FADEC - FADEC

Bir tam donanımlı bağımsız dijital motor (veya elektronik ) kontrolü (FADEC) (EEC) veya "bir "elektronik motor kontrolörü" olarak adlandırılan bir dijital bilgisayarın oluşan bir sistemidir motor kontrol ünitesi " (ECU) ve tüm yönlerini kontrol ilişkili aksesuarları uçak motorunun performansı. FADECs her ikisi için de üretilmiş olan pistonlu motor ve jet motorları .

Pistonlu motor için FADEC

Tarih

Herhangi bir motor kontrol sisteminin amacı, motorun belirli bir koşul için maksimum verimlilikte çalışmasını sağlamaktır. Başlangıçta motor kontrol sistemleri, motora fiziksel olarak bağlı basit mekanik bağlantılardan oluşuyordu. Pilot veya uçuş mühendisi bu kolları hareket ettirerek yakıt akışını, güç çıkışını ve diğer birçok motor parametresini kontrol edebilir. Kommandogerät Almanya'nın için mekanik / hidrolik motor kontrol ünitesi , BMW 801 İkinci Dünya Savaşı pistonlu havacılık radyal motor gelişiminin daha sonraki aşamalarında bu sadece bir kayda değer bir örnek oldu. Bu mekanik motor kontrolü, önce analog elektronik motor kontrolü ve daha sonra dijital motor kontrolü ile aşamalı olarak değiştirildi .

Analog elektronik kontrol, istenen motor ayarlarını iletmek için bir elektrik sinyalini değiştirir. Sistem, mekanik kontrol üzerinde belirgin bir gelişmeydi, ancak yaygın elektronik gürültü girişimi ve güvenilirlik sorunları dahil olmak üzere dezavantajları vardı. 1960'larda tam yetkili analog kontrol kullanıldı ve süpersonik nakliye uçağı Concorde'un Rolls-Royce/Snecma Olympus 593 motorunun bir bileşeni olarak tanıtıldı . Ancak, üretim uçaklarında daha kritik olan giriş kontrolü dijitaldi.

Bunu dijital elektronik kontrol izledi. 1968'de Rolls-Royce ve Elliott Automation , Ulusal Gaz Türbini Kuruluşu ile birlikte, bir Rolls-Royce Olympus Mk 320 üzerinde birkaç yüz saatlik çalışmayı tamamlayan bir dijital motor kontrol sistemi üzerinde çalıştı. 1970'lerde NASA ve Pratt ve Whitney ilk deneysel FADEC'lerini denediler , ilk olarak yüksek düzeyde modifiye edilmiş bir Pratt & Whitney TF30 sol motorla donatılmış bir F-111'de uçtular . Deneyler, Pratt & Whitney F100 ve Pratt & Whitney PW2000'in sırasıyla FADEC ile donatılmış ilk askeri ve sivil motorlar olmasına ve daha sonra ilk ticari "çift FADEC" motoru olarak Pratt & Whitney PW4000'e yol açtı . Hizmete giren ilk FADEC, Dowty ve Smiths Industries Controls tarafından Harrier II için geliştirilen Rolls-Royce Pegasus motoruydu .

İşlev

Gerçek tam yetkili dijital motor kontrolleri, motorun çalışma parametreleri üzerinde tam yetkiyi bilgisayarın eline vererek, hiçbir manuel geçersiz kılma biçimine sahip değildir. Toplam FADEC arızası meydana gelirse, motor arızalanır. Motor dijital ve elektronik olarak kontrol ediliyorsa ancak manuel geçersiz kılmaya izin veriyorsa, yalnızca bir EEC veya ECU olarak kabul edilir . Bir AET, bir FADEC'in bir bileşeni olmasına rağmen, kendi başına FADEC değildir. Tek başına dururken, AET tüm kararları pilot müdahale etmek isteyene kadar verir.

FADEC , hava yoğunluğu , gaz kelebeği kolu konumu, motor sıcaklıkları, motor basınçları ve diğer birçok parametre dahil olmak üzere mevcut uçuş koşulunun birden çok girdi değişkenini alarak çalışır . Girdiler AET tarafından alınır ve saniyede 70 defaya kadar analiz edilir. Yakıt akışı, stator kanadı konumu, hava boşaltma valfi konumu ve diğerleri gibi motor çalışma parametreleri bu verilerden hesaplanır ve uygun şekilde uygulanır. FADEC ayrıca motorun çalıştırılmasını ve yeniden çalıştırılmasını da kontrol eder. FADEC'in temel amacı, belirli bir uçuş koşulu için optimum motor verimi sağlamaktır.

FADEC, yalnızca motorun verimli çalışmasını sağlamakla kalmaz, aynı zamanda üreticinin motor sınırlamalarını programlamasına ve motor sağlığı ve bakım raporları almasına da olanak tanır. Örneğin, belirli bir motor sıcaklığının aşılmaması için FADEC, pilot müdahalesi olmadan gerekli önlemleri otomatik olarak alacak şekilde programlanabilir.

Emniyet

Motorların çalışması otomasyona bu kadar bağlıyken, güvenlik büyük bir endişe kaynağıdır. Yedeklilik , iki veya daha fazla ayrı fakat aynı dijital kanal şeklinde sağlanır. Her kanal, tüm motor fonksiyonlarını kısıtlama olmaksızın sağlayabilir. FADEC ayrıca motor alt sistemlerinden ve ilgili uçak sistemlerinden gelen çeşitli verileri izleyerek hataya dayanıklı motor kontrolü sağlar.

