FADEC全权限数字式电子控制

全权限数字式电子控制器全权数字式电子控制器(FullAuthorityDigitalElectronicController,FADEC)是负责起动、运转、关车的控制，监控与指示，数据提取。还记录存贮APU每次启动的参数和故障信息。

FADEC的核心是一台微处理器,其内部有四块印刷电路板：微处理器板，数模转换板,输入/输出滤波板和电源板。具有可靠性高、维护方便的特点。FADEC安装在飞机后货舱舱门的旁边，它是一个ARINC3/8的短盒，盒子后面的电接头J3，连接APU和飞机电气系统，用于APU的参数采集，以及控制、指示；前面板上有一个数字显示器、一个显示按钮和一个电插头（J1），当按下显示按钮，数字显示器会显示FADEC记录的12条滚动故障信息，前面板上的电插头J1用来和便携式计算机相联结，以提取FADEC内存贮的更多的信息。

航空发动机全权限数字式电子控制（FADEC）AFADEC(FullAuthorityDigitalEngineControl)isasystemconsistingofadigitalcomputer,calledanElectronicEngineControl(EEC),anditsrelatedaccessoriesthatcontrolallaspectsofaircraftengineperformance.FADEC=FullAuthorityDigitalEngineControl,orFADEC=FullAuthorityDigitalElectronicsControl

控制

1.启动控制

FADEC接到启动指令，即向点火激励器发出指令点火，同时发出指令使启动燃油活门打开，APU点火加速，当FADEC监测到APU转速达到50%N，同时EGT有50°F温升时，便控制主燃油电磁活门打开，并给主燃油伺服活门一个100mA的电信号，使活门全开，使APU加速增快；55%N时，FADEC关断点火激励器电源，停止点火；70%N时，关断启动电磁活门，APU由主活门供油加速到98%，这时FADEC由加速控制转为速度控制，通过加给主燃油伺服活门上的0～100mA的电信号，控制供油量，使APU平稳加速到100%N，并保持恒定。

2.运转与加载控制

APU正常运转、加载时，FADEC监控APU的排气温度（EGT）和转速（SPD）的变化，根据外界大气温度（OAT）、外界大气压力（OAP），经内部计算，控制加到主燃油伺服活门上的电信号的大小（0-100mA），控制供油量，使APU恒速。使用APU引气时，FADEC根据EGT变化，输出一个0～100mA的电信号加给引气伺服活门，控制引气活门的开度，从而最大限度地使用引气。

3.关车控制

FADEC关车控制有自动关车控制和人工关车控制两种。当FADEC探测到超转（>105%N）、低转（<97%N）、滑油温度高、滑油压力低、两个转速传感器全部失效、两个热电偶全部失效、EGT超温等故障信息时，经计算确认，启动自动关车程序，控制APU关车；当FADEC接到正常关车指令或是APU火警手柄拉出时，控制关断主燃油活门，并按人工关车程序关车。

监控与指示FADEC通过各种传感器监控APU的EGT、SPD，以及维护、失效故障等信息，经计算比较后，输出到P5板的仪表和指示灯。

信息记录及存贮FADEC记录12套APU启动关车运转参数（SPD、EGT、OAT、OAP、FF等），12条滚动信息和100条故障信息，存贮在其内部的NVM（静态存贮器）内，掉电信息不会丢失。

(1)在FADEC面板上通过按压故障显示按钮，面板上的数字显示器会显示FADEC记录的12条滚动故障信息代码。12次历史(HIST)循环将以每4～6秒一个循环的速率自动转动,在完成当前的历史信息后显示"END"。一个循环若没有故障/维护信息,将显示"OK"字头。在一些少于12次启动循环的情况下,将显示"N/A"。

(2)用手提电脑通过专用电缆和FADEC面板上的电插头J1相连接，利用汉密尔顿·胜特兰公司的专用软件(该公司提供的特种工具SundstrandP/NAGE70013orTM90354就是一台装有专用软件的笔记本计算机），可以下载NVM中存贮的所有信息，还可以在线观察APU启动、运转、关车的各种动态参数。

