fadec в авиации что такое

СОДЕРЖАНИЕ

История

Функция

FADEC не только обеспечивает эффективную работу двигателя, но и позволяет производителю программировать ограничения двигателя и получать отчеты о состоянии двигателя и техническом обслуживании. Например, чтобы избежать превышения определенной температуры двигателя, FADEC можно запрограммировать на автоматическое принятие необходимых мер без вмешательства пилота.

Безопасность

Поскольку работа двигателей в значительной степени зависит от автоматизации, безопасность вызывает серьезную озабоченность. Резервирование обеспечивается в виде двух или более отдельных, но идентичных цифровых каналов. Каждый канал может без ограничений обеспечивать все функции двигателя. FADEC также отслеживает различные данные, поступающие от подсистем двигателя и связанных систем самолета, обеспечивая отказоустойчивое управление двигателем.

Приложения

Типичный полет гражданского транспортного самолета может иллюстрировать 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 параметров мощности для различных фаз полета. При взлете летный экипаж переводит дроссель на заранее заданное значение или выбирает автоматический взлет, если он доступен. Теперь FADEC применяют расчетную настройку взлетной тяги, посылая на двигатели электронный сигнал; нет прямой связи с открытым потоком топлива. Эту процедуру можно повторить для любого другого этапа полета.

В полете для поддержания эффективности постоянно вносятся небольшие изменения в работу. Максимальная тяга доступна для аварийных ситуаций, если дроссельная заслонка выдвинута на полную, но ограничения не могут быть превышены; у летного экипажа нет средств ручной отмены FADEC.

Преимущества

Недостатки

Примечание. Большинство современных авиационных двигателей, управляемых FADEC (особенно турбовальных), могут быть отключены и переведены в ручной режим, что эффективно устраняет большинство недостатков из этого списка. Пилоты должны хорошо знать, где находится их ручное управление, потому что непреднамеренное включение ручного режима может привести к превышению скорости двигателя.

Требования

Исследовательская работа

НАСА проанализировало распределенную архитектуру FADEC, а не нынешнюю централизованную, особенно для вертолетов. Вероятными преимуществами распространения являются большая гибкость и более низкие затраты на жизненный цикл.

Источник

A320. Управление двигателями. FADEC. РУД. Панель ENG OVHD. IAE V2500

FADEC

Full Authority Digital Engine Controller – Система автоматического управления двигателем.

Данная система рассчитывает и поддерживает наиболее эффективную тягу для каждой фазы полета и обеспечивает защиту двигателей.

У каждого двигателя свой FADEC, который выполняет следующие функции:

Рукоятки управления двигателями

Рукоятки не имеют обратной связи с автоматикой. То есть они неподвижны до тех пор, пока вы сами не сдвинете их с места.

У РУД шесть позиций – это шесть лимитов тяги, вычисленные FADEC.

Перемещая РУД, пилот изменяет ключевые параметры: скорость вращения вала N1 – для двигателей CFM-56 и соотношение EPR – для двигателей V2500.

IDLE (0) – режим малой тяги – «холостой» ход. Двигатели крутятся с минимальной возможной скоростью вращения. Тяга почти равна нулю.

Двигаем РУД вперед:

CL (Climb) – режим набора высоты. Оно же – нормальное положение РУД во время всего полета.

В диапазоне от IDLE до CL пилот может менять положение рычагов и регулировать тягу вручную. (Если один двигатель вышел из строя, то от IDLE до FLX/MCT.)

FLX/MCT. MCT – Maximum Continuous Thrust – тяга в максимально продолжительном режиме. Применяется в случае потери одного двигателя. FLX – Flexible Take Off – режим пониженной (или адаптированной) взлетной тяги. (Про FLEX читайте в главе «Фаза первая. Предполетная подготовка»)

TO/GA – Take Off / Go Around – нормальный взлетный режим. Он же – режим для ухода на второй круг.

Максимально допустимое время работы двигателей в режиме TO/GA – 5 минут. С одним двигателем – 10 минут.

Теперь от IDLE назад:

REV IDLE – малый газ реверса. Когда пилот переводит РУД от IDLE к REV IDLE, происходит перекладка створок на обратную тягу (реверс).

REV FULL – максимальный реверс.

В диапазоне от REV IDLE до REV FULL пилот может регулировать величину обратной тяги.

На торцах костяшек РУД есть кнопки отключения автомата тяги.

Панель стартера двигателей и индикации N1 (ENG OVHD)

Такая панелька находится справа внизу на потолочном пульте. Обычно эти кнопки закрыты защитными колпачками, чтобы не нажать их случайно.

MAN START – ручной запуск. Нормальное положение – OFF, табло не горят.

N1 MODE (эти кнопки есть только в самолетах с двигателями IAE) – перейти с основного параметра EPR на параметр N1. Нормальное положение – OFF, табло не горят.

Двигатели IAE V2500

IAE – International Aero Engines. На первый взгляд (особенно для симмера) двигатель IAE мало чем отличается от CFM. Ротор компрессора низкого давления называется N1 и состоит из вентилятора, компрессора и турбины низкого давления. Ротор компрессора высокого давления называется N2 и состоит из компрессора и турбины. Камера сгорания имеет 2 свечи: А и В. Редуктор агрегатов присоединен к ротору высокого давления. Каждый двигатель имеет FADEC, который осуществляет полное компьютерное управления.

