FADEC

Full Authority Digital Engine ( eller Electronics ) Control (FADEC) er et automatisk system for å kontrollere parametrene og ytelsen til en flymotor .

Den består normalt av en digital datamaskin kalt EEC ( Electronic Engine Controller ) eller ECU ( Engine Control Unit ) koblet til sensorer og aktuatorer som kontrollerer alle aspekter av motorytelsen. FADEC-systemer er utviklet for både forbrenningsmotorer og jetmotorer [1]

Historie

Formålet med kontrollsystemet er å drive motoren med maksimal effektivitet for hver påkrevd driftstilstand uten å overskride grensene for hver motor. Kompleksiteten til oppgaven er proporsjonal med kompleksiteten til motoren og driftsforholdene. Opprinnelig besto kontrollsystemet av flere pilotdrevne elektromekaniske lenker og brytere. Etter hvert som kompleksiteten (og antallet) av installerte motorer økte, var det nødvendig å dedikere et tredje besetningsmedlem ( flyingeniøren ) til å sjekke motorparametrene. Piloten, ved å virke på gassen, oppnådde en skyvekraft, men de hydromekaniske kontrollerene inne i motoren kunne ikke ta hensyn til den naturlige forringelsen av motorytelsen over tid, derav behovet for piloten å verifisere at den nødvendige skyvekraften ikke oversteg motorens begrensninger (eksostemperatur, rotasjonshastighet, oljetrykk og temperatur osv.).

Deretter ble det introdusert automatiske analoge kontroller som ved å modulere elektriske signaler kommanderte aktuatorene som var nødvendige for variasjonen av motorens driftsparametre. Systemet var et klart steg opp fra hydromekaniske kontroller, men ulempene var vanlige elektriske forstyrrelser og pålitelighetsproblemer. Den første analoge kontrollen ble brukt på 1960-tallet som en del av Rolls Royce Olympus 593-motoren installert på Concorde supersoniske transportfly . [2] Luftinntakskontroll, en enda mer kritisk komponent, var digital i produksjonsfly. [3]

Neste steg var innføringen av et digitalt elektronisk kontrollsystem . På slutten av 1970-tallet testet NASA og Pratt og Whitney den første eksperimentelle FADEC, ombord på en F-111 utstyrt med en betydelig modifisert Pratt & Whitney TF30 venstre motor. Eksperimenteringen førte til fødselen av Pratt & Whitney F100 og Pratt & Whitney PW2000 , henholdsvis de første militære og sivile motorene utstyrt med FADEC og deretter til Pratt & Whitney PW4000 , den første "dual FADEC" kommersielle motoren. Den første FADEC som ble tatt i bruk ble utviklet av Dowty & Smiths Industries Controls for Pegasus -motoren til Harrier II [4] .

Operasjonsprinsipp

En FADEC-kontroll kan ikke omgås av noen manuell kontroll, selv i tilfelle systemfeil, derav ordlyden "full autoritet". Hvis FADEC svikter, stopper motoren.

FADEC fungerer ved å motta forskjellig inngangsinformasjon, inkludert gjeldende flyforhold, lufttetthet, gassposisjon, eksostemperatur, turbinomdreininger og mange flere. Denne informasjonen innhentes og behandles kontinuerlig av EF titalls ganger per sekund. Motorparametrene inkludert drivstoffstrømmen, posisjonen til statorrommene og avlastningsventilene, tenningen av glødepluggene og andre beregnes og reguleres av FADEC for de ulike driftshastighetene ved hjelp av aktuatorer eller servoer. FADEC overvåker også hele startsekvensen og justerer kontrollparameterne for å sikre den beste motoreffektiviteten for en gitt flytilstand.

FADEC er programmert til å beskytte motoren ved å forhindre operasjoner utenfor konstruksjonsgrensene uten intervensjon fra pilotene, for eksempel ved å begrense rotasjonshastigheten eller holde avgasstemperaturen (EGT) innenfor grensene. Den registrerer driftsparametrene (med eventuelle uregelmessigheter som kan ha oppstått under flyturen) for å gjøre dem tilgjengelige for vedlikeholdspersonell for å løse problemer [5] .

