FADEC - FADEC

Digitální motoru s plnou autoritou (nebo elektronika ) kontrola (FADEC) je systém skládající se z digitálního počítače, nazvaný „elektronický regulátor motoru“ (EHS), nebo „ řídicí jednotka motoru “ (ECU), a související příslušenství, které řídí všechny aspekty výkonu motoru letadla. FADEC byly vyrobeny jak pro pístové motory, tak pro proudové motory .

FADEC pro pístový motor

Dějiny

Cílem jakéhokoli řídicího systému motoru je umožnit motoru pracovat s maximální účinností za daných podmínek. Systémy řízení motoru původně sestávaly z jednoduchých mechanických vazeb fyzicky spojených s motorem. Pohybem těchto páček mohl pilot nebo palubní technik řídit tok paliva, výkon a mnoho dalších parametrů motoru. Kommandogerät mechanické / hydraulické řídicí jednotka motoru pro německé BMW 801 pístové letecké hvězdicový motor druhé světové války byl jen jeden pozoruhodný příklad tohoto ve svých pozdějších fázích vývoje. Toto mechanické řízení motoru bylo postupně nahrazeno nejprve analogovým elektronickým řízením motoru a později digitálním řízením motoru.

Analogové elektronické ovládání mění elektrický signál a sděluje požadovaná nastavení motoru. Systém byl evidentním zlepšením oproti mechanickému ovládání, ale měl své nevýhody, včetně běžných problémů s rušením elektronického šumu a spolehlivosti. Plně autoritní analogové ovládání bylo použito v 60. letech minulého století a zavedeno jako součást motoru Rolls-Royce/Snecma Olympus 593 nadzvukového dopravního letadla Concorde . Kritičtější řízení sání však bylo v sériovém letadle digitální.

Následovalo digitální elektronické ovládání. V roce 1968 pracovaly Rolls-Royce a Elliott Automation ve spojení s National Gas Turbine Establishment na digitálním řídicím systému motoru, který dokončil několik set hodin provozu na Rolls-Royce Olympus Mk 320. V 70. letech NASA a Pratt and Whitney experimentoval s jejich prvním experimentálním FADEC, poprvé vzlétl na F-111 vybaveném vysoce upraveným levým motorem Pratt & Whitney TF30 . Experimenty vedly k tomu, že Pratt & Whitney F100 a Pratt & Whitney PW2000 byly první vojenské a civilní motory vybavené FADEC a později Pratt & Whitney PW4000 jako první komerční motor „dual FADEC“. První FADEC v provozu byl motor Rolls-Royce Pegasus vyvinutý pro Harrier II společnostmi Dowty a Smiths Industries Controls .

Funkce

Skutečné úplné oprávnění digitálních ovládacích prvků motoru nemá k dispozici žádnou formu ručního přepisování, přičemž plnou kontrolu nad provozními parametry motoru má v rukou počítač. Dojde -li k úplné chybě FADEC, motor selže. Pokud je motor řízen digitálně a elektronicky, ale umožňuje ruční ovládání, je považován pouze za EHS nebo ECU . EHS, ačkoli je součástí FADEC, není samo o sobě FADEC. Když stojí sám, EHS činí všechna rozhodnutí, dokud si pilot nepřeje zasáhnout.

FADEC funguje tak, že přijímá více vstupních proměnných aktuálních letových podmínek, včetně hustoty vzduchu , polohy páčky škrticí klapky, teploty motoru, tlaku motoru a mnoha dalších parametrů. Vstupy jsou přijímány EHS a analyzovány až 70krát za sekundu. Provozní parametry motoru, jako je průtok paliva, poloha statorové lopatky, poloha odvzdušňovacího ventilu a další, jsou vypočteny z těchto údajů a podle potřeby použity. FADEC také řídí spouštění a restartování motoru. Základním účelem FADEC je zajistit optimální účinnost motoru pro dané letové podmínky.

FADEC zajišťuje nejen efektivní provoz motoru, ale také umožňuje výrobci naprogramovat omezení motoru a přijímat zprávy o stavu motoru a údržbě. Aby se například zabránilo překročení určité teploty motoru, může být FADEC naprogramován tak, aby automaticky prováděl nezbytná opatření bez zásahu pilota.

Bezpečnost

S provozem motorů, které se tak silně spoléhají na automatizaci, je bezpečnost velkým problémem. Redundance je poskytována ve formě dvou nebo více samostatných, ale identických digitálních kanálů. Každý kanál může poskytovat všechny funkce motoru bez omezení. FADEC také monitoruje řadu dat pocházejících ze subsystémů motoru a souvisejících systémů letadel a zajišťuje tak řízení motoru odolné vůči chybám .