Однако, здесь основным параметром является EPR. EPR (Engine Pressure Ratio) – соотношение давления на входе (перед вентилятором) и выходе (за турбиной низкого давления) двигателя. «На выходе», деленное на «на входе».

Это – совсем кратко, конечно.

Добавить комментарий Отменить ответ

Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Самое популярное

Книги в магазине

Мой Instagram

Умер Клепиков – сценарист («История Аси Клячиной…», «Пацаны», «Даурия» и др), который некоторое время вёл у нас в КиТе драматургию. Да, это был большой художник, сильный и умный мужчина. А у меня есть своя история. Клепиков был как две капли воды – лицом, походкой, манерами, возрастом, физическими несовершенствами, энергетикой – похож на Евгения Ивановича Гомзякова – соседа в доме моего детства в Свердловске. Он до сих пор живёт там – за 2,5 тыс км от меня. Евгений Иванович – бывший лётчик – сильный и умный мужчина. И вот, лет 20 назад иду я как-то вечером по коридору питерского Университета кино, и вдруг навстречу мне – сосед Евгений Иванович. (Конечно, это был Юрий Николаевич Клепиков!) Ноги мои подкосились. «Всё в порядке?» – спросил Юрий Николаевич. «Та» – ответил я сухим ртом. Потом я познакомился и периодически встречался, но каждый раз не мог оторвать от него взгляд. (Что его дико раздражало.) Что-то мистическое было в этом сходстве. Я своими глазами наблюдал чудо. Где-то в электросхемах материнской платы Природы (а может на ее периферии) произошло короткое замыкание, и получилось два вместо одного. А я грешный узнал страшную тайну. Случайный свидетель. Но, конечно, я и мои коллеги, бывшие и настоящие, ценим его за то, что это был художник с железной волей, сильный и умный мужчина. Царствие Небесное! Простите меня. /// Друзья! Посмотрите как прекрасен кронштадтский собор осенним вечером – он будто растворяется в воздухе.

Источник

Системы FADEC конкретных двигателей

В данной главе описываются различия конструкции базовых систем FADEC, используемых на распространенных двигателях. Существуют различные назначения функций систем.

Система FADEC двигателя CFM56-5B

Двигатели CFM56-5B (CFM) установлены на самолетах семейства Airbus (А318 – А321). Системы FADEC имеют базовую конструкцию систем FADEC GEAE. В данных системах все сервоклапаны находятся внутри блоков HMU. Схема данной структуры показана на рис. 58. Единственными электрическими компонентами на приводах являются датчики положения. Компьютер системы FADEC называется электронный регулятор (ECU). В данных системах применяется такой же ECU, как и у FADEC CF6-80-C2 с некоторыми усовершенствованными деталями. Они принадлежат более раннему поколению, чем ЕЕС CFM56-7B и не имеют способности индикации параметров маслосистемы. Данные индикации масляной системы обрабатываются ЕIU. Принципиальная схема интерфейса Самолет/Двигатель показана на рис. 56.

Основным параметром управления для регулировки тяги является частота N1. Когда двигатель управляется при помощи РУД, блок ECU регулирует тягу в соответствии с углом установки РУД. Блок ECU определяет угол установки РУД при помощи датчика, установленного на рычаге. Для режима автоматической тяги блок ECU получает командный сигнал N1_cmd от системы автопилотирования.

Рис. 58. Базовая схема системы FADEC двигателя CFM56-5B

Для управления двигателем блок ECU должен управлять следующими системами:

· топливным обратным клапаном для контроля нагрева;

Датчики двигателя разделяются на две группы. Одна группа включает датчики для сигналов управления, другая – датчики для сигналов мониторинга. Сигналы управления используются для управления двигателем при помощи ЕСU и для мониторинга состояния двигателя (ECM). Сигналы мониторинга используются только системой ECM. Датчики для мониторинга являются одинарными. Все датчики газового тракта и частоты вращения являются элементами типа LRU.

Рис. 59. Блок ЕСU на правой стороне корпуса вентилятора CFM56-5B

Рис. 60. Блок HMU двигателя CFM56-5B

Из заглушки входных данных блок ECU получает данные об уровне тяги, фактической конфигурации двигателя из всех возможных вариантов конфигураций CFM56-5В и управляющий параметр N1.

Способность управлять системой зажигания и запуска позволяет FADEC осуществлять автоматический запуск двигателя. Во время автоматического запуска блок ECU отслеживает все основные ограничения двигателя и предотвращает их превышение посредством прерывания цикла запуска. В качестве альтернативы возможен ручной запуск двигателя.

Если во время работы двигателя зафиксирован срыв пламени, блок ECU активирует систему зажигания. Внутри блока установлены реле, необходимые для подачи напряжения в систему зажигания. Напряжение в систему подается от сети самолета.

Для работы реверса ECU должен определить, что РУД находится в диапазоне реверса, и все остальные дополнительные ограничения (самолет на земле, двигатель запущен) должны выполняться. Во время работы реверса ECU контролирует работу двигателя относительно эксплуатационных условий работы реверса. Никаких других компонентов, кроме ECU и системы РУД не нужно для работы реверса.

Если в системе FADEC возникает один или более отказов, программа обслуживания выпускает сообщение об отказах в центральный компьютер данных о ТО самолета. Программа обслуживания так же используется для тестирования системы. Она может выполнять электрическую проверку ECU и тест системы FADEC с запуском двигателя. Во время теста с запуском в систему подается давление о топливного насоса, привода так же могут перемещаться во время этого теста. Этим обеспечивается тестирование датчиков обратной связи.

