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ⓘ FADEC




FADEC
                                     

ⓘ FADEC

Il Full Authority Digital Engine Control è un sistema automatico di controllo dei parametri e prestazioni di un motore aeronautico.

È normalmente costituito da un computer digitale chiamato EEC Electronic Engine Controller o ECU Engine Control Unit collegato a sensori ed attuatori che controllano tutti gli aspetti delle prestazioni del motore. Sistemi FADEC sono stati sviluppati sia per motori a combustione interna che per motori a reazione

                                     

1. Cenni storici

Lo scopo del sistema di controllo è quello di operare il motore alla massima efficienza per ogni condizione di funzionamento richiesta senza eccedere i limiti propri di ciascun motore. La complessità del compito è proporzionale alla complessità del motore ed alle condizioni operative. In origine il sistema di controllo consisteva in diversi collegamenti ed interruttori elettromeccanici azionati dal pilota. Con il crescere della complessità ed il numero dei motori installati, è stato necessario dedicare un terzo membro dequipaggio il tecnico di volo al controllo dei parametri dei motori. Il pilota, agendo sulla manetta, otteneva una spinta, ma i controllori idromeccanici interni al motore non potevano tener conto del naturale degradamento delle prestazioni del motore col tempo, da qui la necessità, da parte del pilota, di verificare che la spinta richiesta non eccedesse le limitazioni del motore.

Successivamente vennero introdotti controlli automatici analogici che, modulando segnali elettrici, comandavano gli attuatori necessari alla variazione dei parametri di funzionamento del motore. Il sistema era un evidente passo avanti rispetto ai controlli idromeccanici, ma tra gli svantaggi si aggiungevano le comuni interferenze elettriche e problemi di affidabilità. Il primo controllo analogico è stato usato negli anni 60 come componente del motore Rolls Royce Olympus 593 installato sullaereo da trasporto supersonico Concorde. Il controllo della presa daria, componente ancora più critico, era digitale nei velivoli di produzione.

Il passo seguente fu lintroduzione di un sistema di controllo elettronico digitale. Verso al fine degli anni 70, la NASA e la Pratt and Whitney provarono il primo FADEC sperimentale, a bordo di un F-111 equipaggiato con un motore sinistro Pratt & Whitney TF30 notevolmente modificato. La sperimentazione portò alla nascita del Pratt & Whitney F100 e del Pratt & Whitney PW2000, rispettivamente i primi motori militari e civili ed equipaggiati con FADEC e successivamente al Pratt & Whitney PW4000, il primo motore commerciale "dual FADEC". Il primo FADEC entrato in servizio fu sviluppato dalla Dowty & Smiths Industries Controls per il motore Pegasus dellHarrier II.

                                     

2. Principio di funzionamento

Un controllo FADEC non è aggirabile da alcun controllo manuale, nemmeno in caso di avaria del sistema, da qui la dicitura di "full authority" controllo totale. Se il FADEC va in avaria, il motore si spegne.

Il FADEC lavora ricevendo in ingresso diverse informazioni, incluse le condizioni di volo correnti, la densità dellaria, la posizione della manetta, la temperatura dei gas di scarico, il numero dei giri delle turbine e molte altre. Queste informazioni vengono continuamente acquisite e processate dallEEC decine di volte al secondo. I parametri del motore tra cui il flusso di carburante, la posizione dei vani statorici e delle valvole di sfogo, laccensione delle candelette ed altri sono calcolati e regolati dal FADEC per i vari regimi di funzionamento mediante attuatori o servocomandi. Il FADEC controlla anche lintera sequenza di avviamento e regola i parametri di controllo per garantire la migliore efficienza del motore per una data condizione di volo.

Il FADEC è programmato per proteggere il motore prevenendo operazioni al di fuori dei suoi limiti costruttivi senza intervento da parte dei piloti, per esempio limitando la velocità di rotazione o mantenendo la temperatura dei gas di scarico EGT nei limiti. Registra i parametri di funzionamento con le eventuali anomalie che si fossero presentate durante il volo per metterle a disposizione del personale di manutenzione nelle risoluzioni di inconvenienti.

                                     

2.1. Principio di funzionamento Sicurezza del volo

Con il completo affidamento del controllo del motore al sistema automatico si sono venute a creare delle preoccupazioni circa la sicurezza del volo. La necessaria ridondanza è assicurata da due o più canali digitali distinti, ognuno dei quali servito dai propri sensori ed attuatori. In pratica ogni FADEC è composto di due unità complete che lavorano indipendentemente luna dallaltra. Nelle normali operazioni un canale controlla il motore, mentre laltro sorveglia in background il corretto funzionamento del sistema. Nel caso di avaria del canale attivo o di un suo sottosistema, il canale di riserva prende il controllo. Ad ogni avviamento del motore, circuiti di autodiagnosi controllano il corretto funzionamento del FADEC stesso e dei suoi accessori digitali.

                                     

2.2. Principio di funzionamento Applicazioni

Si possono illustrare le funzioni del FADEC con un tipico volo di un aeromobile civile da trasporto. Il pilota inserisce nel flight Management System FMS i dati di volo quali la direzione ed intensità del vento, la pista in uso e la rotta assegnata dal controllo del traffico aereo. A partire da questi dati e dalle informazioni contenute nel database di navigazione, lFMS calcola la spinta necessaria al decollo. Il piloti impostano la manetta per la spinta richiesta ed il FADEC, basandosi sulla posizione della manetta, gestisce tutti gli attuatori e servocomandi perché il motore eroghi la spinta necessaria. Una volta in volo, data la variabilità delle condizioni ambientali sono necessari frequenti aggiustamenti per mantenere la massima efficienza del motore per la spinta richiesta. Tutte queste variazioni necessarie restano sempre a carico del FADEC che, nello stesso tempo, mantiene i parametri di funzionamento allinterno delle limitazioni costruttive. I piloti non hanno alcun modo di intervenire sulle prestazioni del motore se non regolando la posizione della manetta.



                                     

3. Vantaggi

  • Ridondanza interna in caso di avaria
  • Possibilità di utilizzo dello stesso hardware su una stessa classe di motori con spinte differenti riprogrammando solo il software del FADEC
  • Ridotto impegno dei piloti per la gestione del motore
  • A causa dellalto numero dei parametri in ingresso, il FADEC può sopperire a sensori in avaria Fault Tolerant
  • Miglior integrazione del motore con gli altri sistemi dellaeromobile
  • Diagnostica e monitoraggio continuo delle prestazioni del motore
  • Protezione automatica del motore dal superamento dei limiti
  • Gestione automatica dellavviamento del motore
  • Riduce il numero dei parametri che devono essere monitorati dallequipaggio
  • Miglior efficienza
                                     

4. Svantaggi

  • Alti costi di sviluppo e certificazione
  • Alta complessità del sistema in confronto a controlli idromeccanici, analogici o manuali
  • Impossibilità da parte dei piloti di comandare il motore manualmente in caso di avaria del FADEC
                                     

5. Sviluppi futuri

Attualmente i FADEC sono composti da una unità centralizzata che riceve in ingresso dati dai sensori e controlla gli attuatori in retroazione. Questo permette di localizzare in una zona del motore relativamente riparata da alte temperature, vibrazioni ed agenti esterni, la delicata elettronica necessaria. Lo svantaggio associato a questa configurazione è dato dalla necessità di una complessa rete di cavi necessari al trasporto delle informazioni tra il FADEC e i suoi sensori ed attuatori. Inoltre, la centralizzazione in una sola unità di tutta la logica di controllo rende meno semplice la modularizzazione dellimpianto e la sua adattabilità a differenti configurazioni a tutto svantaggio della riduzione dei costi di sviluppo e progettazione. In futuro si prevede di decentralizzare e "distribuire" funzioni ora svolte allinterno del FADEC direttamente nei sensori e negli attuatori "intelligenti", in grado di dialogare tra loro attraverso una linea dati comune. Dal momento che i sensori e gli attuatori devono lavorare in zone del motore soggette a maggiori stress termici e meccanici, la sfida tecnologica è di produrre elettronica affidabile che operi in ambienti ad alta temperatura anche fino a 500 °C e che possa comunicare in radiofrequenza tra le varie componenti del sistema. Decentralizzando le funzioni del FADEC nei suoi componenti, si migliora la "modularità" del sistema, permettendo di poter adattare FADEC nati per motori differenti e standardizzando sensori ed attuatori a vantaggio dei costi di produzione delle parti.



                                     
  • PW 306B che l APU Honeywell GTCP - 36 - 150 DD sono controllati da sistemi FADEC Full Authority Digital Engine Control Durante la produzione del 328Jet
  • propulsione è affidata a due turbine Pratt Whitney Canada PW207D1, dotate di FADEC che portano l elicottero ad una velocità massima VNE di 155 nodi. Il
  • La propulsione era affidata al turboalbero Allison 250 - C47B, dotato di FADEC Dopo due anni di collaudi, il 9 febbraio 1996, il Bell 407 ottenne la certificazione
  • moderni la gestione dei corretti parametri di funzionamento è devoluta al FADEC Full Authority Digital Engine Control che, ricevendo in ingresso la posizione
  • secondarie capacità di difesa aerea e dotato di due turbofan con postbruciatore FADEC probabilmente l Ivchenko - Progress AI - 222 - 25F, che permettono al velivolo
  • sono meccanicamente connesse ai motori, ma inviano segnali elettrici al FADEC Full Authority Digital Engine Control In virtù della connessione di tipo
  • di revisione su tutti i motori della flotta. È altresì dotato di sistema FADEC per la gestione automatica dei parametri di funzionamento che necessita
  • prestazioni, motorizzata con un Turbomeca Arriel 2B equipaggiato con un sistema FADEC Full Authority Digital Engine Control Il 14 maggio 2005 un AS 350B3 è
  • raffreddamento del carter che contiene la sezione IP della turbina è gestito dal FADEC e mantiene la distanza ottimale tra le estremità delle palette ed il carter
  • Hawk. Il motore presenta un sistema di controllo di autorità digitale FADEC che riduce il carico di lavoro del pilota tramite processi automatizzati

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