Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Аэроғарыш саласында қозғалтқышты басқаруға арналған компьютер. Толық құзыретті цифрлық қозғалтқышты (немесе электрониканы) басқару жүйесі (FADEC) – бұл "электрондық қозғалтқышты басқарушы" (EEC) немесе "қозғалтқышты басқару блогы" (ECU) деп аталатын цифрлық компьютерден және ұшақ қозғалтқышының жұмысының барлық аспектілерін басқаратын қосалқы құрылғылардан тұратын жүйе. FADEC жүйелері поршендік және реактивтік қозғалтқыштар үшін де жасалған.
Computer used for engine control in aerospace engineering
A full authority digital engine (or electronics) control (FADEC) is a system consisting of a digital computer, called an "electronic engine controller" (EEC) or "engine control unit" (ECU), and its related accessories that control all aspects of aircraft engine performance. FADECs have been produced for both piston engines and jet engines.
Тарих
Кез келген қозғалтқыш басқару жүйесінің мақсаты – қозғалтқыштың белгілі бір жағдайда максималды тиімділікпен жұмыс істеуін қамтамасыз ету. Алғашқыда қозғалтқышты басқару жүйелері қозғалтқышқа физикалық түрде қосылған қарапайым механикалық байланыстардан тұратын. Осы тұтқаларды жылжыту арқылы ұшқыш немесе ұшу инженері отын ағынын, қуатын және қозғалтқыштың көптеген басқа параметрлерін басқара алатын. Екінші дүниежүзілік соғыстағы Германияның BMW 801 поршеньді авиациялық радиалды қозғалтқышының механикалық/гидравликалық Kommandogerät қозғалтқышты басқару блогы оның дамуының кейінгі кезеңдеріндегі көрнекті мысал болды. Бұл механикалық қозғалтқышты басқару бірте-бірте аналогтық электрондық қозғалтқышты басқарумен, содан кейін цифрлық қозғалтқышты басқарумен алмастырылды. Аналогтық электрондық басқару, қажетті қозғалтқыш параметрлерін беру үшін электр сигналын өзгертеді. Бұл жүйе механикалық басқаруға қарағанда жақсырақ болды, бірақ оның кемшіліктері де болды, оның ішінде кең таралған электрондық шудың бұзылыстары және сенімділік мәселелері. 1960 жылдары толық құзыретті аналогтық басқару қолданылды және ол Rolls Royce/Snecma Olympus 593 қозғалтқышының құрамы ретінде енгізілді. Алайда, өндірістегі ұшақта ең маңыздысы – цифрлық басқару болды. Содан кейін цифрлық электрондық басқару келді. 1968 жылы Rolls Royce және Elliott Automation компаниялары National Gas Turbine Establishment ұйымымен бірлесіп, Rolls Royce Olympus Mk 320 машинасымен бірнеше жүз сағат жұмыс істеген цифрлық қозғалтқыш басқару жүйесін жасады. 1970 жылдары NASA және Pratt and Whitney алғашқы тәжірибелік FADEC жүйесін сынақтан өткізді, ол алғаш рет Pratt & Whitney TF30 сол жақ қозғалтқышымен жабдықталған F 111 ұшағында қолданылды. Осы тәжірибелер Pratt & Whitney F100 және Pratt & Whitney PW2000 қозғалтқыштарының FADEC жүйесімен жабдықталған алғашқы әскери және азаматтық қозғалтқыштарға, ал кейін Pratt & Whitney PW4000 – алғашқы коммерциялық "қос FADEC" қозғалтқышына әкелді. Dowty және Smiths Industries Controls компаниялары Harrier II үшін әзірлеген Rolls Royce Pegasus қозғалтқышы – қызметтегі алғашқы FADEC болды.
The goal of any engine control system is to allow the engine to perform at maximum efficiency for a given condition. Originally, engine control systems consisted of simple mechanical linkages connected physically to the engine. By moving these levers the pilot or the flight engineer could control fuel flow, power output, and many other engine parameters. The Kommandogerät mechanical/hydraulic engine control unit for Germany's BMW 801 piston aviation radial engine of World War II was just one notable example of this in its later stages of development. This mechanical engine control was progressively replaced first by analog electronic engine control and, later, digital engine control. Analog electronic control varies an electrical signal to communicate the desired engine settings. The system was an evident improvement over mechanical control but had its drawbacks, including common electronic noise interference and reliability issues. Full authority analogue control was used in the 1960s and introduced as a component of the Rolls Royce/Snecma Olympus 593 engine of the supersonic transport aircraft Concorde. However, the more critical inlet control was digital on the production aircraft. Digital electronic control followed. In 1968, Rolls Royce and Elliott Automation, in conjunction with the National Gas Turbine Establishment, worked on a digital engine control system that completed several hundred hours of operation on a Rolls Royce Olympus Mk 320. In the 1970s, NASA and Pratt and Whitney experimented with their first experimental FADEC, first flown on an F 111 fitted with a highly modified Pratt & Whitney TF30 left engine. The experiments led to Pratt & Whitney F100 and Pratt & Whitney PW2000 being the first military and civil engines, respectively, fitted with FADEC, and later the Pratt & Whitney PW4000 as the first commercial "dual FADEC" engine. The first FADEC in service was the Rolls Royce Pegasus engine developed for the Harrier II by Dowty and Smiths Industries Controls.
