 승인되고 있다. 이 시설은 계약 체결 후 2년 이내에 생산을 시작하고, 3년 이내에 납품할 것이다. 테자스 Mk 2 프로그램에 대한 엔진의 초기 생산 목표는 99대이지만, 향후 10년 동안 주문 규모가 이를 넘어설 것으로 예상된다.[29]

2024년 9월 현재, 인도 정부는 국방부, HAL, ADA 및 GTRE의 대표로 구성된 협상 위원회를 구성하여 이 계약을 최종 결정할 예정이다. 작업 분담의 대부분은 민간 부문에 아웃소싱될 수 있다.[30] 2024년 11월 현재 계약 협상은 곧 시작될 예정이며, 계약은 2025년 중반까지 체결될 예정이다.[31]

3. 7. F414-GE-39E

JAS 39E/F 그리펜 NG용으로, F414G를 더욱 개량한 것이다.[32][33][34]

3. 8. F414-GE-400K

F414-GE-400K는 제너럴 일렉트릭과 한화에어로스페이스가 공동 개발한 F414-GE-400의 변형으로, 대한민국의 KAI KF-21 보라매에 사용될 예정이다.[35][36] 이 엔진은 한화에어로스페이스가 대한민국에서 공동으로 제조하고 조립할 예정이다.[35][36]

3. 9. F414BJ

다쏘 팔콘 SSBJ에 제안된 버전으로, 애프터버너 없이 약 12000lbf의 추력을 생산할 것으로 예상되었다.[22][23]

3. 10. F414-GE-100

NASA의 X-59 조용한 초음속 기술 X-플레인에 사용하기 위해 맞춤 제작된 버전이다. F414-GE-39E에서 파생되었으며, 제어 소프트웨어, 연료 배관 및 장착 레일 부족 등의 수정이 이루어졌다. 두 대가 제작되었다.[37]

4. 적용 기체

F414 엔진은 여러 기종에 적용되었다. 주요 적용 기체는 다음과 같다.

기종비고
F/A-18E/F 슈퍼 호넷
EA-18G 그라울러
사브 그리펜 NGF414-GE-39E
EADS Mako/HEATF414M
HAL 테자스 Mk2F414-GE-INS6
HAL TEDBF
HAL AMCA
KF-21 보라매F414-GE-400K, 한화에어로스페이스에서 제조 예정
록히드 마틴 X-59 QueSSTF414-GE-400



이 외에도, F-117N 시호크(계획만), 그리펜 Demo(F414G), 테자스 Mk.II, 다쏘 팔콘 초음속 비즈니스 제트기(F414BJ)에도 적용이 제안되거나 적용되었다.

4. 1. 군용기

4. 2. 훈련기

EADS의 Mako/HEAT 훈련기에 F414M 엔진이 탑재될 예정이었다. F414M은 드라이 추력 12500lbf, 애프터버너 추력 16850lbf으로, 훈련기용으로 F414 시리즈 중 추력이 억제되어 있다.

4. 3. 실험기

록히드 마틴 X-59 QueSST는 F414-GE-400 엔진을 사용한다.[1]

5. 제원 (F414-GE-400)

항목내용
종류애프터버너 터보팬
길이3912mm
직경889mm
건조 중량1110kg
압축기3단 팬 및 7단 축류 압축기
연소기아뉴라형 연소기
터빈1단 고압, 1단 저압 터빈
추력
바이패스비0.25:1
전체 압축비30:1
추력 대 중량비9:1


5. 1. 일반 특성

항목내용
종류애프터버너 터보팬
길이3912mm
직경889mm
건조 중량1110kg
압축기3단 팬 및 7단 축류 압축기
연소기아뉴라형 연소기
터빈1단 고압, 1단 저압 터빈
추력
바이패스비0.25:1
전체 압축비30:1
추력 대 중량비9:1


5. 2. 구성 요소

'''제너럴 일렉트릭 F414'''는 3단 팬과 7단 고압 압축기로 구성된 축류 압축기를 사용한다. 연소기는 아뉴라형 연소기이며, 터빈은 1단 고압 터빈과 1단 저압 터빈으로 구성되어 있다.

구성 요소상세 정보
압축기3단 팬, 7단 고압 축류 압축기
연소기아뉴라형 연소기
터빈1단 고압 터빈, 1단 저압 터빈


5. 3. 성능

항목값
추력 (애프터버너 사용 시)98kN
압축비30:1
바이패스비0.25:1
공기 흐름170lb/s
연비 (애프터버너 미사용 시)14,700 lb @ 0.840 lb/HR/lb st
연비 (애프터버너 사용 시)22,000 lb @ 1.850 lb/HR/lb st
추력 대 중량비9:1


