FADEC

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Un FADEC pentru motoare cu piston. Rețineți cât de intern este compus din două unități gemene dedicate fiecare canalului său (în acest caz dreapta sau stânga)

Controlul complet al autorității digitale (sau electronice ) (FADEC) este un sistem automat pentru controlul parametrilor și performanțelor unui motor de aeronavă .

Acesta constă de obicei dintr-un computer digital numit CEE ( Electronic Engine Controller ) sau ECU ( Engine Control Unit ) conectat la senzori și actuatoare care controlează toate aspectele performanței motorului. Sistemele FADEC au fost dezvoltate atât pentru motoarele cu ardere internă, cât și pentru motoarele cu reacție [1]

fundal

Scopul sistemului de control este de a acționa motorul la o eficiență maximă pentru fiecare condiție de funcționare necesară fără a depăși limitele fiecărui motor. Complexitatea sarcinii este proporțională cu complexitatea motorului și condițiile de funcționare. Inițial, sistemul de control consta din mai multe legături și comutatoare electromecanice acționate de pilot. Pe măsură ce complexitatea (și numărul) motoarelor instalate a crescut, a fost necesar să se dedice un al treilea membru al echipajului ( inginerul de zbor ) verificării parametrilor motorului. Pilotul, acționând asupra clapetei de accelerație, a obținut o tracțiune, dar controlerele hidromecanice din interiorul motorului nu au putut lua în considerare degradarea naturală a performanței motorului în timp, de unde și necesitatea ca pilotul să verifice dacă împingerea necesară nu a depășit limitările (temperatura gazelor de eșapament, viteza de rotație, presiunea și temperatura uleiului etc.) ale motorului.

Ulterior, au fost introduse controale analogice automate care, prin modularea semnalelor electrice, comandau dispozitivele de acționare necesare pentru a modifica parametrii de funcționare ai motorului. Sistemul a fost un pas clar de la controalele hidromecanice, dar dezavantajele erau interferențele electrice obișnuite și problemele de fiabilitate. Primul control analogic a fost utilizat în anii 1960 ca o componentă a motorului Rolls Royce Olympus 593 instalat pe avionul de transport supersonic Concorde . [2] Controlul admisiei de aer, o componentă și mai critică, era digital în aeronavele de producție. [3]

Următorul pas a fost introducerea unui sistem de control electronic digital . La sfârșitul anilor 1970, NASA și Pratt și Whitney au testat primul FADEC experimental, la bordul unui F-111 echipat cu un motor stâng modificat Pratt & Whitney TF30 . Experimentarea a dus la nașterea Pratt & Whitney F100 și Pratt & Whitney PW2000 , respectiv primele motoare militare și civile echipate cu FADEC și ulterior la Pratt & Whitney PW4000 , primul motor comercial „dual FADEC”. Primul FADEC care a intrat în serviciu a fost dezvoltat de Dowty & Smiths Industries Controls pentru motorul Pegasus al Harrier II [4] .

Principiul de funcționare

Un control FADEC nu poate fi ocolit de nici un control manual, chiar și în cazul unei defecțiuni a sistemului, de unde și formularea „autorizare deplină”. Dacă FADEC nu funcționează, motorul se oprește.

FADEC funcționează primind diverse informații de intrare, inclusiv condițiile curente de zbor, densitatea aerului, poziția clapetei de accelerație, temperatura gazelor de eșapament, rpm turbină și multe altele. Aceste informații sunt achiziționate și procesate continuu de către CE de zeci de ori pe secundă. Parametrii motorului, inclusiv debitul de combustibil, poziția compartimentelor statorice și supapele de siguranță, aprinderea bujilor incandescente și altele sunt calculate și reglementate de FADEC pentru diferitele turații de funcționare prin intermediul actuatorilor sau servomotoarelor. FADEC monitorizează, de asemenea, întreaga secvență de pornire și reglează parametrii de control pentru a asigura cea mai bună eficiență a motorului pentru o anumită stare de zbor.

FADEC este programat să protejeze motorul prin prevenirea operațiunilor în afara limitelor sale de construcție fără intervenția piloților, de exemplu prin limitarea vitezei de rotație sau menținerea temperaturii gazelor de eșapament (EGT) în limite. Înregistrează parametrii de funcționare (cu orice anomalii care ar fi putut apărea în timpul zborului) pentru a-i pune la dispoziția personalului de întreținere în soluționarea problemelor [5] .

Siguranța zborului

Cu dependența completă a controlului motorului de sistemul automat, au apărut probleme de siguranță a zborului. Redundanța necesară este asigurată de două sau mai multe canale digitale distincte, fiecare fiind deservit de proprii senzori și actuatori. În practică, fiecare FADEC este compus din două unități complete care funcționează independent una de cealaltă. În operațiuni normale, un canal controlează motorul, în timp ce celălalt monitorizează funcționarea corectă a sistemului în fundal. În cazul defectării canalului activ (sau a unuia dintre subsistemele sale), canalul de rezervă preia controlul. De fiecare dată când motorul este pornit, circuitele de autodiagnostic verifică funcționarea corectă a FADEC în sine și a accesoriilor sale digitale.