Функция
Нағыз толық құқықты цифрлық қозғалтқыш басқаруында ешқандай қолмен басқару түрі де, қолмен бақылау да болмайды, бұл қозғалтқыштың барлық жұмыс параметрлерін толық бақылауды компьютердің қолына береді. Егер FADEC толыққанды істен шықса, қозғалтқыш істен шығады. Егер қозғалтқыш цифрлық және электрондық түрде басқарылса, бірақ қолмен араласу мүмкіндігі болса, онда ол EEC немесе ECU болып саналады. EEC, FADEC құрамына кірсе де, өзі FADEC емес. Жеке тұрғанда, EEC ұшқыш араласуға ниет білдіргенше барлық шешімдерді қабылдайды. FADEC термині көбінесе жартылай цифрлық қозғалтқыш басқаруы үшін қолданылады, мысалы, отын мен тұтануды ғана электрондық түрде басқаратын жүйелер. Турбожүктегіш поршенді қозғалтқыш FADEC анықтамасына сәйкес келу үшін барлық кіріс ауа ағынын цифрлық түрде бақылауды қажет етеді. FADEC қазіргі ұшу жағдайының әртүрлі кіріс мәндерін қабылдау арқылы жұмыс істейді, оларға ауа тығыздығы, қуат тұтқасының орны, қозғалтқыш температурасы, қозғалтқыш қысымы және басқа да көптеген параметрлер кіреді. Бұл мәліметтер EEC арқылы қабылданып, секундына 70 ретке дейін талданады. Осы деректерге сүйеніп, отын ағыны, статорлық қанаттардың орны, ауа шығару клапанының орны және басқа да қозғалтқыш жұмыс параметрлері есептеледі және қажет болған жағдайда қолданылады. FADEC қозғалтқышты іске қосу және қайта іске қосуды да басқарады. FADEC-тің негізгі мақсаты – берілген ұшу жағдайы үшін қозғалтқыштың ең тиімді жұмысын қамтамасыз ету. FADEC қозғалтқыштың тиімді жұмыс істеуін ғана емес, сонымен қатар өндірушіге қозғалтқыштың шектеулерін бағдарламалауға және қозғалтқыштың жағдайы мен техникалық қызмет көрсету туралы есептерді алуға мүмкіндік береді. Мысалы, қозғалтқыштың белгілі бір температурасын асырып кетуіне жол бермес үшін, FADEC пилоттың араласуынсыз қажетті шараларды автоматты түрде орындау үшін бағдарламаланады.
True full authority digital engine controls have no form of manual override nor manual controls available, placing full authority over all of the operating parameters of the engine in the hands of the computer. If a total FADEC failure occurs, the engine fails. If the engine is controlled digitally and electronically but allows for manual override, it is considered to be an EEC or ECU. An EEC, though a component of a FADEC, is not by itself FADEC. When standing alone, the EEC makes all of the decisions until the pilot wishes to intervene. The term FADEC is often misused for partial digital engine controls, such as those only electronically controlling fuel and ignition. A turbocharged piston engine would require digital control over all intake airflow to meet the definition of FADEC. FADEC works by receiving multiple input variables of the current flight condition including air density, power lever request position, engine temperatures, engine pressures, and many other parameters. The inputs are received by the EEC and analyzed up to 70 times per second. Engine operating parameters such as fuel flow, stator vane position, air bleed valve position, and others are computed from this data and applied as appropriate. FADEC also controls engine starting and restarting. The FADEC's basic purpose is to provide optimum engine efficiency for a given flight condition. FADEC not only provides for efficient engine operation, it also allows the manufacturer to program engine limitations and receive engine health and maintenance reports. For example, to avoid exceeding a certain engine temperature, the FADEC can be programmed to automatically take the necessary measures without pilot intervention.
Қауіпсіздік
Қозғалтқыштардың жұмыс істеуі автоматтандырылғандықтан, қауіпсіздік аса маңызды мәселе болып табылады. Қосымша сенімділік екі немесе одан көп жеке, бірақ толықтай бірдей цифрлық арналар арқылы қамтамасыз етіледі. Әрбір арна қозғалтқыштың барлық функцияларын кез келген шектеусіз орындай алады. FADEC сондай-ақ қозғалтқыш жүйелерінен және ұшақ жүйелерінен келіп түсетін түрлі деректерді қадағалайды, бұл қозғалтқыштың қателерге төзімділігін қамтамасыз етеді. 2015 жылғы 9 мамырда Испанияның Севилья қаласында құлаған Airbus A400M ұшағының себебі бір уақытта үш қозғалтқышта да итеру күшінің жоғалуына әкелген қозғалтқышты басқарудағы мәселелер болды деп хабарланды. Airbus компаниясының стратегиялық директоры Марван Лахуд 29 мамырда дұрыс орнатылмаған қозғалтқышты басқару бағдарламалық қамтамасы апатқа себеп болғанын растады. "Ұшақта құрылымдық ақаулар жоқ, бірақ соңғы құрастыру кезінде сапаға қатысты мәселелер болды".