참조

[1] 간행물 "GE marks F414 progress; endurance tests near" Aviation Week and Space Technology 1993
[2] 간행물 "Confident GE heads to F414 CDR next month" Aerospace Daily 1994
[3] 간행물 "GE wins F-18E/F study" Flight International 1991-09-04
[4] 웹사이트 SR-71 Online - SR-71 Flight Manual: Section 1, Page 1-12 https://www.sr-71.or[...]
[5] 서적 Jane's All The World's Aircraft 1975-1976
[6] 간행물 "GE Component Test Program to Reduce Risk in F414 Engine Development" Aviation Week and Space Technology 1992
[7] 웹인용 "GE F110 and F404/F414 Fighter Engines Expand Capability and Global Presence" http://www.geae.com/[...] GE Aviation 2006-07-17
[8] 간행물 "Enhanced F414 Readies for Tests" Aviation Week and Space Technology 2004
[9] 뉴스 "GE Eyes More Powerful Engine For Super Hornets, Growlers" http://www.aviationw[...] Aviation Week 2009-05-14
[10] 뉴스 "Boeing's Super Hornet seeks export sale to launch 20% thrust upgrade" http://www.flightglo[...] Flight International 2009-05-12
[11] 웹사이트 F414 Growth Demonstrator Engine Completes Testing http://www.geae.com/[...] GE 2006-12-12
[12] 웹인용 "New Orders, Tech Insertions Mark Increased GE Fighter Engine Presence" http://www.geae.com/[...] GE Press Release 2009-06-15
[13] 웹사이트 Recovery: Specific Fuel Consumption Reduction Demonstration Federal Business Opportunities 2009-08-13
[14] 뉴스 CMCs advance Aviation Week & Space Technology 2015-02-02
[15] 웹사이트 HAL to build F414 engines in India after GE Aerospace pact https://www.flightgl[...] 2023-06-23
[16] 간행물 "Lockheed returns to Navy with new F-117N design" Aviation Week and Space Technology 1994
[17] 뉴스 "GE bids for enhanced F414 EDE funding by 2003" http://www.flightglo[...] Flight International 2001-05-08
[18] 웹인용 "GE Brings Good Things To Hornet, Gripen" http://www.aviationw[...] Aviation Week Ares Blog 2011-04-21
[19] 간행물 "Military training: Phase III" Flight International 2003-07-15
[20] 웹사이트 Lockheed ponders T-50 re-engining for T-X programme http://www.flightglo[...] 2011-05-24
[21] 웹사이트 Saab celebrates 'supercruise' test success for Gripen Demo http://www.flightglo[...] Flight International 2009-01-22
[22] 간행물 "Dassault officials say three-engine SST would have a 4 000-mile range" The Weekly of Business Aviation 1998
[23] 웹사이트 Big-jet business http://www.flightglo[...] Flight International 1998-09-08
[24] 웹사이트 India picks GE's F414 for Tejas MkII fighter http://www.flightglo[...] Flight International 2010-10-01
[25] 웹사이트 Tejas, India's Light Combat Aircraft, History http://www.tejas.gov[...] tejas.gov.in
[26] 웹사이트 GE Aerospace to co-produce F414 engines in India for Tejas Mk2 fighter jets https://www.deccanch[...] 2023-06-22
[27] 웹사이트 Is India on the Verge of Building a Super Jet Fighter? https://nationalinte[...] 2017-08-12
[28] 뉴스 All US clearances received: HAL, GE to produce jet engines for LCA Mark2, AMCA fighter jets in India https://economictime[...] 2023-11-18
[29] 뉴스 Technical, price bids submitted in fighter jet engine deal with US https://economictime[...] 2024-08-10
[30] 뉴스 Fighter engine deal likely this year: HAL CMD https://economictime[...] 2024-09-27
[31] 웹사이트 HAL in talks with General Electric over delay in engines' delivery: DK Sunil https://www.aninews.[...] 2024-11-07
[32] 웹사이트 Military engines, The F414 Engine http://www.geaviatio[...] GE aviation
[33] 간행물 GKN Aerospace selected by FMV to support Gripen E RM16 aero-engine https://www.gknaeros[...] 2020-02-25
[34] Youtube RM12 Engine: Supporting Gripen For More Than 300,000 Flying Hours https://saab.com/gri[...]
[35] 웹사이트 Hanwha Techwin Signs Agreement with GE to Locally Manufacture F414 Engines for KF-X Aircrafts [sic] https://www.hanwha.c[...] 2016-07-12
[36] 웹사이트 Hanwha Techwin, GE Team Up to Develop KF-X Engine Parts http://www.businessk[...] 2018-01-26
[37] 웹사이트 NASA Takes Delivery of GE Jet Engine for X-59 https://www.nasa.gov[...] 2020-08-30
[38] 웹사이트 F414-GE-400 turbofan engines https://www.geaviati[...] GE Aviation
[39] 웹사이트 Fighter aircraft engines, F414 GE 400 http://www.deagel.co[...] Dégel
[40] 웹사이트 F414 http://www.mtu.de/en[...] 2019-07-24
[41] 뉴스 Proven Experience, Program Upgrades Spark GE F110 and F404/414 Popularity https://www.geaviati[...] GE Aviation 2010-07-19
[42] 간행물 Confident GE heads to F414 CDR next month Aerospace Daily 1994
[43] 뉴스 GE wins F-18E/F study Flight International 1991-09-04
[44] 간행물 GE Component Test Program to Reduce Risk in F414 Engine Development Aviation Week and Space Technology 1992
[45] 뉴스 New Orders, Tech Insertions Mark Increased GE Fighter Engine Presence http://www.geae.com/[...] GE Press Release 2009-06-15
[46] 간행물 Recovery: Specific Fuel Consumption Reduction Demonstration https://www.fbo.gov/[...] Federal Business Opportunities 2009-08-13
[47] 뉴스 GE F110 and F404/F414 Fighter Engines Expand Capability and Global Presence http://www.geae.com/[...] GE Aviation 2006-07-17
[48] 간행물 Enhanced F414 Readies for Tests Aviation Week and Space Technology 2004
[49] 간행물 GE Component Test Program to Reduce Risk in F414 Engine Development Aviation Week and Space Technology 1992
[50] 뉴스 Boeing's Super Hornet seeks export sale to launch 20% thrust upgrade http://www.flightglo[...] Flight International 2009-05-12
[51] 문서 Naval Research Advisory Committee Report on Jet Engine Noise Reduction April 2009 http://www.nrac.navy[...]
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