Systémy digitálního řízení leteckých motorů Úvod do systému FADEC, přehled měřených veličin Obsah Co je to FADEC? Proč FADEC? Vývoj systémů řízení let. motorů Přehled snímaných a ovládaných veličin Co je to FADEC? Full Authority Digital Engine Control Full Authority Digital Electronics Control Historie Analogový systém řízení Vznik kolem roku 1960 y Rolls Royce Olympus 593 (Concorde) Digitální itál systém řízení í První pokusy kolem roku 1970 Pratt and Whitney TF30 (F-111) První komerční FADEC: Pratt & Whitney PW2000 První dvoukanálový FADEC: Pratt & Whitney PW4000 Rozdíly v počtu snímačů, v jejich umístění => rozsah snímačů, ve způsobu měření jednotlivých parametrů, ve způsobu ovládání akčních členů, atd. => Každý současný FADEC je postavený na míru danému motoru. 1
Engine Characteristics Steady Running Line ΔF Increasing Altitude & Airspeed ΔF SLS Climb Cruise Relation to previous picture? SRL varies in time. Engine Characteristics Operating Limits Compressor stall/surge Steady running line ΔF Flameout Over limits Idle Engine Speed Max Idle Engine Speed Max Engine Characteristics Combining the last 2 slides Idle Increasing Altitude & Airspeed Engine Speed Max Od okamžiku spuštění palivového čerpadla, pilot nebo Engine Control System musí.. ošetřit další (a stále rostoucí) komplexní funkce moderních motorů. Například: - Pro udržení výkonu se někdy mění geometrie průtočné cesty. - Je potřeba nějak detekovat chyby. - Kontrolovat stav motoru. - Kontrolovat ventily, obraceče tahu, případné mechanické náhony a generátory elektřiny (power off-takes). Engine Variable Geometry Na civilních letounech je změna geometrie omezena na inlet guide vanes (IGVs) nebo na variable stator vanes (VSVs). - Změna geometrie průtočné cesty optimalizuje průtok vzduchu skrz motor, kvůli zvýšení ekonomiky spalování paliva a zvýšení doletu letounu. vsv Velké motory (Trent) 2
900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 1 5 9 13 17 21 25 29 33 37 41 45 49 53 57 61 65 69 73 77 81 85 89 93 97 101 105 109 113 117 121 125 129 133 137 141 145 149 153 157 161 165 169 173 177 181 185 189 193 197 201 205 209 213 217 221 225 229 233 237 241 245 249 253 257 261 265 269 273 277 281 285 289 293 297 301 305 309 313 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 23.11.2008 Engine Variable Geometry Military airplanes Mnohem význačnější změny geometrie: přechod mezi horizontálním a vertikálním tahem (Harrier) Do budoucna JSF (mnohem význačnější změny geometrie) Fault Management Chyby musí být zpracovány tak, aby motor pokud možno dál běžel. Jestliže pokračování bezpečného chodu není možné, je nutné motor bezpečně kontrolovat. Což znamená bezpečně zastavit. Google.images Jakákoliv chyba je signalizována pilotovi a uložena pro další analýzu (post-flight analysis). Health Monitoring Klíčové parametry, které ovlivňují stav motoru a jeho elektronického systému, jsou monitorovány po celou dobu letu. - Poskytují údaje pro analýzu chyby (pro odstranění příčin, které k poruše vedly). - Analýza varuje před přicházející poruchou. - Umožňuje plánovat údržbové akce. Zaznamenané údaje poskytují podklady pro vylepšování jednotlivých částí. Zaznamenané údaje mohou být také použity pro certifikaci budoucího produktu. ENG2ff ENG2itt ENG2n1 ENG2n1req ENG2n2 ENG2tla ENG2fuelshtoff ENG2 Surge avoidan Power Off-takes y poskytují většinu elektrické energie potřebné pro let letadla i pro zábavu cestujících. Výkon motoru nesmí být ovlivněn odběrem vnějších zařízení (power off-takes) : - Cabin bleeds (air conditioning) - Anti-icing bleeds - Electrical power - In-flight facilities, such as videos, lights, etc - Galley facilities (kuchyň) - Missile firing (weapon dip) Fan speed VSV Igniters Další problémy Pressure ratio Turbine tip clearance Core speed Turbine temperature Turbo-prop Propeller angle Propeller speed A340 4 motory Jen jeden motor? Thrust reversers Engine health monitoring Aircraft instrumentation Maintenance data B52 8 motorů Vibration monitor Starter air Bleed valves Oil temperature and pressure Oil debris monitor Heat management Military engines Afterburner fuel Nozzle area 3
Takže, co je to FADEC? Full Authority Digital Engine Control Full Authority Digital Electronics Control.. a k tomu všemu pilot ještě musí pilotovat letadlo!!! Pačes Pavel Systémy digitálního řízení leteckých motorů 20 Co se stane, když kontrolní systém zabloudí? Obrázek ilustruje přehřátí turbínových lopatek. Úvod do systému FADEC a Přehled měřených veličin. Fan speed VSV Igniters Pressure ratio Turbine tip clearance Core speed Turbine temperature Thrust reversers Engine health monitoring Aircraft instrumentation Maintenance data Vibration monitor Starter air Bleed valves Oil temperature and pressure Oil debris monitor Heat management Woodward 4
Principy Rychlost rotace: měření frekvence Vibrace: výstupní napětí Poloha VSV: zpětnovazební regulátor: (Zásah: napětí, proud, zpětná vazba: RVDT, posuvný odpor) Tlak: odporové měření průhybu, případně převod na napětí Teplota: Termočlánky, odporové snímače Kovové části v oleji: elektrický kontakt Obraceče tahu: zpětnovazební regulátor Rozsahy? 5
FADEC - Historie Složitý systém, (cenu tvoří ) jehož výrobu zvládají jen poměrně silné firmy, případně korporace: Hispano-suiza GE http://www.geae.com/ Goodrich Rolls Royce http://www.goodrich.com/ Woodward? Jihostroj Velešín? M601 http://www.jihostroj.com/ FADEC Historie 30/40 léta Jednoduchý klapkový systém Jediným kontrolovaným parametrem je průtok paliva Pro kompenzaci výšky je používána tlakoměrná krabice Výška Jednoduchá klapka vlnovec 50/60 léta Jednoduchá kontrola akcelerace Objevuje se jednoduchá elektronika: -snímače na motoru - elektricky ovládané ventily (proporcionální) 60/70 léta Kontrola akcelerace a rychlosti (CASC) Regulátor průtoku paliva Součástí se stává elektronika (elektrické motory), většina systému je ale stále mechanická Výhoda: plynulejší a jednodušší kontrola motoru Atmosféra Regulátor zrychlení Vlnovec EIDs & Atmosféra CASC/FFR EIDs & Electrical sensors Electrical sensors 70 léta Full Authority Control (uvedení mikroprocesorů, regulační smyčky realizované v software, výhoda: zjednodušení akčních, dosud hydromechanických prvků, úspora váhy, vyšší funkcionalita a spolehlivost) - Kontrola výšky, tlaková měření - Řízení zrychlování zpomalování Akční veličiny jsou stále hydromechanické Použití: RB211-524G (B747-400, B767-300) Atmosféra FAFC EIDs & Electrical sensors 70 léta Full Authority Control (mikroprocesory, regulační smyčky) Trent 700/800 EEC (software) Current Position Feedback Akční členy & Engine Parameters 6
2008+? Budoucnost, viz. dále Otázky?? 7