这些APU数据包括：APU启动次数、APU工作时间、APU序号、FADEC型号/序号、EGT、SPD、APU燃油流量、APU进气压力、APU进气温度、存在故障的FADEC代码、维护信息等。

FADEC的维护FADEC有上电自检功能，若其本身有故障，前面板上的数字显示器窗口将会显示故障代码"ECU"或黑屏。

当更换FADEC或发动机后，FADEC将记录并储存新的发动机序号（发动机上装有识别组件，向FADEC提供发动机序号），并抹去所有滚动信息。储存在NVM中的其他信息将被储存并能通过专用电脑下载。当FADEC通电后,发动机序号被存入FADEC的记忆体（NVM）中。EEC—FADEC功能：用数字信号控制相关阀门，进行稳态与瞬态智能控制，不再采用液压、机械液压或气压装置，燃油系统只剩下泵、控制阀、独立的切断开关以及最少量的必要的附加装置以防在电子系统失效时保证发动机的安全。

EEC—FADEC

控制系统EEC—FADEC发动机电子控制系统

EGT和转速是主要控制参数FunctionTrueFADECshavenoformofmanualoverrideavailable,placingfullauthorityovertheoperatingparametersoftheengineinthehandsofthecomputer.IfatotalFADECfailureoccurs,theenginefails.Iftheengineiscontrolledelectronicallybutallowsformanualoverride,itisconsideredsolelyanElectronicEngineControl(EEC).Whenstandingalone,theEECmakesallofthedecisionsuntilthepilotwishestointervene.FADECworksbyreceivingmultipleinputvariablesofthecurrentflightconditionincluding,throttleposition,enginetemperatures,enginepressuresandmanyothers.TheinputsarereceivedbytheEECandanalyzedupto100timespersecond.Engineoperatingparameterssuchasfuelflow,statorvaneposition,position,andothersarecomputedfromthisdataandappliedasappropriate.TheFADEC'sbasicpurposeistoprovideoptimumengineefficiencyforagivenflightcondition.FADECalsoallowsthemanufacturertoprogramenginelimitationsandreceiveenginehealthandmaintenancereports.Forexample,toavoidexceedingacertainenginetemperature,theFADECcanbeprogrammedtoautomaticallytakethenecessarymeasureswithoutpilotintervention.航空发发动机机先进进控制制概念念及最最新进进展FADEC概况FADEC利用数数字式式电子子控制制系统统的极极限能能力来来完成成系统统所规规定的的全部部任务务，是是高性性能飞飞机发发动机机以及及一体体化控控制必必然采采取的的控制制形式式，是是该领领域的的发展展方向向和研研制重重点。。FADEC系统包包括燃燃油泵泵系统统，主主燃油油、加加力燃燃油计计量装装置，，放气气活门门控制制，变变几何何位置置作动动，叶叶尖间间隙主主动控控制，，传感感器，，专用用电源源发电电机以以及电电子控控制器器等完完整的的控制制系统统。FADEC的优点点（1）提高高发动动机性性能。。FADEC的计算算能力力强、、精度度高，，能够够在整整个飞飞行范范围发发挥发发动机机的最最佳性性能；；能够够改善善发动动机的的启动动和过过渡特特性；；能够够改善善发动动机安安全保保护。。FADEC的数值值计算算和逻逻辑判判断能能力可可在更更合理理的范范围选选择控控制规规律；；容易易实现现发动动机控控制方方案的的变动动，通通过修修改软软件就就可以以寻找找最佳佳控制制性能能。（2）降降低燃燃油消消耗量量。由由于FADEC可实现现发动动机的的最佳佳控制制，因因此，，发动动机控控制器器更换换时，，可减减少乃乃至不不需要要调整整运转转，加加之慢慢车转转速的的闭环环控制制、引引气最最佳化化，结结合自自动油油门等等措施施，能能够减减少燃燃油消消耗。。（3）提提高可可靠性性。由由于采采用余余度技技术、、故障障诊断断、恢恢复功功能，，而且且减少少了超超温、、超转转、过过应力力等情情况，，使发发动机机的可可靠性性提高高。（4）降降低成成本。。由于于包括括自测测试、、诊断断、记记忆等等功能能，可可实施施计算算机辅辅助故故障诊诊断，，给维维护带带来方方便。。加上上更换换控制制装置置不需需要调调整运运转，，使发发动机机维修修成本本降低低。（5）易易于实实现发发动机机状态态监控控，易易于实实现与与飞机机控制制的一一体化化。