Полноправное цифровое управление двигателем (или электроникой ) ( FADEC ) — это система, состоящая из цифрового компьютера, называемого «электронным контроллером двигателя» (EEC) или « блоком управления двигателем » (ECU), и связанных с ним аксессуаров, которые контролируют все аспекты. характеристик авиационных двигателей. FADEC производятся как для поршневых , так и для реактивных двигателей . [1]
Целью любой системы управления двигателем является обеспечение максимальной эффективности работы двигателя в заданных условиях. Первоначально системы управления двигателем состояли из простых механических связей, физически соединенных с двигателем. Перемещая эти рычаги, пилот или бортинженер мог контролировать расход топлива, выходную мощность и многие другие параметры двигателя. Механический /гидравлический блок управления двигателем Kommandogerät для немецкого поршневого авиационного радиального двигателя BMW 801 времен Второй мировой войны был лишь одним ярким примером этого на более поздних стадиях разработки. [2] Это механическое управление двигателем постепенно было заменено сначала аналоговым электронным управлением двигателем, а затем и цифровым управлением двигателем.
Аналоговое электронное управление изменяет электрический сигнал для передачи желаемых настроек двигателя. Система была очевидным улучшением по сравнению с механическим управлением, но имела свои недостатки, в том числе общие электронные шумовые помехи и проблемы с надежностью. Полное аналоговое управление было использовано в 1960-х годах и внедрено в качестве компонента двигателя Rolls-Royce/Snecma Olympus 593 сверхзвукового транспортного самолета Concorde . [3] Однако наиболее важным элементом управления впуском на серийных самолетах было цифровое управление. [4]
Затем последовало цифровое электронное управление. В 1968 году компании Rolls-Royce и Elliott Automation совместно с Национальным институтом газовых турбин работали над цифровой системой управления двигателем, которая отработала несколько сотен часов на Rolls-Royce Olympus Mk 320. [5] В 1970-х годах НАСА и Пратт и Уитни экспериментировали со своим первым экспериментальным FADEC, впервые совершённым на F-111 , оснащенном сильно модифицированным 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 позже Pratt & Whitney PW4000 стал первым коммерческим двигателем с «двойным FADEC». Первым FADEC, находящимся на вооружении, был двигатель Rolls-Royce Pegasus , разработанный для Harrier II компаниями Dowty и Smiths Industries Controls . [6]
Настоящие цифровые органы управления двигателем с полным набором полномочий не имеют ни ручного управления, ни ручного управления, что передает полный контроль над всеми рабочими параметрами двигателя в руки компьютера. Если происходит полный отказ FADEC, двигатель выходит из строя. Если двигатель управляется цифровым и электронным способом, но допускает ручное управление, он считается EEC или ECU . EEC, хотя и является компонентом FADEC, сам по себе не является FADEC. В одиночку EEC принимает все решения до тех пор, пока пилот не захочет вмешаться. Термин FADEC часто неправильно используется для обозначения частичного цифрового управления двигателем, например, управления только электронным управлением подачей топлива и зажиганием. Для соответствия определению FADEC двигателю Preston с турбонаддувом потребуется цифровое управление всем потоком всасываемого воздуха.
FADEC работает, получая множество входных переменных текущих условий полета, включая плотность воздуха , положение рычага мощности, температуру двигателя, давление в двигателе и многие другие параметры. Входные данные принимаются EEC и анализируются до 70 раз в секунду. Рабочие параметры двигателя, такие как расход топлива, положение лопаток статора, положение клапана стравливания воздуха и другие, рассчитываются на основе этих данных и применяются соответствующим образом. FADEC также контролирует запуск и повторный запуск двигателя. Основная цель FADEC — обеспечить оптимальную эффективность двигателя для заданных условий полета.
FADEC не только обеспечивает эффективную работу двигателя, но также позволяет производителю программировать ограничения двигателя и получать отчеты о состоянии и техническом обслуживании двигателя. Например, чтобы избежать превышения определенной температуры двигателя, FADEC можно запрограммировать на автоматическое принятие необходимых мер без вмешательства пилота.
Поскольку работа двигателей зависит от автоматизации, безопасность вызывает серьезную озабоченность. Резервирование обеспечивается в виде двух и более отдельных, но идентичных цифровых каналов. Каждый канал может обеспечивать все функции двигателя без ограничений. FADEC также отслеживает различные данные, поступающие от подсистем двигателя и связанных с ним систем самолета, обеспечивая отказоустойчивое управление двигателем.
Проблемы с управлением двигателем, одновременно вызывающие потерю тяги трех двигателей, были названы причиной крушения самолета Airbus A400M в Севилье, Испания, 9 мая 2015 года . Директор по стратегии Airbus Марван Лахуд подтвердил 29 мая, что причиной фатальной катастрофы стала неправильно установленная программа управления двигателем. «Конструктивных дефектов [самолета] нет, но у нас есть серьезная проблема с качеством окончательной сборки». [7]
Типичный полет гражданского транспортного самолета может проиллюстрировать функцию FADEC. Летный экипаж сначала вводит данные полета, такие как ветровые условия, длина взлетно-посадочной полосы или крейсерская высота, в систему управления полетом (FMS). FMS использует эти данные для расчета настроек мощности для разных этапов полета. При взлете летный экипаж переводит рычаг мощности в заданное положение или выбирает взлет с автоматическим дросселем, если таковой имеется. Теперь FADEC применяет расчетную настройку взлетной тяги, отправляя электронный сигнал двигателям; прямой связи с открытием потока топлива нет. Эту процедуру можно повторить для любого другого этапа полета. [ нужна цитата ]
В полете постоянно вносятся небольшие изменения в работу для поддержания эффективности. Максимальная тяга доступна в аварийных ситуациях, если рычаг мощности выдвинут до упора, но ограничения не могут быть превышены; летный экипаж не имеет возможности вручную отключить FADEC. [ нужна цитата ]
Примечание. Большинство современных авиационных двигателей, управляемых FADEC (особенно турбовальных), можно отключить и перевести в ручной режим, что эффективно устраняет большинство недостатков из этого списка. Пилотам следует хорошо знать, где находится их ручное управление, поскольку непреднамеренное включение ручного режима может привести к превышению скорости двигателя. [ противоречивый ]
НАСА проанализировало распределенную архитектуру FADEC, а не нынешнюю централизованную, особенно для вертолетов . Большая гибкость и более низкие затраты жизненного цикла, вероятно, являются преимуществами распределения. [8]