FADEC - FADEC

En fuldmagt digital motor (eller elektronik ) kontrol (FADEC) er et system, der består af en digital computer, kaldet en "elektronisk motorstyring" (EØF) eller " motorstyringsenhed " (ECU) og tilhørende tilbehør, der styrer alle aspekter af flymotorens ydeevne. FADEC'er er blevet produceret til både stempelmotorer og jetmotorer .

FADEC til stempelmotor

Historie

Målet med ethvert motorstyringssystem er at lade motoren yde maksimal effektivitet for en given tilstand. Oprindeligt bestod motorstyringssystemer af simple mekaniske forbindelser fysisk forbundet med motoren. Ved at flytte disse håndtag kunne piloten eller flyingeniøren styre brændstofstrømmen, effekt og mange andre motorparametre. Den Kommandogerät mekanisk / hydraulisk motor styreenhed til Tysklands BMW 801 stempel luftfart stjernemotor af Anden Verdenskrig var blot et bemærkelsesværdigt eksempel på dette i sine senere stadier af udvikling. Denne mekaniske motorstyring blev gradvist erstattet først af analog elektronisk motorstyring og senere digital motorstyring.

Analog elektronisk styring varierer et elektrisk signal for at kommunikere de ønskede motorindstillinger. Systemet var en tydelig forbedring i forhold til mekanisk kontrol, men havde sine ulemper, herunder almindelige elektroniske støjforstyrrelser og pålidelighedsproblemer. Fuld autoritet analog kontrol blev brugt i 1960'erne og introduceret som en komponent i Rolls-Royce/Snecma Olympus 593- motoren i det supersoniske transportfly Concorde . Den mere kritiske indløbskontrol var imidlertid digital på produktionsflyet.

Digital elektronisk kontrol fulgte. I 1968 arbejdede Rolls-Royce og Elliott Automation sammen med National Gas Turbine Establishment på et digitalt motorstyringssystem, der gennemførte flere hundrede timers drift på en Rolls-Royce Olympus Mk 320. I 1970'erne, NASA og Pratt og Whitney eksperimenterede med deres første eksperimentelle FADEC, først fløjet på en F-111 udstyret med en meget modificeret Pratt & Whitney TF30 venstre motor. Forsøgene førte til, at Pratt & Whitney F100 og Pratt & Whitney PW2000 var henholdsvis de første militære og civile motorer udstyret med FADEC, og senere Pratt & Whitney PW4000 som den første kommercielle "dual FADEC" motor. Den første FADEC i drift var Rolls-Royce Pegasus- motoren udviklet til Harrier II af Dowty og Smiths Industries Controls .

Fungere

Ægte digitale myndighedskontroller med fuld autoritet har ingen form for manuel tilsidesættelse, hvilket giver fuld autoritet over motorens driftsparametre i computerens hænder. Hvis der opstår en total FADEC-fejl, svigter motoren. Hvis motoren styres digitalt og elektronisk, men tillader manuel tilsidesættelse, betragtes den udelukkende som en EEC eller ECU . Et EF, selv om det er en del af en FADEC, er ikke i sig selv FADEC. Når EØF står alene, træffer alle beslutningerne, indtil piloten ønsker at gribe ind.

FADEC fungerer ved at modtage flere inputvariabler for den aktuelle flyvetilstand, herunder lufttæthed , gashåndtagposition, motortemperaturer, motortryk og mange andre parametre. Inputs modtages af EF og analyseres op til 70 gange i sekundet. Motorens driftsparametre såsom brændstofstrøm, statorvinge -position, luftudluftningsventilposition og andre beregnes ud fra disse data og anvendes efter behov. FADEC styrer også motorstart og genstart. FADECs grundlæggende formål er at give optimal motoreffektivitet til en given flyvetilstand.

FADEC sørger ikke kun for effektiv motordrift, det giver også producenten mulighed for at programmere motorbegrænsninger og modtage motors sundheds- og vedligeholdelsesrapporter. For at undgå at overskride en bestemt motortemperatur kan FADEC f.eks. Programmeres til automatisk at tage de nødvendige foranstaltninger uden pilotindgreb.

Sikkerhed

Da motorernes drift er så afhængig af automatisering, er sikkerheden en stor bekymring. Redundans leveres i form af to eller flere separate, men identiske digitale kanaler. Hver kanal kan levere alle motorfunktioner uden begrænsninger. FADEC overvåger også en række forskellige data, der kommer fra motorsubsystemerne og relaterede flysystemer, hvilket giver mulighed for fejltolerant motorstyring.

Motorstyringsproblemer, der samtidig forårsagede tab af tryk på op til tre motorer, er blevet nævnt som årsagssammenhæng i et styrt af et Airbus A400M -fly i Sevilla, Spanien den 9. maj 2015 . Airbus Chief Strategy Officer Marwan Lahoud bekræftede den 29. maj, at forkert installeret motorstyringssoftware forårsagede det fatale styrt. "Der er ingen strukturelle defekter [med flyet], men vi har et alvorligt kvalitetsproblem i den endelige samling."