Problémy s ovládáním motoru současně způsobující ztrátu tahu až tří motorů byly citovány jako příčinné při havárii letadla Airbus A400M v Seville ve Španělsku dne 9. května 2015 . Hlavní strategický ředitel společnosti Airbus Marwan Lahoud dne 29. května potvrdil, že nesprávně nainstalovaný software pro ovládání motoru způsobil smrtelnou havárii. „Neexistují žádné konstrukční vady [s letadlem], ale při konečné montáži máme vážný problém s kvalitou.“

Aplikace

Typický let civilních dopravních letadel může ilustrovat funkci FADEC. Letová posádka nejprve zadá do systému řízení letu (FMS) údaje o letu, jako jsou větrné podmínky, délka přistávací dráhy nebo cestovní výška . FMS používá tato data k výpočtu nastavení výkonu pro různé fáze letu. Při vzletu posune letová posádka plyn na předem určené nastavení nebo se rozhodne pro vzlet s automatickým plynem, pokud je k dispozici. FADEC nyní aplikují vypočítané nastavení tahu vzletu odesláním elektronického signálu do motorů; neexistuje přímé spojení s otevřeným tokem paliva. Tento postup lze opakovat pro jakoukoli jinou fázi letu.

Za letu jsou neustále prováděny malé změny provozu, aby byla zachována účinnost. Maximální tah je k dispozici pro nouzové situace, pokud je plyn posunut na plný plyn, ale omezení nelze překročit; letová posádka nemá k dispozici žádný způsob, jak ručně přepsat FADEC.

Výhody

  • Lepší palivová účinnost
  • Automatická ochrana motoru před operacemi mimo toleranci
  • Bezpečnější, protože vícekanálový počítač FADEC poskytuje redundanci v případě poruchy
  • Bezstarostné zacházení s motorem se zaručeným nastavením tahu
  • Možnost použít jeden typ motoru pro požadavky na široký tah pouhým přeprogramováním FADECů
  • Poskytuje poloautomatické startování motoru
  • Lepší integrace systémů se systémy motorů a letadel
  • Může poskytovat dlouhodobé monitorování a diagnostiku stavu motoru
  • Počet externích a interních parametrů použitých v řídicích procesech se zvyšuje o jeden řád
  • Snižuje počet parametrů, které mají letové posádky monitorovat
  • Díky vysokému počtu sledovaných parametrů umožňuje FADEC „systémy odolné vůči poruchám“ (kde systém může fungovat s požadovanou spolehlivostí a bezpečnostními omezeními s určitými chybovými konfiguracemi)
  • Šetří váhu

Nevýhody

  • Plně autorizované digitální ovládání motoru nemá k dispozici žádnou formu ručního přepisování, přičemž plnou kontrolu nad provozními parametry motoru má počítač. (viz poznámka)
    • Pokud dojde k úplné chybě FADEC, motor selže. (viz poznámka)
    • Po úplném selhání FADEC nemají piloti žádné ruční ovládání restartu motoru, škrticí klapky nebo jiných funkcí. (viz poznámka)
    • Jediný bod rizika selhání lze zmírnit pomocí nadbytečných FADEC (za předpokladu, že porucha je náhodná chyba hardwaru a nikoli důsledek chyby návrhu nebo výroby, která může způsobit identické poruchy ve všech identických nadbytečných komponentách). (viz poznámka)
  • Vysoká složitost systému ve srovnání s hydromechanickými, analogovými nebo manuálními řídicími systémy
  • Velké úsilí o vývoj a ověřování systému kvůli složitosti
  • Zatímco v krizi (například bezprostřední kontakt s terénem) může motor, který není FADEC, produkovat podstatně více, než je jeho jmenovitý tah, motor FADEC bude vždy pracovat v rámci svých mezí. (viz poznámka)

Poznámka: Většina moderních leteckých motorů ovládaných FADEC (zejména těch z turbohřídelového motoru) může být přepsána a umístěna do manuálního režimu, čímž se účinně vypořádá s většinou nevýhod v tomto seznamu. Piloti by si měli velmi dobře uvědomit, kde se nachází jejich ruční potlačení, protože neúmyslné zapojení manuálního režimu může vést k překročení otáček motoru.

Požadavky

  • K návrhu, výrobě, instalaci a údržbě senzorů, které měří a hlásí parametry letu a motoru samotnému řídicímu systému, musí být použity technické postupy.
  • Při navrhování, implementaci a testování softwaru používaného v těchto řídicích systémech kritických z hlediska bezpečnosti se často používají formální technologické postupy. Tento požadavek vedl k vývoji a používání specializovaného softwaru, jako jsou nástroje modelového systémového inženýrství (MBSE). Sada nástrojů pro vývoj aplikací SCADE (od Esterel Technologies ) (nezaměňovat s kategorií aplikací SCADA ) je příkladem nástroje MBSE a byla použita jako součást vývoje systémů FADEC.

Výzkum

NASA analyzovala distribuovanou architekturu FADEC spíše než současnou centralizovanou architekturu, konkrétně pro helikoptéry. Větší flexibilita a nižší náklady životního cyklu jsou pravděpodobně výhodami distribuce.

Viz také

Reference

externí odkazy