23.11.2008
Obsah Systémy digitálního řízení leteckých motorů Úvod do systému FADEC FADEC, přehled měřených veličin
• • • •
Co je to FADEC? • Full Authority Digital Engine Control • Full Authority Digital Electronics Control
Co je to FADEC? Proč FADEC? Vývoj systémů řízení let. motorů Přehled snímaných a ovládaných veličin
Historie • Analogový systém řízení – Vznik kolem roku 1960 – Motory Rolls Royce Olympus 593 (Concorde)
• Digitální Di itál í systém té řízení ří 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 členů, atd.
=> Každý současný FADEC je postavený „na míru“ danému motoru.
1
23.11.2008
Engine Characteristics
Engine Characteristics Operating Limits
Steady Running Line Increasing Altitude & Airspeed
Fuel flow
Over limits
SLS Fuel flow Cli b Climb
ΔF
Cruise
ΔF
Compressor stall/surge ΔF
Steady running line
Flameout Relation to previous picture? ☺ SRL varies in time.
Idle
Max
Engine Speed
Engine Characteristics Combining the last 2 slides Increasing Altitude & Airspeed
Fuel flow
Idle
Engine Speed
Max
Idle
Engine Speed
Max
Od okamžiku spuštění palivového čerpadla, pilot nebo Engine Control System musí ….. ošetřit další (a stále rostoucí) komplexní funkce moderních motorů 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
vsv
Na civilních letounech je změna geometrie omezena na inlet guide vanes (IGVs) nebo na variable stator vanes (VSVs).
-
Změna g geometrie p průtočné cesty y optimalizuje p j p průtok vzduchu skrz motor, kvůli zvýšení ekonomiky spalování paliva a zvýšení doletu letounu.
Velké motory (Trent)
2
23.11.2008
Engine Variable Geometry
Fault Management
Military airplanes Mnohem význačnější změny geometrie: přechod mezi horizontálním a vertikálním tahem (Harrier)
Chyby musí být zpracovány tak, aby motor pokud možno dál „běžel“. Jestliže pokračování bezpečného chodu není možné, je p kontrolovat. Což znamená bezpečně p nutné motor bezpečně zastavit.
Do budoucna JSF (mnohem význačnější změny geometrie)
Jakákoliv chyba je signalizována pilotovi a uložena pro další analýzu (post-flight analysis).
Google.images
Health Monitoring Klíčové parametry, které ovlivňují stav motoru a jeho elektronického systému, jsou monitorovány po celou dobu letu.
-
Power Off-takes
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.
900
90
800
80
700
70
600
60
500
50
400
40
300
30
Zaznamenané údaje mohou být také použity pro certifikaci budoucího produktu.
200
20
100
10
0
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
ENG2ff
ENG2itt
ENG2n1
ENG2n1req
ENG2n2
ENG2tla
ENG2fuelshtoff
ENG2 Surge avoidan
Další problémy Fuel flow
VSV Fan speed
Igniters
Motory poskytují většinu elektrické energie potřebné pro let letadla i pro zábavu cestujících. Výkon motoru nesmí být ovlivněn odběrem vnějších zařízení (power off-takes) 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)
Jen jeden motor?
Turbo-prop Turbine tip Propeller angle clearance Propeller speed Core speed Pressure ratio Turbine temperature
A340 – 4 motory
Thrust reversers
Engine health monitoring Aircraft instrumentation Maintenance data
Vibration monitor
Bleed valves Starter air
B52 – 8 motorů
Heat management Oil temperature and pressure Oil debris monitor
Military engines Afterburner fuel flow Nozzle area
3
23.11.2008
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?
• Úvod do systému FADEC a • Přehled měřených veličin. Obrázek ilustruje přehřátí turbínových lopatek.
Fuel flow
VSV Fan speed
Igniters
Turbine tip clearance Core speed Pressure ratio Turbine temperature Thrust reversers
Engine health monitoring Aircraft instrumentation Maintenance data
Vibration monitor
Bleed valves Starter air
Heat management Oil temperature and pressure Oil debris monitor
Woodward
4
23.11.2008
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
23.11.2008
FADEC - Historie Složitý systém, (cenu tvoří … ) jehož výrobu zvládají jen poměrně silné firmy, případně korporace: • Hispano-suiza – GE
FADEC Historie 30/40 léta Jednoduchý klapkový systém Jediným kontrolovaným parametrem je průtok paliva Pro kompenzaci výšky je používána tlakoměrná krabice
– http://www.geae.com/ http://www geae com/
• Goodrich – Rolls Royce – http://www.goodrich.com/
Pilot
• Woodward – ? • Jihostroj Velešín – ? M601
Výška
Jednoduchá klapka
Motor
vlnovec
– http://www.jihostroj.com/
50/60 léta
60/70 léta
Jednoduchá kontrola akcelerace Objevuje se jednoduchá elektronika: - snímače na motoru - elektricky ovládané ventily (proporcionální)
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
Pilot Atmosféra
Pilot
Regulátor zrychlení
Fuel & Actuation
CASC/FFR Motor
Atmosféra
Vlnovec EIDs
Fuel & Actuation
Motor
EIDs
Electrical sensors
Electrical sensors
70 léta
70 léta
Full Authority Fuel 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
Full Authority Fuel Control (mikroprocesory, regulační smyčky) Trent 700/800
Použití: RB211-524G (B747-400, B767-300) Pilot
Pilot FAFC Atmosféra
Fuel & Actuation
EIDs Electrical sensors
EEC (software)
Current
Motor Position Feedback
Akční členy
Fuel & Actuation
Motor
Engine Parameters
6
23.11.2008
Otázky?
2008+ ? Budoucnost, viz. dále
Pilot
?
Motor
7
