Фадек

Полный цифровым двигателем (или электроникой ) авторитетный управление ( FADEC ) - это система, состоящая из цифрового компьютера, называемого «электронным контроллером двигателя» (EEC) или « Блок управления двигателем » (ECU), и связанные с ним аксессуары, которые управляют всеми аспектами производительности авиационного двигателя. FADEC были произведены как для поршневых двигателей , так и для реактивных двигателей .

Fadec для поршневого двигателя

История

Цель любой системы управления двигателем состоит в том, чтобы позволить двигателю работать с максимальной эффективностью для данного условия. Первоначально системы управления двигателем состояли из простых механических связей, физически подключенных к двигателю. Перемещая эти рычаги, пилот или пролетный инженер могут управлять потоком топлива, выходной мощностью и многими другими параметрами двигателя. Коммандогерцер -механический /гидравлический блок управления двигателями для Германии BMW 801 Piston Aviation Radial Engine во Второй мировой войне был лишь одним из примечательных примеров этого на более поздних этапах разработки. Этот механический управление двигателем постепенно заменялся сначала на аналоговое электронное управление двигателем, а затем управление цифровым двигателем.

Аналоговый электронный управление изменяет электрический сигнал для передачи желаемых настроек двигателя. Система была очевидным улучшением по сравнению с механическим контролем, но имела свои недостатки, включая общие проблемы с электронным шумом и надежностью. Полный авторитетный аналоговый контроль был использован в 1960-х годах и был представлен в качестве компонента двигателя Rolls-Royce/Snecma Olympus 593 из Supersonic Transport Aircraft Concorde . Тем не менее, более критический контроль входа был цифровым на производственных самолетах.

Цифровое электронное управление последовало. В 1968 году Rolls-Royce и Elliott Automation совместно с национальным заведением газовой турбины работали над системой управления цифровым двигателем, которая завершила несколько сотен часов работы на Rolls-Royce Olympus MK 320. В 1970-х годах НАСА и Пратт и Уитни экспериментировали с их первым экспериментальным FADEC, впервые пролетавшим на F-111, оснащенном высоко измененным левым двигателем Pratt & Whitney TF30 . Эксперименты привели к тому, что Pratt & Whitney F100 и Pratt & Whitney PW2000 стали первыми военными и гражданскими двигателями, соответственно, оснащенными FADEC, а затем Pratt & Whitney PW4000 в качестве первого коммерческого двигателя «Dual Fadec». Первым FADEC в эксплуатации был двигатель Rolls-Royce Pegasus, разработанный для контроля Harrier II Dowty Industries и Smiths .

Функция

Истинный полный полномочий управление цифровым двигателем не имеет никакого ручного переопределения и доступных ручных элементов управления, в результате чего полный авторитет над всеми эксплуатационными параметрами двигателя в руках компьютера. Если происходит общий сбой FADEC, двигатель сбой. Если двигатель контролируется в цифровом и в электронном виде, но позволяет переопределить ручную, он считается EEC или ECU . EEC, хотя и компонент FADEC, сам по себе не является FADEC. Стоя в одиночестве, ЕЭС принимает все решения, пока пилот не желает вмешаться. Термин FADEC часто используется для частичного управления цифровым двигателем, например, только в электронном управлении топливом и зажиганием. Поршневый двигатель с турбонаддувом потребует цифрового управления всем впускным потоком воздуха, чтобы соответствовать определению FADEC.

FADEC работает, получая несколько входных переменных текущего условия полета, включая плотность воздуха , положение запроса рычага питания, температуру двигателя, давление двигателя и многие другие параметры. Входные данные получены ЕЭС и анализируются до 70 раз в секунду. Рабочные параметры двигателя, такие как поток топлива, положение лопата статора, положение клапана с воздушным кровотечением и другие, вычисляются из этих данных и применяются в зависимости от необходимости. FADEC также контролирует запуск двигателя и перезапуска. Основная цель FADEC - обеспечить оптимальную эффективность двигателя для данного условия полета.

FADEC не только обеспечивает эффективную работу двигателя, но и позволяет производителю программировать ограничения двигателя и получать отчеты о здоровье и техническом обслуживании двигателей. Например, чтобы избежать превышения определенной температуры двигателя, FADEC может быть запрограммирован на автоматическое принятие необходимых мер без пилотного вмешательства.

Безопасность

С помощью работы двигателей полагается на автоматизацию, безопасность вызывает уж проблем. Избыточность предусмотрена в виде двух или более отдельных, но идентичных цифровых каналов. Каждый канал может предоставить все функции двигателя без ограничений. FADEC также контролирует различные данные, поступающие из подсистем двигателя и связанных с ними самолетов, обеспечивая контроль двигателя, устойчивый к неисправности .

Проблемы с контролем двигателя одновременно, вызывающие потерю тяги на трех двигателях, были названы причинными в аварии самолета Airbus A400M в Севильской Испании 9 мая 2015 года . Главный специалист по стратегии Airbus Марван Лахуд подтвердил 29 мая, что неправильно установленное программное обеспечение для управления двигателями вызвало фатальную аварию. «Нет структурных дефектов [с самолетом], но у нас есть серьезная проблема с качеством в окончательной сборке».

