Fadec

FADEC (Full Authority Digital Engine Control) Protocolo de Tesis Para acreditar la materia de Expresion Oral y Escrita

Por Arturo de los Rios Torrecillas

Asesor: Erla López Ruíz

Colón, Querétaro a 14 de abril de 2016

Índice

Página

Planteamiento del problema ………………………………………….. 3

Marco teórico ………………………………………………………… 6

Metodología …………………………………………………………….12

Resultados esperados ……………………………………………………13

Referencias bibliográficas ……………………………………………….14

2

CAPITULO I PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

3

Planteamiento del problema

Objetivo Analizar el funcionamiento del FADEC (Full Authority Engine Control) y los distintos grupos queue convergent a ester sistema de control digital y las funciones escenciales de este mismo.

Preguntas de Investigación 1.- ¿Qué es el FADEC? 2.- ¿Cómo es el funcionamiento del FADEC? 3.- ¿Cuáles fuerón las ventajas después de implementar este sistema? 4.-¿ Cuáles son las medidas realizadas por el FADEC? 5. - ¿Cuáles son las aplicaciónes del FADEC en la electrónica digital de las aeronaves? 6.- ¿Para qué sirve la terminal de datos (HDT)? 7.- ¿Cuál es la arquitectura del sistema FADEC ?

4

Justificación La electrónica digital en las aeronaves es totalmente indispensable para que el avión tenga en regla todos los sistemas de seguridad del avión y las funciones activadas electrónicamente, uno de ellos es el FADEC. El conocimiento de la existencia de este sistema digital es de mucha importancia para cualquier persona que se este desarrollando en un entorno profesional aeronáutico ya que este sistema esta en la mayor parte de los aviones comerciales. Este dispositivo encargado de controlar los motores tiene una compleja pero interesante manera de funcionar por lo cual es de vital importancia saberlo. Este sistema se encarga de funciones muy importantes en el avión como lo son: calcular la cantidad exacta de combustible que se introduce en la cámara de combustión del turborreactor, gestiona otras funciones tales como la inversión de empuje, la presentación de datos en la cabina de vuelo, sistema de encendido, etc. La meta de cualquier sistema de control del motor es permitir al motor llevar a cabo la eficiencia máxima para una determinada condición. Originalmente, los sistemas de control de motor consistían en solo vínculos de conexiones mecánicas al motor. Moviendo estas palancas el piloto o ingeniero de vuelo podían controlar el flujo de combustible, salida de energía y muchos otros parámetros del motor. El Sistema FADEC tiene innumerables ventajas en el funcionamiento del motor del avión, algunas de ellas son: • Generar ahorro de combustible en un 15%. • Disminuir el trabajo de mantenimiento del motor. • Generar confiabilidad. • Preservar la vida del motor. En un motor de encendido por compresión de la FADEC opera de manera similar y realiza todas las funciones del mismo, excepto aquellos específicamente relacionados con el proceso de encendido por chispa. El sistema FADEC elimina la necesidad de magnetos, el calor del carburador, los controles de mezcla y preparación del motor. Una sola palanca del acelerador es característico de una aeronave equipada con un sistema FADEC. El piloto sólo mueve las posiciones de la palanca del acelerador a una muesca deseada, como principio de energía en reposo de crucero, o la potencia máxima, y el sistema FADEC ajusta el motor y la hélice de forma automática para el modo seleccionado, no hay necesidad de que el piloto haga nada para el seguimiento o control de la mezcla aire / combustible. Durante las aeronaves de partida, el FADEC acopla los cilindros, ajusta la mezcla, y las posiciones del acelerador basado en la temperatura del motor y la presión ambiente. Durante el vuelo de crucero, el FADEC controla constantemente el motor y ajusta el flujo de combustible y tiempo de encendido de forma individual en cada cilindro. Este control preciso del proceso de combustión a menudo resulta en disminución de consumo de combustible y mayor potencia. El sistema FADEC se considera una parte esencial del control de motor y la hélice, y puede ser accionado por el sistema eléctrico principal de la aeronave. En muchos aviones, FADEC usa la energía de un generador conectado al motor. En cualquier caso, debe haber una fuente de respaldo eléctrico disponible porque el fracaso de un sistema FADEC podría resultar en una pérdida total de empuje del motor.