Ansøgninger

En typisk civilt transportfly kan illustrere funktionen af ​​en FADEC. Flybesætningen indtaster først flyvedata såsom vindforhold, landingsbanelængde eller krydstogthøjde i flystyringssystemet (FMS). FMS bruger disse data til at beregne strømindstillinger for forskellige faser af flyvningen. Ved start flyver flybesætningen gashåndtaget til en forudbestemt indstilling, eller vælger en automatisk gashåndtagning, hvis den er tilgængelig. FADEC'erne anvender nu den beregnede startkraftindstilling ved at sende et elektronisk signal til motorerne; der er ingen direkte forbindelse til åbent brændstofflow. Denne procedure kan gentages for enhver anden flyvefase.

Under flyvning foretages der konstant små ændringer i driften for at opretholde effektiviteten. Maksimal tryk er tilgængelig i nødsituationer, hvis gashåndtaget er fremskredet til fuld, men begrænsninger ikke kan overskrides; flybesætningen har ingen midler til manuelt at tilsidesætte FADEC.

Fordele

  • Bedre brændstofeffektivitet
  • Automatisk motorbeskyttelse mod out-of-tolerance-operationer
  • Sikrere, da FADEC -computeren med flere kanaler giver redundans i tilfælde af fejl
  • Pleje-fri motor håndtering, med garanterede stak indstillinger
  • Evne til at bruge enkeltmotortype til brede trykkrav ved blot at omprogrammere FADEC'erne
  • Giver halvautomatisk motorstart
  • Bedre systemintegration med motor- og flysystemer
  • Kan levere motorens langsigtede sundhedsovervågning og diagnostik
  • Antallet af eksterne og interne parametre, der anvendes i kontrolprocesserne, stiger med en størrelsesorden
  • Reducerer antallet af parametre, der skal overvåges af flybesætninger
  • På grund af det store antal overvågede parametre muliggør FADEC "Fejltolerante systemer" (hvor et system kan fungere inden for påkrævet pålidelighed og sikkerhedsbegrænsning med visse fejlkonfigurationer)
  • Sparer vægt

Ulemper

  • Digitale motorstyringer med fuld autoritet har ingen form for manuel tilsidesættelse, hvilket giver fuld autoritet over motorens driftsparametre i computerens hænder. (se note)
    • Hvis der opstår en total FADEC -fejl, går motoren fejl. (se note)
    • Ved total FADEC -fejl har piloter ingen manuelle betjeninger til genstart af motor, gas eller andre funktioner. (se note)
    • Et enkelt fejlfare kan reduceres med redundante FADEC'er (forudsat at fejlen er en tilfældig hardwarefejl og ikke et resultat af en design- eller fremstillingsfejl, som kan forårsage identiske fejl i alle identiske redundante komponenter). (se note)
  • Høj systemkompleksitet sammenlignet med hydromekaniske, analoge eller manuelle kontrolsystemer
  • Høj systemudvikling og validering på grund af kompleksiteten
  • Mens en ikke-FADEC-motor i krise (f.eks. Overhængende terrænkontakt) kan producere betydeligt mere end dens nominelle tryk, vil en FADEC-motor altid fungere inden for sine grænser. (se note)

Bemærk: De fleste moderne FADEC -styrede flymotorer (især dem af turboshaft -sorten) kan tilsidesættes og placeres i manuel tilstand, hvilket effektivt modvirker de fleste ulemper på denne liste. Piloter bør være meget opmærksomme på, hvor deres manuelle tilsidesættelse er placeret, fordi utilsigtet indkobling af den manuelle tilstand kan føre til en for høj hastighed af motoren.

Krav

  • Ingeniørprocesser skal bruges til at designe, fremstille, installere og vedligeholde sensorer, der måler og rapporterer flyve- og motorparametre til selve kontrolsystemet.
  • Formelle systemtekniske processer bruges ofte til design, implementering og test af softwaren, der bruges i disse sikkerhedskritiske kontrolsystemer. Dette krav førte til udvikling og brug af specialiseret software, f.eks. Modelbaserede systemtekniske (MBSE) værktøjer. Applikationsudviklingsværktøjssættet SCADE (fra Esterel Technologies ) (ikke at forveksle med applikationskategorien SCADA ) er et eksempel på et MBSE -værktøj og er blevet brugt som en del af udviklingen af ​​FADEC -systemer.

Forskning

NASA har analyseret en distribueret FADEC -arkitektur frem for den nuværende centraliserede, specifikt til helikoptere. Større fleksibilitet og lavere livscyklusomkostninger er sandsynligvis fordele ved distribution.

Se også

Referencer

eksterne links