Для проверки системы зажигания применяется тест зажигания. Во время этого теста ЕСU активирует систему зажигания, когда двигатель не запущен. Без такой функции тестирования необходимо деактивировать другие компоненты системы до того, как система зажигания будет включена вручную. ECU отслеживает подачу питания в коробки зажигания. Работа свечей зажигания определяется на слух.

Система FADEC двигателя V2500-A5

Двигатель V2500-A5 (IAE) устанавливается на самолетах семейства Airbus (А319 – А321). Основные функции и задачи системы аналогичны системе FADEC двигателя CFM56-5B. Интерфейс Самолет/Двигатель имеет такую же конструкцию. Система FADEC двигателя V2500-A5 имеет конструкцию, сходную с системами двигателей Pratt&Whitney. В гидромеханической части используется устройство дозировки топлива (FMU). Сервоклапаны для разных приводов находятся внутри приводов. Подача сервотоплива на привода осуществляется со входа FMU. Вместо простого обратного клапана для контроля нагрева топлива и масла, в V2500-A5 применяется более сложный дивертер и обратный клапан. Для этой цели так же установлен воздушно-масляный радиатор (АСОС – air cooler oil cooler) с модулирующим клапаном, имеющим привод от давления топлива. Для работы радиатора используется воздух от вентилятора.

Рис. 61. Базовая схема системы FADEC двигателя V2500-A5

Рис. 62. Блок ЕЕС двигателя V2500-A5

В качестве основного параметра управления тягой используется отношение EPR. Реальная величина EPR рассчитывается путём использования сигналов Р2 и Р49. Во время режима автоматической тяги блок ЕЕС получает от системы автоматического управления полетом величину командную EPR_cmd.

Если блок ЕЕС не может замерить давление для расчета EPR или пилот выбирает режим N1, система работает в альтернативном режиме N1. В этом режиме основным параметром управления тягой является частота N1, и двигатель может работать без ограничения режимов тяги во всех фазах полета. Функция автоматической тяги не может быть использована в этом режиме, поскольку система автоматического управления полетом посылает только значение EPR_cmd, а не N1_cmd.

На рисунке 61 показана группа датчиков двигателя. Для замера частоты N2 ЕЕС использует значение частоты малогабаритного генератора переменного тока системы FADEC. Специальный датчик частоты N2 не установлен. Датчики в соответствующей точке воздушного потока (station 25) и датчик частоты N1 разработаны не как быстросъемные агрегаты (LRU). Они могут быть заменены только после разборки двигателя. Датчик N1, установленный на корпусе переднего подшипника, имеет запасной зонд, который может быть соединен с блоком ЕЕС в случае выхода из строя основного зонда. Соединительная клемма зонда расположена на задней стороне разделительного корпуса.

Заглушка входных данных ЕЕС хранит данные о величине тяги, серийном номере двигателя и информацию о том, что управляемым параметром является отношение EPR.

Блок реле, расположенный перед ЕЕС, содержит реле для переключения системы зажигания. Датчик Р2, расположенный перед вентилятором, снабжен электрическим подогревом. Подогрев включается только при низкой температуре окружающего воздуха. Он активируется ЕЕС. Для этой функции ЕЕС использует третье реле в блоке реле. Электропитание для обогрева датчиков и для системы запуска отбирается от воздушного судна.

Рис. 63. Привод клапанов VSV двигателя V2500-A5 с электрическими разъёмами

В компрессоре высокого давления такого двигателя установлено 4 клапана перепуска воздуха. Давление воздуха для привода этих клапанов подаётся с помощью пневматических электромагнитных клапанов. На каждый клапан перепуска установлен свой электромагнитный клапан, и они соединены с блоком ЕЕС.

Большинство тестов системы схожи с теми, которые выполняются на двигателе CFM56-5В, но один важнейший тест недоступен. Это холодный запуск с помощью системы FADEC. В то время как на двигателе CFM56-5B проверка компонентов системы после их установки может быть выполнена с помощью холодного запуска FADEC, на двигателе V2500 это можно сделать, только запустив двигатель. Для проверки функции обогрева датчика Р2 существует тест проверки обогрева датчиков.

Система FADEC двигателя TRENT 500

В системе FADEC двигателя TRENT 500 блок HMU используется как для топливодозирующей функции, так и для управления приводом клапанов VSV. В топливной системе нет возвратного клапана. Для охлаждения масла в IDG используется воздушный радиатор. Для управления охлаждением на выходной трубе радиатора установлен двухпозиционный клапан регулировки подачи воздуха. Клапан управляет расходом воздуха вентилятора, разделяя на порции его подачу в радиатор. Расход воздуха через оставшуюся часть радиатора не ограничивается. Когда блок ЕЕС посылает сигнал на открытие клапана регулировки подачи воздуха, охлаждающее действие увеличивается.

Все перепускные клапаны и клапаны охлаждения воздушной системы двигателя работают пневматически. Для управления этими клапанами блок ЕЕС электрически переключает соответствующие электромагнитные клапана. На рис. 64 показана базовая схема этой системы FADEC.