5

CAPITULO II MARCO TEÓRICO

6

Marco Teórico El FADEC (Full Authority Digital Engine Control) es un sistema de control para turbina de gas. Su principal función es la de controlar la bomba de combustible, proporcionando al motor la cantidad de queroseno necesaria para su funcionamiento teniendo en cuenta la temperatura de escape, la posición del mando del gas y la presión en cámara. También incorpora todas las protecciones necesarias para garantizar que el motor se mantenga entre sus parámetros de funcionamiento, llegando a parar el motor al detectarse una anomalía importante. Para realizar su cometido, el FADEC dispone de un sensor de presión, una conexión para termopar, una conexión al receptor de radio tipo servo con la información del mando de gas y la alimentación, una conexión de datos digitales de programación y lectura, la conexión de potencia hacia la bomba de combustible y la toma de batería de la misma. Las medidas realizadas por el FADEC son: • Presión de cámara. • Temperatura de escape. • Voltaje de la batería de la bomba. • Anchura del impulso del transmisor de radio. • R.p.m. Todas las medidas que el FADEC realiza pueden leerse en un terminal de mano, que se conecta al FADEC por un conector especial, o bien en un ordenador personal. El FADEC es totalmente programable por el usuario para adaptar los márgenes de funcionamiento de cada motor concreto. Los parámetros de configuración son escritos en el FADEC por el terminal de mano o el PC. Los parámetros programables por el usuario son: • Presión máxima de funcionamiento. • Presión de ralentí. • Presión mínima o de paro. • Temperatura máxima. • Temperatura de arranque/minima. • Posición del mando de gas en potencia máxima. • Posición del mando de gas en ralentí. • Posición del mando de gas en paro. • Velocidad de aceleración/desaceleración. • Punto de arranque de la bomba. • Pendiente de arranque. El FADEC también incorpora un sistema de arranque semiautomático. Para arrancar, el usuario debe de subir el trim de la radio y dejar el stick en posición de ralentí. El piloto (LED) del FADEC se ilumina, indicando el estado de “listo para el arranque”. Una vez en esta posición, se debe abrir el gas, encenderlo y aplicar el arrancador. Cuando el FADEC registra una temperatura de escape superior a la mínima programada el indicador LED empieza a parpadear y el sistema empieza a bombear combustible al motor, subiéndolo de potencia hasta que se alcanza el régimen de ralentí. Esta condición final se señaliza apagando el LED. La potencia mínima de lo bomba y la velocidad de aceleración en arranque son parámetros programables por el usuario.

7

Terminal de datos. (HDT) El terminal de datos es la herramienta especifica diseñada para programar el FADEC, aunque puede hacerse con un PC. Físicamente es una caja de 100x75x35 con un display de cristal líquido de 16 caracteres por 2 filas y cuatro botones. Gracias a su bajo consumo se alimenta directamente del FADEC, no siendo necesarias baterías. Aparte de los circuitos de visualización y mando, también incorpora una Interface RS-232 para la conexión del sistema con un PC. Aunque todas sus funciones pueden hacerse con un ordenador personal, es mucho más práctico que éste en el campo de vuelo ya que ocupa poco espacio, no necesita batería, es legible incluso a pleno sol y es mucho más robusto. Interface RS232 El interface RS232 adapta la señal digital del FADEC al estándar RS232 para su conexión a un puerto serie de ordenador personal. Este complemento no es necesario en caso de disponer del terminal de datos, ya que este lo incorpora internamente. Batería de la bomba El FADEC necesita para su funcionamiento dos alimentaciones diferentes. Una se toma del receptor de radio a través de la toma del receptor como un servo standard y la otra es la batería que alimenta la bomba. En ningún caso puede funcionar con una sola batería, ni se pueden unir los negativos de las dos baterías, ya que se producirían graves daños internos en el FADEC. Asimismo, la inversión de la polaridad de la bateria provoca la destruccion de los semiconductores del FADEC. El FADEC admite voltajes de la batería de la bomba entre 2 V y 15 V. La elección del número de elementos de la batería se debe hacer teniendo en cuenta la necesidad real del motor de la bomba funcionado la turbina a plena potencia. Receptor de radio El FADEC se conecta al receptor del avión como un servo standard en el canal del gas, recibiendo de éste la información del mando del gas y la alimentación. Termopar El FADEC funciona con un termopar de tipo “K”, apto hasta 1100ºC. El termopar standard suministrado consiste en un alambre de Inconel de 1.5mm de diámetro y 0.5m de largo acabado en un conector para su conexión directa al FADEC. La instalación recomendada consiste en practicar un taladro de 1.5 mm en la tobera de escape del motor e insertar la punta del termopar de manera que sobresalga unos 2mm dentro del flujo de los gases de escape. En el caso de que el motor presente zonas más calientes que otras en el escape (hot spots), el termopar se instalará en la zona más caliente.