Приложения

Типичный рейс гражданского транспорта может проиллюстрировать функцию FADEC. Летный экипаж сначала входит в данные о полете, такие как условия ветра, длина взлетно -посадочной полосы или высота круиза, в систему управления полетами (FMS). FMS использует эти данные для расчета настроек питания для разных этапов полета. При взлете, летный экипаж продвигает рычаг питания до заранее определенной обстановки или выбирает взлет автоматического протекания, если таковой имеется. Фадеки теперь применяют рассчитанную настройку удара взлета путем отправки электронного сигнала на двигатели; Не существует прямой связи с открытым потоком топлива. Эта процедура может быть повторена для любой другой фазы полета.

В полете постоянно вносятся небольшие изменения в эксплуатации для поддержания эффективности. Максимальная тяга доступна в чрезвычайных ситуациях, если рычаг питания продвинулся до полной, но ограничения не могут быть превышены; Летный экипаж не имеет средств вручную переопределить FADEC.

Преимущества

• Автоматическая защита двигателей от операций за пределами воздействия
• Более безопаснее, как многонародный компьютер FADEC обеспечивает избыточность в случае сбоя
• Беззаконная обработка двигателей, с гарантированными тяги настройками
• Возможность использовать тип одного двигателя для широких требований к уловам, только перепрограммируя FADECS
• Обеспечивает полуавтоматическое запуск двигателя
• Обеспечивает управление высоким уровнем IDLE, подходящее для разминки поршневого двигателя
• Лучшая интеграция систем с двигателями и авиационными системами
• Может обеспечить долгосрочный мониторинг здоровья двигателя и диагностику
• Количество внешних и внутренних параметров, используемых в процессах управления, увеличивается на один порядок величины
• Уменьшает количество параметров, которые будут контролироваться летными экипажами
• Из -за большого количества отслеживаемых параметров FADEC делает возможными «устойчивыми системами» (где система может работать в рамках необходимой надежности и ограничений безопасности с определенными конфигурациями неисправностей)

Недостатки

• Полный авторитет управления цифровым двигателем не имеют в наличии ручной переопределения, в результате чего полный авторитет над эксплуатационными параметрами двигателя в руках компьютера. (См. Примечание)
  • Если происходит общий сбой FADEC, двигатель сбой. (См. Примечание)
  • После общего сбоя FADEC пилоты не имеют ручного управления для перезапуска двигателя, дроссельной заслонки или других функций. (См. Примечание)
  • Единая точка сбоя может быть смягчена с помощью избыточных FADECS (при условии, что сбой является случайным аппаратным сбоем, а не результатом проектирования или производственной ошибки, что может вызвать идентичные сбои во всех идентичных избыточных компонентах). (См. Примечание)
• Высокая сложность системы по сравнению с гидромеханическими, аналоговыми или ручными системами управления
• Высокие усилия по разработке и валидации системы из -за сложности
• Принимая во внимание, что в кризисе (например, неизбежный контакт с местности), не Fadec Engine может производить значительно больше, чем его номинальная тяга, двигатель FADEC всегда будет работать в своих пределах. (См. Примечание)

Примечание. Большинство современных управляемых авиационных двигателей FADEC (особенно рынков турбоссафта) могут быть переопределены и размещены в ручном режиме, эффективно противодействуя большинству недостатков в этом списке. Пилоты должны быть очень осведомлены о том, где находится их ручной переопределение, потому что непреднамеренное взаимодействие ручного режима может привести к чрезмерному скорости двигателя.

Требования

• Инженерные процессы должны использоваться для проектирования, производства, установки и поддержания датчиков, которые измеряют и сообщают о параметрах полета и двигателя для самой системы управления.
• Формальные системные процессы часто используются при проектировании, внедрении и тестировании программного обеспечения, используемого в этих критически важных системах управления. Это требование привело к разработке и использованию специализированного программного обеспечения, такого как модельные инструменты для системной инженерии (MBSE). Scade набор инструментов для разработки приложений (от ANSYS ) (не путать с категорией приложений SCADA ) является примером инструмента MBSE и использовался в рамках разработки систем FADEC.

Исследовать

НАСА проанализировало распределенную архитектуру FADEC, а не текущую централизованную, особенно для вертолетов . Большая гибкость и более низкие затраты на жизненный цикл, вероятно, являются преимуществами распределения.

Смотрите также

• Аббревиатуры и сокращения в авионике

Ссылки

• «Safran Electronics Canada: FADEC и EEC» . Архивировано с оригинала 2013-01-15 . Получено 2010-04-30 .
• «Hispano-Suiza: цифровое управление двигателями» . Архивировано из оригинала 2007-09-28 . Получено 2007-03-09 .
• Морен, Чак. Интервью со студентом. Фадек. Эмбри-Риддл Аэронавтический университет , Дейтона-Бич. 2007-03-13.
• Раздел 14 CFR: Федеральные авиационные правила . FAA . 2007-03-10.

Внешние ссылки

• Харриер летит с цифровым контролируемым Пегасом - статьей 1982 года в Flight International Magazine
• Двигатели активного контроля. статья 1988 Международная года по двигателям FADEC