Рис. 64. Базовая схема системы FADEC двигателя Trent 500

ЕЕС состоит из двух каналов А и В. Аппаратное обеспечение каждого канала можно разделить на 3 группы: блок питания (конвертер мощности), система защиты от заброса оборотов и аппаратное обеспечение управляющего компьютера. Блок питания подает электропитание для системы защиты от заброса оборотов и для аппаратного обеспечения управляющего компьютера.

Система защиты от заброса оборотов получает данные от датчиков частоты вращения валов компрессора N1 и N2, а также с датчика турбины N1. Эта подсистема независима от работы аппаратного обеспечения управляющего компьютера. Дополнительный датчик N1 турбины используется для определения разрушения вала N1. Разрушение вала определяется сравнением показаний датчика N1 компрессора с датчиком N1 турбины. Когда система определяет заброс оборотов ротора N1 или N2 или разрушение вала N1, она перекрывает клапан заброса оборотов внутри блока HMU. Величина частоты вращения вала передается на управляющий компьютер для обработки и передачи в систему индикации. Частота вращения вала N3 определяется, используя переменный ток генератора FADEC.

Для управления тягой эта система также использует отношение EPR как основной управляемый параметр. Значение EPR рассчитывается блоком ЕЕС на основании значений параметров Р20 и Р50. Кроме того, доступен альтернативный режим работы N1. Блок ЕЕС работает в этом режиме, если нарушено определение давлений для расчета EPR либо режим N1 выбран переключателем пилота.

Все входные данные блок ЕЕС получает от датчиков двигателя. Это показано на рис. 64. Особенными являются датчики заброса оборотов IPT. Эти датчики замеряют температуру воздуха перед и за диском промежуточной турбины (IPT – intermediate pressure turbine). Блок ЕЕС передает предупредительный сигнал на дисплей в кабине, если температура превышает ограничения. На рис. 64. также показан сигнал на соленоид разгрузки гидравлического насоса. Эта функция обеспечивает работу насоса без нагрузки в режиме авторотации.

Заглушка входных данных установлена в верхней части блока ЕЕС. От нее блок получает следующие данные:

· серийный номер двигателя;

· приведенная величина EPR;

· приведенная величина EGT;

Для тестирования системы доступно большее количество проверок. Тестирование зажигания и нагрева датчиков производится аналогично двигателю V2500-5A.

Во время проверки работы VSV приводы перемещаются во время сухой прокрутки двигателя стартером. Система VSV является единственной системой с приводом от топлива. Блок ЕЕС выполняет проверку компонентов приводов совместно с датчиками положения обратной связи.

Процедура проверки реверсивного устройства позволяет проверку его работы и работы клапанов управления механизма гидравлического управления устройством.

Проверка дискретного выходного сигнала используется для имитации сигнала запущенного двигателя в систему самолета. С этим тестом можно проверить правильность работы задействованных систем самолета после начала теста.

Во время теста разгрузки гидронасоса выполняется сухая прокрутка двигателя стартером, блок ЕЕС активирует соленоид разгрузки давления гидронасоса. Оператор должен проверить падение давления гидронасоса.

Существует тест для проверки сигнализатора стружки с электрическим мониторингом. Происходит проверка работы сигнализатора стружки и наличие прироста стружки.

Пневматические перепускные клапаны КВД можно проверить при помощи тестирования программы работы перепускных клапанов. Проверка производится во время работы двигателя на наземном МГ. Оператор может открыть или закрыть каждый клапан через меню ЕЕС. Данная проверка производится для обнаружения залипания клапанов и других отказавших компонентов системы.

Еще одним пунктом технического обслуживания является мойка газогенератора. Во время мойки двигателя водой клапаны VSV переводятся в открытое положение, происходит прокрутка двигателя стартером.

Источник

САУ двигателем и подачей топлива типа FADEC

Цифровая Система Управления Двигателем с Полной Ответственностью (FADEC – Full Authority Digital Engine Control) имеет основное преимущество перед гидромеханической системой управления в том, что её компьютер может обрабатывать намного большее количество параметров. Эта способность системы используется для оптимизации работы двигателя. В дополнение к базовым функциям управления двигателем система типа FADEC обычно выполняет следующие задачи:

· мониторинг и обнаружение отказов системы и всех подсоединенных компонентов;

· является источником данных для индикации параметров двигателя;

· является источником данных для блока ECM (Engine Condition Monitoring) системы контроля технического состояния;

· обеспечивает управление запуском, остановом и зажиганием двигателя;

· обеспечивает управление реверсивным устройством;

· осуществляет автоматическое тестирование системы.

Конструкция системы

Система FADEC разработана на базе электронного регулятора (управляющего блока системы электронного управления) двигателя, который является компьютером системы. Компонентами, формирующими ядро системы, являются:

Все остальные компоненты, контролируемые электронным регулятором, относятся к другим системам двигателя, таким, как воздушная система или система зажигания. Силы, воздействующие на клапаны или поворотные лопатки статора компрессора, обеспечиваются путём использования давления топлива или воздуха. Клапаны управления гидравлической части системы могут централизованно размещаться в блоке HMU или на индивидуальных приводах вместе с блоком FMU в системе распределения топлива. Централизованный вариант расположения применяется в двигателях фирм GE и CFM. На рис. 39 показан пример состава такой системы. Децентрализованный вариант, где сервоклапаны расположены на индивидуальных приводах, используется в двигателях фирм Pratt&Whitney, IAE и некоторых двигателях фирмы Rolls-Royse.