Flysikkerhet

Med den fullstendige avhengigheten av motorkontroll på det automatiske systemet, har flysikkerhetsproblemer oppstått. Den nødvendige redundansen sikres av to eller flere distinkte digitale kanaler, som hver betjenes av sine egne sensorer og aktuatorer. I praksis er hver FADEC satt sammen av to komplette enheter som fungerer uavhengig av hverandre. Ved normal drift styrer en kanal motoren, mens den andre overvåker riktig funksjon av systemet i bakgrunnen. Ved svikt i den aktive kanalen (eller et av dens undersystemer), tar reservekanalen over. Hver gang motoren startes, kontrollerer selvdiagnosekretser at FADEC selv og dets digitale tilbehør fungerer korrekt.

Applikasjoner

Funksjonene til FADEC kan illustreres med en typisk flytur av et sivilt transportfly. Piloten legger inn flygedata som vindretning og intensitet, rullebanen i bruk og ruten tildelt av flygekontrollen i flystyringssystemet (FMS) . Fra disse dataene og informasjonen i navigasjonsdatabasen , beregner FMS kraften som kreves for start. Pilotene stiller inn gassen for den nødvendige skyvekraften og FADEC, basert på posisjonen til gassen, styrer alle aktuatorer og servoer for at motoren skal levere nødvendig skyvekraft. En gang i flyging, gitt variasjonen i miljøforhold (fuktighet, trykk, temperatur, etc.), er hyppige justeringer nødvendig for å opprettholde maksimal effektivitet til motoren for den skyvekraften som kreves. Alle disse nødvendige variasjonene er alltid ansvaret til FADEC, som samtidig holder driftsparametrene innenfor de konstruktive begrensningene. Piloter har ingen måte å påvirke motorytelsen på annet enn ved å justere gassposisjonen.

Fordeler

Ulemper

Fremtidig utvikling

For tiden består FADEC-ene av en sentralisert enhet som mottar data fra sensorene og kontrollerer aktuatorene i tilbakemelding . Dette gjør at den delikate elektronikken som trengs, kan plasseres i et område av motoren som er relativt skjermet for høye temperaturer, vibrasjoner og eksterne midler. Ulempen forbundet med denne konfigurasjonen er gitt av behovet for et komplekst nettverk av kabler som er nødvendig for transport av informasjon mellom FADEC og dens sensorer og aktuatorer. Videre gjør sentraliseringen av all kontrolllogikk i en enkelt enhet det mindre enkelt å modularisere systemet og dets tilpasningsevne til forskjellige konfigurasjoner til ulempen ved å redusere utviklings- og designkostnader. I fremtiden er det planlagt å desentralisere og "distribuere" [6] funksjoner som nå utføres innenfor FADEC direkte i sensorene og "intelligente" aktuatorer, som er i stand til å kommunisere med hverandre gjennom en felles datalinje. Siden sensorer og aktuatorer må jobbe i områder av motoren som er utsatt for større termisk og mekanisk påkjenning, er den teknologiske utfordringen å produsere pålitelig elektronikk som opererer i høytemperaturmiljøer (selv opp til 500 °C) og som kan kommunisere i radiofrekvens [7 ] mellom de ulike komponentene i systemet. Ved å desentralisere funksjonene til FADEC i komponentene, forbedres "modulariteten" til systemet, noe som gjør det mulig å tilpasse FADEC-er laget for forskjellige motorer og standardisere sensorer og aktuatorer til fordel for produksjonskostnadene til delene. [6]

Merknader

  1. ^ Kapittel 6: Aircraft Systems ( PDF ), i Pilot's Handbook of Aeronautical Knowledge , Federal Aviation Administration , 2008, side 6–19. Hentet 25. november 2010 (arkivert fra originalen 27. februar 2009) .
  2. ^ Flight Control System: praktiske spørsmål i design og implementering Roger W. Pratt.
  3. ^ Concorde: historien om en supersonisk pioner Kenneth Owen.
  4. ^ Gunston (1990) Avionics: Historien og teknologien til luftfartselektronikk Patrick Stephens Ltd, Wellingborough UK. 254 s. , ISBN 1-85260-133-7 .
  5. ^ NASA arkivert 26. januar 2017 på Internet Archive . Propulsion Gas Path Health Management Oppgaveoversikt.
  6. ^ a b NASA arkivert 7. februar 2017 på Internet Archive . Distribuert motorkontroll.
  7. ^ Patent nr.: US 7 236 503 B2 Kort rekkevidde RF-kommunikasjon for jetmotorkontroll.

Bibliografi

Relaterte elementer

Andre prosjekter