发动机大脑是俗称,专业名称“全权限数字发动机控制”FADEC(full authority digital engine control),飞机发动机的指挥控制全靠它,当今的飞机如果没有它,发动机就挂了, 当然它失效的可能性几乎没有,人们在设计它的时候已经充分考虑了余度和安全。本文介绍的是当今世界上的主流民机发动机的FADEC.FADEC主要的核心计算机是EEC (electronic engine controller) 或者叫ECU(engine control unit), 通常,PW, IAE, RR 发动机上叫EEC, CFM,GE发动机上叫ECU.
发动机控制系统的目的是在给定的条件下让发动机发挥出最大的效能。原来的发动机控制是通过机械的方式连接在发动机上,飞行员通过油门杆控制燃油流量,动力输出。后来机械式逐渐的被模拟电子发动机控制取代。模拟电子控制改变电信号以传达期望的发动机设置,该系统较机械控制来说已经有明显改善,但是也有其缺点,包括常见的电子噪声干扰和可靠性问题。上世纪60年代,超音速协和客机中采用和引入了全权模拟控制作为“奥林帕斯”593Mk610涡轮喷气式发动机的一个组件,该发动机由罗罗和斯奈克玛联合研制。
继模拟电子控制后,就进入了数字式控制系统FADEC的时代。1968年,罗罗公司与Elliott Automation合作建立国家燃气涡轮研究院,研制了一台数字式发动机控制系统,在一架罗罗 Olympus Mk 320上完成了数百小时的运行。1970年代末期,NASA与普惠公司试验了首个实验性FADEC,首次飞行在一架F-111土豚轰炸机上进行,它搭载了一台高度改装的普惠TF30发动机。
此实验使F100和惠普PW2000分别成为首个装有FADEC的军用和民用发动机,随后的普惠PW4000是第一款商用“双FADEC”发动机,FADEC的厂家就是当时的Hamilton Standard。
FADEC接收处理当前的大量飞行数据,包括空气密度,油门杆位置,发动机温度,发动机压力等,EEC或者ECU以每秒70次的速度分析处理这些输入数据, 进而来控制发动机的操作参数,比如燃油流量,可调静子叶片的位置,放气活门的位置。 FADEC也控制发动机的启动,重启动等。总而言之,FADEC的作用就是在给定的飞行条件下控制发动机达到最优的效率。
FADEC的优势
· 更好的燃油效率
· 发动机自动保护,避免超范围操作
· 多通道FADEC计算机可在发生故障时提供冗余,从而更加安全
· 无需担忧的发动机操控,保证推力的设置
· 通过对FADEC重新编程,可以使用一种发动机满足广泛的推力要求
· 提供半自动引擎启动
· 发动机与飞机系统有更好的系统集成
· 可以提供发动机长期健康监测和诊断
· 控制过程中使用的外部和内部参数的数量增加了一个数量级
· 减少机组人员需监视的参数数量
· 由于监测的参数数量很大,FADEC使得“容错系统”成为可能(系统在一定的有故障的构型下,系统仍然在要求的可靠性和安全限制内运行)
· 减轻重量
FADEC的劣势
· 全权数字式发动机控制装置没有手动超控,发动机的操作参数被完全授权给计算机。
o 如果发生FADEC全面失效,则发动机失效。
o 在FADEC全面失效后,飞行员无法手动操控发动机的重启、油门等功能。
o 冗余FADEC可以缓解单点故障风险(假设故障是随机硬件故障,而不是设计或制造错误的结果。否则相同的所有冗余组件中可能出现相同的故障)。
· 与机械液压式、模拟或手动控制相比,系统复杂性高。
· 高度复杂的系统开发和验证工作。
· 在危机事件(例如临近撞地)中,非FADEC发动机可以输出比额定推力大得多的推力,而FADEC发动机始终在其极限内运行。
以下罗列的是主要民机发动机的FADEC EEC/ECU的供应商,由于资料有限,数据并不详尽。谈到FADEC供应商,首先想到的就是公司名字里有FADEC的两个公司,FADEC INTERNATIONAL 和 FADEC ALLIANCE. 两公司的背后是BAE SYSTEMS, SAFRAN 和GE,几大公司在竞争中又协力合作,用下图可以理清他们之间的关系。
FADEC International
安装的发动机型号和支持的空客飞机
安装的发动机型号和支持的波音飞机
FADEC Alliance
FADEC Alliance是 FADEC International 和GE于2012年成立的合资公司, 这样就帮助GE更多地介入了FADEC的生产,SAFRAN和BAE Systems负责监督FADEC Alliance的ECU的研发生产和维修,GE负责对FADEC Alliance的资金和设计规范提供支持。FADEC Alliance本身侧重于对产品的推广和服务。FADEC ALLIANCE研发制造了最新的LEAP发动机的FADEC. 空客320neo 和波音 737 MAX 已经投入运行,庞巴迪的Global 7000 将于2018年投入运行. 中国商飞COMAC C919 期望于2021年投入运行. SAFRAN称新一代FADEC叫FADEC 4,BAE Systems称新一代FADEC叫LEAP FADEC
安装的发动机型号和支持的飞机
BAE System Commercial Aircraft Solutions
BAE Systems有30多年的军机民机FADEC设计经验,分别和赛峰(SAFRAN)建立了合资公司FADEC International, 和赛峰(SAFRAN)通用电气(GE)建立了FADEC Alliance,是全球FADEC的设计研发生产领导者,广泛用在大约30000台GE和CFM International发动机上,涉及飞机制造商空客,波音,庞巴迪,安博威。是下一代 CFM LEAP和GE9X发动机的FADEC供应商。其中CF34 FADEC是由BAE SYSTEM单独生产提供服务支持的。
CF34 FADEC
安装的发动机型号和支持的飞机
CF34-8C
CF34-8E
CF34-10E
Bombardier CRJ 700, 900, 1000
Embraer 190, 195
Safran Electronics & Defense (原Sagem公司)
Safran Electronics & Defense, 即之前的Sagem 公司, 法国公司,专注于光电子,航电,电子系统,是法国赛峰集团的十个实体之一。Sagem通过合资公司所生产的FADEC装机在今天超过10000架商用飞机上。
UTC aerospace systems (原Hamilton Sundstrand公司)
Hamilton Standard是世界上首个投入商业运行普惠PW2037发动机波音757的FADEC制造商,也是军用第一个普惠F100发动机F-15战斗机的FADEC制造商。1999年 Hamilton Standard 和 Sundstrand Corp.整合形成了Hamilton Sundstrand. 2012年, Hamilton Sundstrand 和Goodrich Corporation 整合形成了今天的UTAS(UTC Aerospace Systems).
安装的发动机型号和支持的飞机
Rolls-Royce Controls and Data Services Limited
2008年,罗罗是位于GE之后PW之前的第二大发动机制造商,但是罗罗发现她可能在发动机控制方面落后于竞争对手,当时的罗罗和Goodrich看到了合作的机会,成立了一个公司Aero Engine Controls。 但是2012年随着Goodrich被UTC收购之后,罗罗宣布收购了Aero Engine Controls的全部Goodrich股份,这样Aero Engine Controls就成为了罗罗的全资子公司。2014年罗罗将Aero Engine Controls和旗下的 Optimized Systems and Solutions (OSyS)整合形成了今天的Controls and Data Services (CDS).
安装的发动机型号和支持的飞机
以上就是当今世界主流的民机发动机的FADEC概述,资料有限错误难免,欢迎留言更正补充。下面罗列的是其他的一些可以做FADEC的公司,具体产品和支持的机型不做过多探讨。