Рис. 39. Состав системы типа FADEC с централизованным расположением сервоклапанов в блоке HMU (двигатели фирм GE и CFM)

Основное электропитание системы FADEC обеспечивает малогабаритный генератор переменного тока, расположенный на коробке приводов. Существует и альтернативное электропитание от энергосистемы самолета. Однако, имея собственный электрогенератор, система FADEC является независимой от этой энергосистемы при нормальной работе. В случае отказа энергосистемы самолета такой отказ не повлияет на работу двигателя. Альтернативная подача электроэнергии от самолета используется на запуске двигателя и в случае отказа генератора системы FADEC. Системе FADEC необходима относительно небольшая мощность (приблизительно 2×300 Вт), т.к. она требуется только для работы электронного регулятора, датчиков и управления сервоклапанами и клапанами соленоидов. На рис. 40 показан блок ЕЕС и генератор FADEC двигателя CFM56-7B.

Рис. 40. На левом рисунке показан блок ЕЕС, расположенный на корпусе вентилятора двигателя CFM56-7B. Видны два штепсельных разъёма каналов А и В. На правом рисунке показан малогабаритный генератор системы FADEC, размещённый на коробке приводов

Все компоненты системы FADEC и компоненты, которыми она управляет, представляют собой быстросъемные блоки (LRU – Line Replaceable Unit) для их быстрой замены в случае необходимости. Время, требуемое для замены компонента, составляет от 15 до 45 минут и зависит от типа двигателя и компонента. Для достижения этих временных рамок во время реальной работы компоненты LRU разработаны для установки без монтажа или регулировок электрических соединений.

Электронный регулятор

Электронный регулятор обычно расположен на корпусе вентилятора двигателя. В этой зоне температура наружного воздуха имеет приемлемые значения для работы блока во время полета. Электронный регулятор помещен в алюминиевый блок, который закреплен на правой стороне кожуха вентилятора в положении «на 2 часа». Четыре установочных болта с демпферами обеспечивают защиту от ударов и вибрации. Окружающий воздух отбирается с помощью ВЗ, расположенного на правой стороне обтекателя вентилятора, откуда во внутреннюю камеру электронного регулятора и далее выводится наружу.

Для резервирования аппаратного обеспечения электронный регулятор содержит два независимых компьютера, называемые «Канал А» и «Канал В». Каждый из двух каналов имеет собственное электропитание, обеспеченное одним соединением с малогабаритным генератором системы FADEC и другим – с электрической системой самолета. На рис. 41 приведен пример расположения основных компонентов ЕЕС CFM56-7B.

Рис. 41. Блок ЕЕС двигателя CFM56-7B. Рамками обведены секции на корпусе, содержащие разные компоненты ЕЕС

Входные и выходные сигналы. Внутри блока ЕЕС установлены датчики, предназначенные для замера давлений воздуха. Такое размещение датчиков давления воздуха характерно для всех систем управления, применяемых на больших турбореактивных двигателях. Измеряемые давления воспринимаются датчиками в соответствующей точке забора воздушного потока газового тракта двигателя и передаются по магистралям в измерительный преобразователь, расположенный внутри блока ЕЕС. Для замеров температуры и угла установки РУД (TLA) используются электрические датчики. Они установлены в зонах проведения измерений.

Рис. 42. Различные типы датчиков, соединенные с блоком ЕЕС

Проводка соединения сдвоенных датчиков показана на рис. 43.

Рис. 43. Двойные коннекторы датчиков положения клапанов АСС CFM56-7B

Дополнительно к входным сигналам от различных датчиков двигателя блок ЕЕС получает данные от систем самолета. Например, система полетной информации передает данные о числе Маха М, полной температуре (температуре торможения) воздуха и высоте полета. Большинство блоков ЕЕС, установленных на различных двигателях, имея собственные исходные данные, способны рассчитать значения этих параметров, но данные системы полетной информации имеют бóльшую точность.

Рис. 44. Схема работы каналов блока ЕЕС. Данные обрабатываются обоими каналами. Приводами с помощью выходных сигналов управляет только активный канал

Обе управляющие части программного обеспечения обрабатывают входные данные одновременно, но только один канал формирует выходные сигналы для управления приводами. Этот канал называется командным. Другой канал является резервным. Резервный канал становится командным во время следующего запуска двигателя.

Программное обеспечение. В обоих каналах системы FADEC используется одинаковое программное обеспечение. Программное обеспечение (ПО) канала в соответствии с его функциями можно разделить на следующие две основные части:

Каждый электронный регулятор может быть перепрограммирован с помощью переносного загрузчика данных. Он соединяется с электронным регулятором через три цилиндрических электрических разъема, затем оба агрегата запитываются, чтобы загрузить последнее ПО.

Управляющее программное обеспечение

Базовая структура управляющего программного обеспечения блока ЕЕС аналогична структуре системы гидромеханического регулятора. Его основными функциями являются:

— управление мощностью двигателя;

— управление параметрами N1/EPR;

— управление дозирующим клапаном;

Регулятор частоты вращения ротора высокого давления N2 становится активным, если РУД установлен в положении МГ и выше.

Регулятор подсистем двигателя управляет приводами:

— VSV (Variable Stator Vane) – поворотных лопаток статора компрессора;

— VBV (Variable Bleed Valve) – клапанов перепуска воздуха в компрессоре;

— TBV (Transient Bleed Valve) – промежуточных клапанов перепуска;

— HPT ACC (High Pressure Turbine Active Clearance Control) – системы активного управления радиальными зазорами ТВД;

— LPT ACC (Low Pressure Turbine Active Clearance Control) – системы активного управления радиальными зазорами ТНД.