8

Bomba de combustible La bomba de combustible se debe de desparasitar con 3 condensadores de 10 Kp cerámicos, uno entre los terminales y los otros dos entre cada terminal y la carcasa del motor. Hay que vigilar que la bomba no tenga demasiado rozamiento y que el arranque sea suave. Hay algún modelo de bomba en el mercado en el que el motor arranca bruscamente y es muy difícil de controlar a bajas revoluciones. El consumo típico de una bomba en condiciones normales instalada en una KJ-66 es de 1A en ralentí y de 2A a potencia máxima. Los mejores resultados se han conseguido en bombas basadas en el motor “Speed 300” de Graupner. Toma de presión El FADEC necesita conocer la presión del compresor para calcular la velocidad del motor. Normalmente la muestra de presión se toma con una “T” de la salida de presión hacia el deposito de aceite. Aunque el sensor de presión es de grado automoción y puede soportar aceites standard, no es recomendable que el aceite vaya hacia el mismo, ya que algunos aceites pueden llevar aditivos que pueden dañar al sensor. El llenado del tubo de toma de presión con aceite también provoca que haya un retraso en la medida de la presión que puede provocar un funcionamiento inestable del motor. Circuito de combustible Es imperativo instalar el circuito de combustible con “bypass”. Este consiste en una “T” instalada entre la bomba y la turbina que permite devolver el combustible al depósito, regulando el caudal de este a través de una válvula ajustable. Este ajuste permite limitar el caudal máximo de combustible hacia el motor, permitiendo adaptar el máximo de la bomba al necesario para el motor. También tiene una función de protección, ya que en caso de avería del FADEC nunca llegará al motor más combustible del máximo permitido. Sensor de velocidad a infrarrojos La instalación del sensor de velocidad es opcional en el sistema. El FADEC no necesita esta información para regular el motor, por lo que si el FADEC va a usarse sólo en un avión, no es necesario instalar el sensor.

9

FADEC. Manual de instalación y ajuste. (2016). Ilustración del sensor de velocidad de infrarojos. [Figura]. Recuperado de http://www.espiell.com/fadecinc.pdf

Arquitectura básica del Sistema FADEC Los sistemas de control electrónico de la gestión del motor de reacción han permitido un desarrollo muy notable en cuanto a la eficiencia de su funcionamiento. El desarrollo inicial de estos sistemas dio lugar a los denominados reguladores de supervisión, es decir, los dispositivos de control que actuaban en paralelo con el piloto. Su función consistía en supervisar y, en determinadas circunstancias, limitar acciones del mismo sobre la unidad hidromecánica (Figura 1). Aunque actualmente están en desuso, permitieron el desarrollo de los modernos sitemas de control. La arquitectura básica del sistema FADEC se articula en entorno a los siguientes dispositivos: Calculador electrónico (ECU, EEC, etc.), que centraliza el control electrónico del sistema. Interfaces, que permiten la comunicación entre el ECU, el motor y otros sistemas. Sensores, que aportan la información necesaria acerca de las condiciones de funcionamiento del motor. HMU, que ajusta el gasto de combustible requerido por el motor para cada régimen de funcionamiento. Alternador propio, que alimenta eléctricamente el sistema deforma independiente.

10

Figura 1. Unidad hidromecánica. En motores de reacción y turbinas de gas (p. 210), por B. G. Belmonte, 2015, España: Derechos de autor [2015] por paraninfo. 1.* edición.

Actuadores Para poder ejecutar órdenes de acción de la ECU sobre los diferentes sistemas del motor, existen diversos actuadores según el dispositivo sobre el que se pretende actuar. A su vez, estos actuadores están comandados por un conjunto de servoválvulas o servomotores que regulan el flujo del fluido hidráulico. Como fluido para los actuadores se utiliza fundamentalmende combustible derivado de la linea principal del sistema de combustible que llega a la HMU. Este comobustible se denomina servofuel.

11

CAPITULO III METODOLOGÍA

12

CAPITULO IV RESULTADOS ESPERADOS

13

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

14

Referencias bibliográficas Borja Galmés Belmonte. (2015). Motores de reaccion y turbinas de gas. España: Paraninfo. Experimental Aircraft Info. (2015). Estudios de caso. 11/04/2016, de EAL Sitio web: http://www.experimentalaircraft.info/articles/aircraft-engines-fadec.php Espiell. (1999). estudios de caso. 11/04/2016, de espiell Sitio web: http://www.espiell.com/fadecinc.pdf

15