FADEC

En aviación , un sistema de control digital de motor (o electrónico ) de plena autoridad ( FADEC ) ( / ˈ f eɪ d ɛ k / ) 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. Se han fabricado FADEC 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 determinada. Originalmente, los sistemas de control de motor consistían en simples enlaces mecánicos conectados 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 de motor mecánico/hidráulico Kommandogerät para el motor radial de aviación de pistón BMW 801 alemán de la Segunda Guerra Mundial fue solo un ejemplo notable de esto en sus etapas posteriores de desarrollo. ^{[ 2 ]} Este control mecánico del motor fue reemplazado progresivamente primero por el control electrónico analógico del motor y, posteriormente, por el control digital del motor.

El control electrónico analógico varía una señal eléctrica para comunicar los ajustes deseados del motor. El sistema representó una mejora evidente con respecto al control mecánico, pero tenía sus inconvenientes, incluyendo interferencias de ruido electrónico comunes y problemas de fiabilidad. El control analógico de plena autoridad se utilizó en la década de 1960 y se introdujo como 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 ]}

Posteriormente se desarrolló el control electrónico digital. En 1968, Rolls-Royce y Elliott Automation , en colaboración con el National Gas Turbine Establishment , trabajaron en un sistema de control digital de motores que completó varios cientos de horas de funcionamiento en un Rolls-Royce Olympus Mk 320. ^{[ 5 ]} En la década de 1970, la NASA y Pratt & 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 los 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 "doble FADEC". El primer FADEC en servicio fue el motor Rolls-Royce Pegasus desarrollado para el Harrier II por Dowty y Smiths Industries Controls . ^{[ 6 ]}

Los sistemas de control digital de motor de plena autoridad (FADEC) no cuentan con anulación manual ni controles manuales disponibles, lo que otorga al ordenador el control total de todos los parámetros operativos del motor. Si se produce un fallo total del FADEC, el motor falla. Si el motor se controla digital y electrónicamente, pero permite la anulación manual, se considera una EEC o ECU . Una EEC, aunque forma parte de un FADEC, no es un FADEC en sí misma. Cuando funciona de forma independiente, la EEC toma todas las decisiones hasta que el piloto decide intervenir. El término FADEC se suele utilizar erróneamente para referirse a sistemas de control digital parcial del motor, como aquellos que solo controlan electrónicamente el combustible y el encendido. Un motor de pistón turboalimentado requeriría un control digital de todo el flujo de aire de admisión para cumplir con la definición de FADEC.

El FADEC funciona recibiendo múltiples variables de entrada de las condiciones de vuelo actuales, incluyendo la densidad del aire , la posición de la palanca de potencia, las temperaturas y presiones del motor, y muchos otros parámetros. El EEC recibe estas entradas y las analiza hasta 70 veces por segundo. A partir de estos datos, se calculan parámetros operativos del motor como el flujo de combustible, la posición de las paletas del estator, la posición de la válvula de purga de aire, entre otros, y se aplican según corresponda. El FADEC también controla el arranque y el reinicio del motor. Su propósito fundamental 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 su estado y mantenimiento. Por ejemplo, para evitar que el motor supere una determinada temperatura, el FADEC puede programarse para tomar automáticamente las medidas necesarias sin intervención del piloto. ^{[ 7 ]}

• Protección automática del motor contra operaciones fuera de tolerancia ^{[ 7 ]}
• Más seguro, ya que el ordenador FADEC multicanal proporciona redundancia en caso de fallo.
• Manejo del motor sin preocupaciones, con ajustes de empuje garantizados.
• Posibilidad de utilizar un único tipo de motor para amplios requisitos de empuje simplemente reprogramando los FADEC.
• Proporciona arranque semiautomático del motor.
• Proporciona un control de ralentí alto adecuado para el calentamiento de motores de pistón.
• Mejor integración de sistemas con los sistemas del motor y de la aeronave.
• Puede proporcionar monitorización 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 ser monitorizados por las tripulaciones de vuelo.
• Debido a la gran cantidad de parámetros monitorizados, el FADEC posibilita los "sistemas tolerantes a fallos" (en los que un sistema puede operar dentro de los límites de fiabilidad y seguridad requeridos con ciertas configuraciones de fallos).

• Los controles digitales del motor de plena autoridad no disponen de ningún tipo de anulación manual, lo que otorga a la computadora el control total sobre los parámetros de funcionamiento del motor. ^{[ a ]}
  • Si se produce un fallo total del FADEC, el motor falla. ^{[ a ]}
  • En caso de fallo total del FADEC, los pilotos no disponen de controles manuales para el reinicio del motor, el acelerador ni otras funciones. ^{[ a ]}
  • El riesgo de un único punto de fallo puede mitigarse con FADEC redundantes (suponiendo que el fallo sea un fallo de hardware aleatorio y no el resultado de un error de diseño o fabricación, que puede causar fallos idénticos en todos los componentes redundantes idénticos). ^{[ a ]}
• 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, un contacto inminente con el terreno), un motor sin FADEC puede generar un empuje significativamente mayor que su valor nominal, un motor con FADEC siempre operará dentro de sus límites. (Ver nota)

• Para diseñar, fabricar, instalar y mantener los sensores que miden y comunican los parámetros de vuelo y del motor al propio sistema de control, deben utilizarse procesos de ingeniería.
• Los procesos formales de ingeniería de sistemas se utilizan con frecuencia en el diseño, la implementación y las pruebas del software empleado en estos sistemas de control críticos para la seguridad. Este requisito impulsó el desarrollo y el 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 herramienta MBSE y se ha utilizado en el desarrollo de sistemas FADEC.

La NASA ha analizado una arquitectura FADEC distribuida en lugar de la centralizada actual, específicamente para helicópteros . Una mayor flexibilidad y menores costos del ciclo de vida son probablemente ventajas de la distribución. ^{[ 9 ]}

• Índice de artículos sobre aviación
• Acrónimos y abreviaturas en aviónica
• Unidad de control de combustible

• "Safran Electronics Canadá: FADEC y EEC" .{{cite web}}: CS1 maint: servicio de archivado obsoleto ( enlace )
• "Hispano-Suiza: Control Digital del Motor" . Archivado del original el 28 de septiembre de 2007.
• Título 14 CFR: Reglamento Federal de Aviación. FAA . 10 de marzo de 2007.
• El Harrier vuela con el Pegasus controlado digitalmente : un artículo de 1982 enla revista Flight International.
• Motores de control activo: un artículo de Flight International de 1988sobre motores FADEC.