Рис. 45. Упрощенная схема построения управляющего программного обеспечения канала системы FADEC двигателя CFM56-5B

Большинство систем типа FADEC c управляемым параметром EPR способны работать в режиме управления параметром N1 в качестве альтернативного. Блок ЕЕС переключается в данный режим, если невозможно измерение или вычисление отношения EPR. В режиме управления частотой N1 двигатель может управляться вручную аналогично нормальной работе в режиме управления отношением EPR, но при этом могут быть некоторые ограничения на работу в режиме автоматической тяги.

При помощи выходных сигналов блок ЕЕС управляет приводами с использованием управляющей цепи с обратной связью. Для осуществления обратной связи на каждом приводе установлен датчик положения, соединенный с блоком ЕЕС. На рис. 46 показана схема управления приводами. Команду требуемого положения задает закон управления соответствующей функции, далее команда передается в секцию управления с обратной связью. Здесь сравнивается фактическое положение привода с командным.

Рис. 46. Схема управления приводами:

ENSV – электрогидравлический усилитель; закон управления F_N=¦ (ERT)

Если существует ошибка, выходной сигнал подается на мотор корректировки сервоклапана и смещает его от нейтрального положения. Давлением топлива сервоклапана смещается поршень привода, который перемещает датчик положения. Когда привод достигает командного положения, секция управления с обратной связью останавливает перемещение, ставя сервоклапан в нейтральное положение.

Заглушка входных данных. Ее еще называют заглушкой распознавания номинальной характеристики двигателя. Заглушка обеспечивает электронный регулятор информацией о конфигурации двигателя для его правильной работы.

Двигатели одной серии в ожидаемых условиях имеют некоторый диапазон значений тяги. Управляющее программное обеспечение идентично для всех значений тяги, несмотря на имеющуюся информацию о величине тяги каждого конкретного двигателя. Эта информация хранится в идентификационной заглушке, установленной на соответствующем штепсельном разъеме блока ЕЕС. Эта заглушка входных данных, по сути дела, представляет собой источник входных данных двигателя. Дополнительно в заглушке может содержаться следующая информация (вся или частично):

— серийный номер двигателя;

— конфигурация топливной системы;

— конфигурация камеры сгорания;

— индивидуальный уровень тяги;

— дополнительные данные для блока ЕСМ;

— какой параметр является управляемым (N1 или EPR).

Данная конструкция позволяет легко изменить диапазон тяги двигателя, меняя данные в заглушке входных данных. Например: при создании все двигатели CFM56-7B имеют взлетную тягу, равную 27300 фунтам. В зависимости от требований идентификационная заглушка меняет взлетную тягу двигателей на 19500; 20600; 22700; 24200 или 26300 фунтов Через заглушку входных данных программное обеспечение ЕЕС подстраивается под индивидуальный двигатель. Информация, хранящаяся в заглушке, является фактически паспортом двигателя. Для предотвращения снятия заглушки во время замены блока ЕЕС, она соединена шнуром с корпусом двигателя. Данные в заглушке соответствуют данным в паспорте двигателя. Это серийный номер двигателя, диапазон тяги и управляющий параметр N1/EPR. Заглушка остается с двигателем даже в случае замены электронного регулятора.

Рис. 47. Заглушка входных данных блока ЕЕС двигателя CFM56-7B

Управляемые параметры N1 или EPR используются для корректировки технологических допусков двигателя после его испытания. Для понимания принципа данной корректировки для двигателя, управляемого по частоте N1, сравним два новых или только что отремонтированных двигателя одного типа с одинаковым диапазоном тяги, работающих на одинаковых частотах N1 в идентичных атмосферных условиях.

Программа управления тягой рассчитает одинаковое значение командной частоты N1_cmdв блоках ЕЕС каждого двигателя. Из-за существования технологических допусков на параметры два двигателя будут иметь разную тягу, которая в ожидаемой ситуации будет выше номинальной.

Целью формирования параметра, управляющего частотой N1 является уменьшение командной частоты N1_cmd двигателя, что ведет к тому, что тяга двигателей будет одинакова. Для этого индивидуальный уровень параметра, управляющего частотой N1, хранится в заглушке входных данных. Используя этот параметр, блок ЕЕС определяет разницу между N1_cmd и N1_act для корректировки командного значения N1 _cmd целью получения частоты N1_cmd(mod). На дисплей пилотов выводятся неизмененные командная N1_cmd и фактическая N1_act частоты. Т.о. индикация частоты N1 для всех двигателей идентична для одинаковой тяги, несмотря на разные уровни параметров, управляющих частотой N1.

Рис. 48. Влияние параметра, управляющего частотой N1

В случае использования отношения EPR в качестве основного управляемого параметра, функция управляющего параметра несколько отличается. Она обеспечивает, что все двигатели имеют свою номинальную тягу при одинаковой величине EPR. С этой целью управляющий параметр способствует уменьшению или увеличению измеряемой величины отношения давлений EPR. Двигатель, имеющий взлётную тягу при бóльшем значении EPR, нуждается в управляющем параметре, понижающем величину EPR (рис. 48).

Рис. 49. Определение параметра, управляющего значением EPR. У двигателя с взлётной тягой при значении EPR, составляющем 1,55, управляющий параметр будет равен нулю

Если двигатель имеет бóльшую тягу, чем номинальная, без корректировки с помощью управляющего параметра, он будет иметь увеличение границы EGT при использовании управляющего параметра, корректирующего значения N1 или EPR. Оба типа управляющих (корректирующих) параметров могут быть точно установлены после испытания двигателя, т.к. только в этом случае можно сделать необходимые замеры тяги.

Обслуживающее программное обеспечение

Пока управляющая программа обеспечивает управление двигателем, обслуживающая программа работает параллельно и отслеживает все системы на наличие отказов. При обнаружении отказа в центральный компьютер обслуживания самолета поступает сообщение об отказе. При отказе более высокого уровня сообщения направляются так же в единую электронную систему контроля самолета ECAM (Electronic Centralized Aircraft) и в систему индикации и оповещения экипажа о состоянии двигателя EICAS (Engine Indicating and Crew Alerting System). Программа обслуживания является частью программы механического взаимодействия через центральный компьютер обслуживания во время поиска причин отказа. Для упрощения этого процесса программа обслуживания способна выявить основные возможные причины отказа. Имея эту информацию, удобнее найти отказавший компонент.

Уровень отказа системы FADEC также используется для вычисления уровня передачи системы до запуска двигателя. С этой функцией ЕЕС может определить, когда система является неработоспособной или время работы до отказа фиксировано и ограничено.

Программа обслуживания способна проводить проверку системы на земле при выключенном двигателе. Это снимает необходимость проводить запуск двигателя для проведения проверки. Проверки необходимы для подтверждения отказа и для тестирования работы системы после замены компонента. Перечень количества проверок зависит от типа двигателя. Общими являются электрический тест ЕЕС, проверка зажигания и проверка реверсивного устройства.

Основной задачей программы управления является поддержание работы двигателя в пределах эксплуатационных ограничений до тех пор, пока пилот не остановит двигатель. Эта задача должна выполняться также при возникновении одного или нескольких отказов. Это означает, что программа должна управлять работой двигателя при потере входных сигналов или функций. Последнее происходит при появлении нескольких отказов. Для того чтобы наиболее исправный канал всегда оставался командным, управляющая программа выбирает активный канал исходя из его статуса исправности. Статус исправности зависит от количества возникших отказов. Управляющая программа изменяет командный канал во время работы, если статус исправности действующего командного канала снижается, ниже статуса исправности резервного канала.

Потеря входного сигнала напрямую не ведет к изменению командного канала. Если произошла потеря входного сигнала от системы самолета, блок ЕЕС использует собственные датчики для определения потерянных сигналов. Если происходит потеря входного сигнала от датчика, блок ЕЕС имеет несколько способов сохранить выполняемые им функции активными: ЕЕС может использовать входные сигналы другого канала, либо использовать синтезированное значение, либо величину по умолчанию. Все данные способы применяются для важных данных. Для синтезирования величины утерянного входного сигнала блок ЕЕС рассчитывает его значение, исходя из нескольких других параметров двигателя. Например, температура на входе в компрессор может быть вычислена из частоты вращения вала компрессора и температуры на его выходе. Данная реакция системы на отказ датчика гарантирует, что этот отказ не повлияет на работу двигателя. Пилоты не заметят изменений в работе двигателя. Только послеполетный отчет во время ТО выявит отказ датчика.

Если функция системы потеряна из-за отказа электрических или гидравлических элементов, привод, отвечающий за эту функцию, переместится в положение безопасного отказа. В этой ситуации поврежденная система работает в режиме, некритичном для двигателя, т.е. он может работать в допустимых пределах значений параметров. В зависимости от потерянных функций, при работе с одной или несколькими системами в режиме безопасного отказа, на работу двигателя могут быть наложены ограничения. Если система VBV находится в положении безопасного отказа, клапан VBV будет открыт. При этом двигатель не сможет набрать взлетную тягу. В таблице 3 приведены положения безопасного отказа некоторых выбранных функций CFM56-5B.

Отказоустойчивые положения некоторых приводов двигателя CFM56-5B

Датчики

Датчики для измерения параметров потока в газовом такте находятся в определенных позициях на соответствующих корпусах. Дополнительно к этим параметрам электронный регулятор замеряет частоты вращения вала, положения некоторых приводов и угол установки РУД.

Датчики двигателя в основном имеют сдвоенную конструкцию. Если электрический датчик не является LRU для быстрой замены во время ТО, с основными датчиками установлены резервные (для каналов А и В соответственно).

Датчики для полного или статического давления замеряют соответствующие давления. Они имеют одинарную конструкцию или совмещены с температурными датчиками (например, датчики Р25 и Т25).

Температуры замеряются термопарами или датчиками RTD (термического сопротивления). Применение того или иного датчика зависит от диапазона измеряемых температур. Термопары обычно устанавливаются для замера температуры на выходе из ТВД и в зоне турбины.

Рис. 50. Датчик Т12 CFМ56-7B установлен в воздухозаборнике перед ротором вентилятора (на правой картинке показаны два электрических соединения данного двойного датчика под лючком доступа на внешнем корпусе воздухозаборника)

Датчики частоты вращения вала индукционного типа и работают без контакта с валом. Вблизи чувствительного элемента вращается зубчатое кольцо и создает магнитное поле. Для измерения частоты N1 зубчатое кольцо расположено на валу ротора низкого давления внутри полости переднего подшипника. Зубчатое кольцо для измерения частоты N2 (для двухвального двигателя) находится в коробке приводов. Некоторыми системами для измерения частоты вращения ротора высокого давления N2 используется частота переменного тока малогабаритного генератора системы FADEC.