With the operation of the engines relying on automation, safety is a great concern. Redundancy is provided in the form of two or more separate but identical digital channels. Each channel may provide all engine functions without restriction. FADEC also monitors a variety of data coming from the engine subsystems and related aircraft systems, providing for fault tolerant engine control. Engine control problems simultaneously causing loss of thrust on up to three engines have been cited as causal in the crash of an Airbus A400M aircraft at Seville Spain on 9 May 2015. Airbus Chief Strategy Officer Marwan Lahoud confirmed on 29 May that incorrectly installed engine control software caused the fatal crash. "There are no structural defects [with the aircraft], but we have a serious quality problem in the final assembly."
Қолданбалар
FADEC функциясының мысалы азаматтық көлік ұшағының ұшуы арқылы көрсетіледі. Ұшу экипажы алдымен жел жағдайлары, ұшу-қону жолағының ұзындығы немесе крейсерлік биіктік сияқты ұшу деректерін ұшуды басқару жүйесіне (FMS) енгізеді. FMS бұл деректерді ұшудың әртүрлі кезеңдері үшін қуат параметрлерін есептеу үшін пайдаланады. Құлау кезінде ұшу экипажы қуат тұтқасын алдын ала белгіленген күйге жылжытады немесе мүмкіндігі болса, автоматты газды қолданып ұшуды таңдайды. FADEC енді қозғалтқыштарға электрондық сигнал жіберіп, есептелген ұшу күшін қолданады; жанармай ағынына тікелей байланыс жоқ. Бұл процедура ұшудың кез келген кезеңінде қайталанады. Ұшу барысында тиімділікті сақтау үшін жұмыс жағдайында үнемі шағын өзгерістер жасалады. Төтенше жағдайларда қуат тұтқасы толыққанды жылжытылса, ең жоғары күш қолжетімді, бірақ шектеулер бұзылмайды; ұшу экипажы FADEC-ті қолмен басқару мүмкіндігіне ие емес.
A typical civilian transport aircraft flight may illustrate the function of a FADEC. The flight crew first enters flight data such as wind conditions, runway length, or cruise altitude, into the flight management system (FMS). The FMS uses this data to calculate power settings for different phases of the flight. At takeoff, the flight crew advances the power lever to a predetermined setting, or opts for an auto throttle takeoff if available. The FADECs now apply the calculated takeoff thrust setting by sending an electronic signal to the engines; there is no direct linkage to open fuel flow. This procedure can be repeated for any other phase of flight. In flight, small changes in operation are constantly made to maintain efficiency. Maximum thrust is available for emergency situations if the power lever is advanced to full, but limitations can not be exceeded; the flight crew has no means of manually overriding the FADEC.
Талаптар
Ұшу және қозғалтқыш параметрлерін өлшейтін және басқару жүйесіне хабарлайтын сенсорларды жобалау, өндіру, орнату және күтіп ұстау үшін инженерлік процестер қолданылуы тиіс. Осы қауіпсіздікке маңызды басқару жүйелерінде қолданылатын бағдарламалық құралды жобалау, іске асыру және сынау кезінде ресми жүйелік инженерлік процестер жиі пайдаланылады. Бұл талап модельдік жүйелік инженерия (MBSE) құралдары сияқты арнайы бағдарламалық құралдарды әзірлеуге және қолдануға әкелді. SCADE (Ansys компаниясынан) (SCADA қолданбалар санатымен шатастырмау керек) – қолданбаларды әзірлеу құралдары жиынтығы және MBSE құралының мысалы болып табылады, ол FADEC жүйелерін әзірлеу барысында қолданылған.
Engineering processes must be used to design, manufacture, install and maintain the sensors which measure and report flight and engine parameters to the control system itself. Formal systems engineering processes are often used in the design, implementation and testing of the software used in these safety critical control systems. This requirement led to the development and use of specialized software such as model based systems engineering (MBSE) tools. The application development toolset SCADE (from Ansys) (not to be confused with the application category SCADA) is an example of an MBSE tool and has been used as part of the development of FADEC systems.
Зерттеу
НАСА тікұшақтар үшін, қазіргі орталықтандырылған жүйеге қарағанда, бөлінген FADEC архитектурасын талдады. Бөлінген жүйе артықшылығы – жоғары икемділік және қызмет ету мерзіміне келетін шығындардың төмендеуі.
NASA has analyzed a distributed FADEC architecture rather than the current centralized one, specifically for helicopters. Greater flexibility and lower life cycle costs are likely advantages of distribution.