9 Mayıs 2015'te İspanya'nın Sevilla kentinde bir Airbus A400M uçağının kazasında, aynı anda üç motora kadar itme kaybına neden olan motor kontrol sorunlarının nedensel olduğu gösterildi . Airbus Baş Strateji Sorumlusu Marwan Lahoud 29 Mayıs'ta yanlış yüklenen motor kontrol yazılımının ölümcül kazaya neden olduğunu doğruladı. "[Uçakta] yapısal bir kusur yok, ancak son montajda ciddi bir kalite sorunumuz var."

Uygulamalar

Tipik bir sivil nakliye uçağı uçuşu, bir FADEC'in işlevini gösterebilir. Uçuş ekibi ilk olarak rüzgar koşulları, pist uzunluğu veya seyir yüksekliği gibi uçuş verilerini uçuş yönetim sistemine (FMS) girer . FMS, uçuşun farklı aşamaları için güç ayarlarını hesaplamak için bu verileri kullanır. Kalkışta, uçuş ekibi gaz kelebeğini önceden belirlenmiş bir ayara getirir veya varsa otomatik gaz kelebeği kalkışını seçer. FADEC'ler artık motorlara elektronik bir sinyal göndererek hesaplanan kalkış itme ayarını uyguluyor; yakıt akışını açmak için doğrudan bir bağlantı yoktur. Bu prosedür, uçuşun diğer herhangi bir aşaması için tekrarlanabilir.

Uçuşta, verimliliği korumak için operasyonda sürekli küçük değişiklikler yapılır. Gaz kelebeği sonuna kadar ilerletilmişse, ancak sınırlamalar aşılamazsa, acil durumlar için maksimum itme mevcuttur; uçuş ekibinin FADEC'i manuel olarak geçersiz kılmak için hiçbir yolu yoktur.

Avantajlar

  • Daha iyi yakıt verimliliği
  • Tolerans dışı işlemlere karşı otomatik motor koruması
  • Çok kanallı FADEC bilgisayarı arıza durumunda yedeklilik sağladığı için daha güvenli
  • Garantili itme ayarlarıyla sorunsuz motor kullanımı
  • Sadece FADEC'leri yeniden programlayarak geniş itme gereksinimleri için tek motor tipini kullanma yeteneği
  • Yarı otomatik motor çalıştırma sağlar
  • Motor ve uçak sistemleriyle daha iyi sistem entegrasyonu
  • Motor uzun vadeli sağlık izleme ve teşhis sağlayabilir
  • Kontrol süreçlerinde kullanılan harici ve dahili parametrelerin sayısı bir büyüklük sırasına göre artar
  • Uçuş ekipleri tarafından izlenecek parametre sayısını azaltır
  • İzlenen çok sayıda parametre nedeniyle, FADEC, "Hata Toleranslı Sistemler" (bir sistemin belirli arıza konfigürasyonları ile gerekli güvenilirlik ve güvenlik sınırlaması dahilinde çalışabileceği) mümkün kılar.
  • Ağırlıktan tasarruf sağlar

Dezavantajları

  • Tam yetkili dijital motor kontrolleri, motorun çalışma parametreleri üzerinde tam yetkiyi bilgisayarın eline vererek, hiçbir manuel geçersiz kılma biçimine sahip değildir. (notu gör)
    • Toplam FADEC arızası meydana gelirse, motor arızalanır. (notu gör)
    • Toplam FADEC arızası durumunda, pilotların motorun yeniden başlatılması, gaz kelebeği veya diğer işlevler için manuel kontrolleri yoktur. (notu gör)
    • Tek arıza noktası riski, yedekli FADEC'ler ile azaltılabilir (arızanın, tüm özdeş yedekli bileşenlerde aynı arızalara neden olabilecek bir tasarım veya üretim hatasının sonucu değil, rastgele bir donanım arızası olduğu varsayılarak). (notu gör)
  • Hidromekanik, analog veya manuel kontrol sistemlerine kıyasla yüksek sistem karmaşıklığı
  • Karmaşıklık nedeniyle yüksek sistem geliştirme ve doğrulama çabası
  • Krizde (örneğin, yakın arazi teması), FADEC olmayan bir motor, nominal itiş gücünden önemli ölçüde daha fazlasını üretebilirken, bir FADEC motoru her zaman sınırları içinde çalışacaktır. (notu gör)

Not: Modern FADEC kontrollü uçak motorlarının çoğu (özellikle turboşaft türü olanlar) geçersiz kılınabilir ve manuel moda yerleştirilebilir, bu da bu listedeki dezavantajların çoğuna etkili bir şekilde karşı koyar. Pilotlar, manuel geçersiz kılmalarının nerede olduğunun çok farkında olmalıdır, çünkü manuel modun yanlışlıkla devreye alınması motorun aşırı hızına yol açabilir.

Gereksinimler

  • Uçuş ve motor parametrelerini ölçen ve kontrol sisteminin kendisine bildiren sensörleri tasarlamak, üretmek, kurmak ve bakımını yapmak için mühendislik süreçleri kullanılmalıdır.
  • Resmi sistem mühendisliği süreçleri genellikle bu güvenlik açısından kritik kontrol sistemlerinde kullanılan yazılımların tasarımında, uygulanmasında ve test edilmesinde kullanılır. Bu gereksinim, model tabanlı sistem mühendisliği (MBSE) araçları gibi özel yazılımların geliştirilmesine ve kullanılmasına yol açtı . SCADE uygulama geliştirme araç seti ( Esterel Technologies'den ) (uygulama kategorisi SCADA ile karıştırılmamalıdır ) bir MBSE aracı örneğidir ve FADEC sistemlerinin geliştirilmesinin bir parçası olarak kullanılmıştır.

Araştırma

NASA , özellikle helikopterler için mevcut merkezi yapı yerine dağıtılmış bir FADEC mimarisini analiz etti. Daha fazla esneklik ve daha düşük yaşam döngüsü maliyetleri, dağıtımın olası avantajlarıdır.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar