FADEC

Un sistema de control de motor (o de electrónica ) digital de plena autoridad ( FADEC ) es un sistema que consta de una computadora digital, llamada "controlador electrónico de motor" (EEC) o " unidad de control de motor " (ECU), y sus accesorios relacionados que controlan todos los aspectos del rendimiento del motor de la aeronave. Los FADEC se han producido tanto para motores de pistón como para motores a reacción . ^[1]

El objetivo de cualquier sistema de control de motor es permitir que el motor funcione con la máxima eficiencia en una condición dada. Originalmente, los sistemas de control de motor consistían en simples conexiones mecánicas conectadas físicamente al motor. Al mover estas palancas, el piloto o el ingeniero de vuelo podían controlar el flujo de combustible, la potencia de salida y muchos otros parámetros del motor. La unidad de control mecánico/hidráulica del motor Kommandogerät para el motor radial de aviación de pistón BMW 801 de Alemania de la Segunda Guerra Mundial fue solo un ejemplo notable de esto en sus últimas etapas de desarrollo. ^[2] Este control mecánico del motor fue reemplazado progresivamente primero por el control electrónico analógico del motor y, más tarde, por el control digital del motor.

El control electrónico analógico varía una señal eléctrica para comunicar los ajustes deseados del motor. El sistema fue una mejora evidente con respecto al control mecánico, pero tenía sus inconvenientes, incluidas las interferencias de ruido electrónico habituales y problemas de fiabilidad. El control analógico de autoridad total se utilizó en la década de 1960 y se introdujo como un componente del motor Rolls-Royce/Snecma Olympus 593 del avión de transporte supersónico Concorde . ^[3] Sin embargo, el control de entrada más crítico era digital en el avión de producción. ^[4]

El control electrónico digital siguió. En 1968, Rolls-Royce y Elliott Automation , en conjunto con el National Gas Turbine Establishment , trabajaron en un sistema de control de motor digital que completó varios cientos de horas de operación en un Rolls-Royce Olympus Mk 320. ^[5] En la década de 1970, la NASA y Pratt and Whitney experimentaron con su primer FADEC experimental, que voló por primera vez en un F-111 equipado con un motor izquierdo Pratt & Whitney TF30 altamente modificado . Los experimentos llevaron a que Pratt & Whitney F100 y Pratt & Whitney PW2000 fueran los primeros motores militares y civiles, respectivamente, equipados con FADEC, y más tarde el Pratt & Whitney PW4000 como el primer motor comercial "FADEC dual". El primer FADEC en servicio fue el motor Rolls-Royce Pegasus desarrollado para el Harrier II por Dowty y Smiths Industries Controls . ^[6]

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Los controles digitales del motor con autoridad total no tienen ningún tipo de anulación manual ni controles manuales disponibles, lo que pone la autoridad total sobre todos los parámetros operativos del motor en manos de la computadora. Si ocurre una falla total del FADEC, el motor falla. Si el motor está controlado digitalmente y electrónicamente pero permite la anulación manual, se considera un EEC o ECU . Un EEC, aunque es un componente de un FADEC, no es un FADEC en sí mismo. Cuando está solo, el EEC toma todas las decisiones hasta que el piloto desea intervenir. El término FADEC a menudo se usa incorrectamente para los controles digitales parciales del motor, como los que solo controlan electrónicamente el combustible y el encendido. Un motor de pistón turboalimentado requeriría un control digital sobre todo el flujo de aire de admisión para cumplir con la definición de FADEC.

El FADEC funciona recibiendo múltiples variables de entrada de la condición de vuelo actual, incluyendo la densidad del aire , la posición de solicitud de la palanca de potencia, las temperaturas del motor, las presiones del motor y muchos otros parámetros. Las entradas son recibidas por el EEC y analizadas hasta 70 veces por segundo. Los parámetros de funcionamiento del motor, como el flujo de combustible, la posición de los álabes del estator, la posición de la válvula de purga de aire y otros, se calculan a partir de estos datos y se aplican según corresponda. El FADEC también controla el arranque y el reinicio del motor. El propósito básico del FADEC es proporcionar una eficiencia óptima del motor para una condición de vuelo determinada.

El FADEC no solo garantiza un funcionamiento eficiente del motor, sino que también permite al fabricante programar limitaciones del motor y recibir informes sobre el estado y el mantenimiento del mismo. Por ejemplo, para evitar que se supere una determinada temperatura del motor, el FADEC puede programarse para que tome automáticamente las medidas necesarias sin la intervención del piloto.

Dado que el funcionamiento de los motores depende de la automatización, la seguridad es una gran preocupación. Se proporciona redundancia en forma de dos o más canales digitales separados pero idénticos. Cada canal puede proporcionar todas las funciones del motor sin restricción. FADEC también monitorea una variedad de datos provenientes de los subsistemas del motor y los sistemas relacionados de la aeronave, lo que permite un control del motor tolerante a fallas .

El accidente del Airbus A400M en Sevilla, España, el 9 de mayo de 2015 , se debió a problemas de control de motores que provocaron simultáneamente la pérdida de empuje en hasta tres motores . El director de estrategia de Airbus, Marwan Lahoud, confirmó el 29 de mayo que la causa del accidente fatal fue la instalación incorrecta del software de control de motores. "No hay defectos estructurales [en el avión], pero tenemos un grave problema de calidad en el ensamblaje final". ^[7]

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Un vuelo típico de un avión de transporte civil puede ilustrar la función de un FADEC. La tripulación de vuelo primero ingresa datos del vuelo, como las condiciones del viento, la longitud de la pista o la altitud de crucero, en el sistema de gestión de vuelo (FMS). El FMS utiliza estos datos para calcular los ajustes de potencia para las diferentes fases del vuelo. En el despegue, la tripulación de vuelo avanza la palanca de potencia a un ajuste predeterminado u opta por un despegue con acelerador automático si está disponible. Los FADEC ahora aplican el ajuste de empuje de despegue calculado enviando una señal electrónica a los motores; no hay un vínculo directo con el flujo de combustible abierto. Este procedimiento se puede repetir para cualquier otra fase del vuelo. ^{[ cita requerida ]}

Durante el vuelo, se realizan constantemente pequeños cambios en la operación para mantener la eficiencia. El empuje máximo está disponible para situaciones de emergencia si la palanca de potencia se mueve al máximo, pero no se pueden exceder los límites; la tripulación de vuelo no tiene medios para anular manualmente el FADEC. ^{[ cita requerida ]}

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• Protección automática del motor contra operaciones fuera de tolerancia
• Más seguro ya que la computadora FADEC de múltiples canales proporciona redundancia en caso de falla
• Manejo del motor sin preocupaciones, con ajustes de empuje garantizados
• Capacidad de utilizar un solo tipo de motor para requisitos de empuje amplios simplemente reprogramando los FADEC
• Proporciona arranque semiautomático del motor.
• Proporciona un control de ralentí alto apropiado para el calentamiento del motor de pistón.
• Mejor integración de sistemas con sistemas de motores y aeronaves.
• Puede proporcionar monitoreo y diagnóstico del estado del motor a largo plazo.
• El número de parámetros externos e internos utilizados en los procesos de control aumenta en un orden de magnitud
• Reduce el número de parámetros que deben monitorear las tripulaciones de vuelo.
• Debido al alto número de parámetros monitoreados, el FADEC hace posible "Sistemas Tolerantes a Fallas" (donde un sistema puede operar dentro de la confiabilidad requerida y la limitación de seguridad con ciertas configuraciones de fallas)

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• Los controles digitales del motor con autoridad total no tienen ningún tipo de anulación manual disponible, lo que coloca la autoridad total sobre los parámetros operativos del motor en manos de la computadora. (ver nota)
  • Si se produce una falla total del FADEC, el motor falla. (ver nota)
  • En caso de falla total del FADEC, los pilotos no tienen controles manuales para reiniciar el motor, el acelerador u otras funciones. (ver nota)
  • El riesgo de un único punto de falla se puede mitigar con FADEC redundantes (suponiendo que la falla es una falla aleatoria de hardware y no el resultado de un error de diseño o fabricación, que puede causar fallas idénticas en todos los componentes redundantes idénticos). (ver nota)
• Alta complejidad del sistema en comparación con los sistemas de control hidromecánicos, analógicos o manuales
• Alto esfuerzo de desarrollo y validación del sistema debido a la complejidad
• Mientras que en una situación de crisis (por ejemplo, contacto inminente con el terreno), un motor no FADEC puede producir significativamente más que su empuje nominal, un motor FADEC siempre funcionará dentro de sus límites. (ver nota)

Nota: La mayoría de los motores de aeronaves controlados por FADEC modernos (en particular los de turboeje) se pueden anular y colocar en modo manual, lo que contrarresta de manera efectiva la mayoría de las desventajas de esta lista. Los pilotos deben tener muy en cuenta dónde se encuentra su anulación manual, ya que la activación inadvertida del modo manual puede provocar una sobrevelocidad del motor. ^{[ contradictorio ]}

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• Se deben utilizar procesos de ingeniería para diseñar, fabricar, instalar y mantener los sensores que miden e informan los parámetros de vuelo y del motor al propio sistema de control.
• Los procesos formales de ingeniería de sistemas se utilizan a menudo en el diseño, la implementación y la prueba del software utilizado en estos sistemas de control críticos para la seguridad. Este requisito condujo al desarrollo y uso de software especializado, como las herramientas de ingeniería de sistemas basada en modelos (MBSE). El conjunto de herramientas de desarrollo de aplicaciones SCADE (de Ansys ) (que no debe confundirse con la categoría de aplicación SCADA ) es un ejemplo de una herramienta MBSE y se ha utilizado como parte del desarrollo de sistemas FADEC.

La NASA ha analizado una arquitectura FADEC distribuida en lugar de la centralizada actual, específicamente para helicópteros . Es probable que la distribución tenga como ventajas una mayor flexibilidad y menores costes de ciclo de vida. ^[8]

• Acrónimos y abreviaturas en aviónica

• "Safran Electronics Canada: FADEC y EEC". Archivado desde el original el 15 de enero de 2013. Consultado el 30 de abril de 2010 .
• "Hispano-Suiza: Control digital del motor". Archivado desde el original el 28 de septiembre de 2007. Consultado el 9 de marzo de 2007 .
• Moren, Chuck. Entrevista con estudiante. FADEC. Universidad Aeronáutica Embry-Riddle , Daytona Beach. 13 de marzo de 2007.
• Título 14 CFR: Reglamento Federal de Aviación. FAA . 2007-03-10.

• Harrier vuela con un Pegasus controlado digitalmente: artículo de 1982 en la revista Flight International
• Motores de control activo: artículo de Flight International de 1988 sobre los motores FADEC