Для определения положения используется несколько типов датчиков. Электрический преобразователь линейного перемещения LVDT (Linear Variable Differential Transformer) установлен внутри гидропривода. Этот датчик воспринимает любое положение поршня привода внутри по всей длине его хода. Положение вращающихся клапанов воспринимает электрический преобразователь углового перемещения RVDT (Rotary Variable Differential Transformer). Для определения положения РУД используются синусно-косинусные преобразователи. Эти датчики имеют два контакта, либо устанавливаются два датчика с раздельными цепями для разных каналов.

Топливодозирующее устройство (HMU или FCU)

У многих двигателей топливодозирующее устройство установлено на топливном насосе, но оно также может быть установлено на коробке приводов рядом с топливным насосом.

Простейшим топливодозирующим устройством на двигателе, управляемом FADEC являются: регулятор расхода топлива FMU (установленный на двигателях: V2500, RR, P&W) или гидромеханическое устройство HMU (установленное на двигателях: GEAE, CFM). Топливодозирующее устройство является исполнительным механизмом, который управляет двигателем. Оно преобразует электрический сигнал, который поступает по одному из независимых каналов от электронного регулятора (типа: EEC, ECU или DECU), в гидравлическое давление. Основными функциями топливодозирующего устройства являются:

— дозировка топлива в камеру сгорания;

— обеспечение останова двигателя;

— обеспечение минимального перепада давления топлива;

— возращение в основную магистраль не использованного топлива;

— ограничение максимальной скорости вращения вала высокого давления;

— установка требуемого управляющего давления для исполнительных механизмов, вспомогательных систем.

На рис. 51 показан FMU, установленный на топливном насосе V2500. Его основными компонентами являются:

· дозирующий клапан, оборудованный перепускным клапаном;

· клапан отсечки топлива ВД.

Дозирующий клапан управляется электрически блоком ЕЕС через соответствующий сервоклапан внутри FMU.

Клапан отсечки топлива ВД управляется электрически через главный переключатель двигателя или пусковой рычаг в кабине. FMU V2500 имеет третий клапан, клапан заброса оборотов, который ограничивает расход топлива в случае заброса оборотов, если ЕЕС не способен снизить расход при помощи дозирующего клапана. Далее клапан заброса оборотов запускается ЕЕС. Основной функцией FMU является только дозировка топлива.

Рис. 51. FMU, установленное на топливном насосе двигателя V2500-5A

HMU установлены на двигателях GEAE и CFM выполняют больше функций, чем типичное FMU. Работа секций дозировки топлива практически одинаковая.

· секцию дозировки топлива с дозирующим клапаном;

· а также электрогидравлические сервоклапаны для управления давлениями топлива на приводы, установленные снаружи HMU на двигателе.

Все гидравлические линии передачи давления для этих приводов направляются через HMU. На рис. 52. показаны такие линии, соединенные с HMU.

Рис. 52. Топливный насос и HMU, установленные на двигателе CFM56-7В. На правой картинке показан вид сзади на HMU с линиями серво топлива для различных приводов двигателя

Блоки HMU таких двигателей часто имеют механические регулятор заброса оборотов, который воздействует на перепускной клапан, чтобы уменьшить расход топлива в случае заброса оборотов. Это резервирование защиты от заброса оборотов ЕЕС. Ведущий вал регулятора соединен с топливным насосом. Регулятор заброса оборотов вступает в работу, только если ЕЕС не способен уменьшить расход топлива при помощи дозирующего клапана.

На рис. 52 показана упрощенная схема HMU и его основных компонентов.

Рис. 52. Упрощенная схема HMU двигателей семейства CFM56

На схеме показан путь прохождения топлива через агрегат и какие сигналы необходимы для управления дозирующим клапаном и клапаном отсечки ВД. Дозирующим клапаном управляет ЕЕС с системой управления с обратной связью. ЕЕС электрически управляет сервоклапаном дозирующего клапана. Он установлен в секции сервотоплива вместе со всеми остальными сервоклапанами. Гидравлическое давление топлива от сервоклапана создает усилие для перемещения дозирующего клапана. ЕЕС получает сигнал обратной связи от датчика положения на дозирующем клапане.

На любой частоте N2 топливный насос подает больше топлива, чем может потребить двигатель. Дозирующий клапан ограничивает расход топлива в камеру сгорания соответствующим размером поперечного сечения в открытом положении. Топливо, которое не проходит через клапан, возвращается в основной поток через перепускной клапан на вход насоса НД. Перед выходом топлива для камеры сгорания из HMU, оно проходит через открытый клапан отсечки топлива ВД. Этот клапан используется для останова двигателя. Он управляется пилотом при помощи пускового рычага или главного переключателя двигателя в кабине. Для закрытия отсечного клапана ВД необходимо переместить главный переключатель двигателя в выключенное положение, при этом будет подано питание на соленоид клапана. Давление серво топлива от клапана соленоида закроет отсечной клапан ВД. Во время работы двигателя отсечной клапан остается открытым, а соленоид не запитан. При помощи прямого контроля отсечного клапана ВД пилот может вручную корректировать и в любое время остановить двигатель.

Источник