Aplicații

Funcțiile FADEC pot fi ilustrate cu un zbor tipic al unei aeronave de transport civil. Pilotul introduce datele de zbor, cum ar fi direcția și intensitatea vântului, pista folosită și ruta atribuită de controlul traficului aerian în sistemul de management al zborului (FMS). Din aceste date și din informațiile conținute în baza de date de navigație, FMS calculează forța necesară pentru decolare. Piloții stabilesc clapeta de accelerație pentru tracțiunea necesară, iar FADEC, pe baza poziției clapetei de acționare, gestionează toate dispozitivele de acționare și servomotoarele pentru ca motorul să ofere tracțiunea necesară. Odată ajuns în zbor, având în vedere variabilitatea condițiilor de mediu (umiditate, presiune, temperatură etc.) sunt necesare ajustări frecvente pentru a menține eficiența maximă a motorului pentru tracțiunea necesară. Toate aceste modificări necesare sunt întotdeauna responsabilitatea FADEC care, în același timp, menține parametrii de funcționare în limitele constructive. Piloții nu au nicio modalitate de a afecta performanța motorului decât prin reglarea poziției clapetei de accelerație.

Beneficii

  • Eficiență mai bună
  • Protecția automată a motorului împotriva depășirii limitelor
  • Redundanță internă în caz de eșec
  • Angajament redus al piloților față de gestionarea motorului
  • Posibilitatea de a utiliza același hardware pe aceeași clasă de motoare cu forțe diferite prin reprogramarea numai a software-ului FADEC
  • Gestionarea automată a pornirii motorului
  • O mai bună integrare a motorului cu celelalte sisteme ale aeronavei
  • Diagnosticarea continuă și monitorizarea performanței motorului
  • Reduce numărul de parametri care trebuie monitorizați de echipaj
  • Datorită numărului mare de parametri de intrare, FADEC poate compensa senzorii defecți (Fault Tolerant)

Dezavantaje

  • Incapacitatea piloților de a controla manual motorul în caz de defecțiune a FADEC
  • Complexitate ridicată a sistemului în comparație cu controalele hidromecanice, analogice sau manuale
  • Costuri ridicate de dezvoltare și certificare

Evoluții viitoare

În prezent, FADEC-urile constau dintr-o unitate centralizată care primește date de la senzori și controlează actuatorii în feedback . Acest lucru permite ca elementele electronice delicate necesare să fie amplasate într-o zonă a motorului relativ ferită de temperaturi ridicate, vibrații și agenți externi. Dezavantajul asociat acestei configurații este dat de necesitatea unei rețele complexe de cabluri necesare pentru transportul informațiilor între FADEC și senzorii și actuatorii acestuia. În plus, centralizarea tuturor logicii de control într-o singură unitate face mai puțin simplă modularizarea sistemului și adaptabilitatea acestuia la diferite configurații în dezavantajul reducerii costurilor de dezvoltare și proiectare. În viitor, este planificată descentralizarea și „distribuirea” [6] funcțiilor efectuate acum în cadrul FADEC direct în senzori și actuatoare „inteligente”, capabile să comunice între ele printr-o linie de date comună. Deoarece senzorii și dispozitivele de acționare trebuie să funcționeze în zone ale motorului supuse unor solicitări termice și mecanice mai mari, provocarea tehnologică este de a produce electronice fiabile care funcționează în medii cu temperatură ridicată (chiar și până la 500 ° C) și care pot comunica în radiofrecvență [7] ] între diferitele componente ale sistemului. Prin descentralizarea funcțiilor FADEC în componentele sale, „modularitatea” sistemului este îmbunătățită, făcând posibilă adaptarea FADEC-urilor create pentru diferite motoare și standardizarea senzorilor și actuatorilor în avantajul costurilor de producție ale pieselor. [6]

Notă

  1. ^ Capitolul 6: Sisteme de aeronave ( PDF ), în Pilot's Handbook of Aeronautical Knowledge , Federal Aviation Administration , 2008, pagina 6-19. Adus la 25 noiembrie 2010 (arhivat din original la 27 februarie 2009) .
  2. ^ Sistem de control al zborului: probleme practice în proiectare și implementare Roger W. Pratt.
  3. ^ Concorde: povestea unui pionier supersonic Kenneth Owen.
  4. ^ Gunston (1990) Avionics: The story and technology of aviation electronic Patrick Stephens Ltd, Wellingborough Marea Britanie. 254pp, ISBN 1-85260-133-7 .
  5. ^ NASA Arhivat 26 ianuarie 2017 la Internet Archive . Prezentare generală a activității de gestionare a sănătății căii de propulsie.
  6. ^ a b NASA Arhivat 7 februarie 2017 la Internet Archive . Controlul distribuit al motorului.
  7. ^ Brevet nr.: SUA 7.236.503 B2 Comunicare RF cu rază scurtă de acțiune pentru controlul motorului cu reacție.

Bibliografie

Elemente conexe

Alte proiecte

Aviaţie Portalul aviației : Accesați intrările Wikipedia care se ocupă de aviație