BasiccomponentsofFADECTwoElectronicControlUnits(ECUs)HealthStatusAnnunciator(HSA)FADECSensorset(1)SpeedSensorAssembly(SSA)(4)CylinderHeadTemperature(CHT)(4)ExhaustGasTemperature(EGT)(2)ManifoldAirPressure(MAP)(2)ManifoldAirTemperature(MAT)(2)FuelPressureSensors(1)ThrottlePositionSwitch(WOT)Systemcontinuouslymonitorsandcontrolsignitiontiming,fuelinjectiontiming,andfuel-to-airratiomixtureTherefore,aFADECequippedenginedoesnotrequiremagnetosandeliminatestheneedformanualfuel/airmixturecontrol.HistoryThegoalofanyenginecontrolsystemistoallowtheenginetoperformatmaximumefficiencyforagivencondition.Thecomplexityofthistaskisproportionaltothecomplexityoftheengine.Originally,enginecontrolsystemscomprisedsimplemechanicallinkagescontrolledbythepilot.Bymovingthrottleleversdirectlyconnectedtotheengine,thecouldcontrolflow,poweroutput,andmanyotherengineparameters.Followingmeansofenginecontrolcametheintroductionofenginecontrol.Analogelectroniccontrolvariesanelectricalsignaltocommunicatethedesiredenginesettings.Thesystemwasanevidentimprovementovermechanicalcontrolbuthaditsdrawbacksincludingcommonelectronicnoiseinterference.Thissystemwaspioneeredinthe1960sandfirstintroducedasacomponentoftheOlympus593Engine.Followinganalogelectroniccontrol,theclearpathwasdigitalelectroniccontrol.Laterinthe1970sandexperimentedwiththefirstexperimentalFADEC,firstflownonanfittedwithahighlymodifiedleftengine.TheexperimentsledtoandbeingthefirstmilitaryandcivilenginesrespectivelyfittedwithFADECandlatertheasthefirstcommercial"dualFADEC"engine.随着着航航空空技技术术现现代代化化的的不不断断发发展展，，对对飞飞机机动动力力的的发发展展提提出出了了更更高高的的要要求求，，发发动动机机控控制制系系统统也也已已由由原原来来的的机机械械、、液液压压控控制制发发展展为为数数字字式式电电子子控控制制系系统统直直至至全全权权限限数数控控系系统统。。国外在20世纪70年代就开展展航空发动动机数字电电子控制的的研究，80年代这项技技术逐步进进人应用阶阶段。目前前90年代国外新新研制的航航空发动机机几乎全部部使用了数数字式电子子控制系统统，我国开展这这项工作起起步并不晚晚，也始于于20世纪70年代，但进进展一直较较缓慢。为为了加快这这项工作进进度，80年代中·试飞院用一一架歼8II改装为FADEC控制系统试试验机，并并开展了相相应的飞行行试验研究究。国内于于90年代开始发发动机数字字式控制系系统的研制制。我国航空发发动机实现现数控跨越越《科学时报》2004.5.27由成都航空空仪表公司司研制的某某型FADAC试飞成功。。这种电子子控制器是是为贵航发发动机设计计所的某航航空发动机机(wp13)系统配套研研制的。在中国飞行行试验研究究院进行的的系统验证证试飞过程程中，作为为核心控制制部件的该该电子控制制器配合数数控系统顺顺利完成了了所有规定定科目试飞飞考核。该该系统成功功实现了发发动机由机机械电气控控制到数字字计算机控控制的转变变，同时对对提高发动动机作战性性能、提高高发动机工工作安全性性和可靠性性、减小飞飞行员操作作强度等有有显著的效效果，使我我国发动机机的控制技技术达到更更高的水平平。614所航空动力控控制系统研研究所(无锡614所)成立于1975年.航发控制系系统设计、、研究、试试验、制造造、修理、、服务的科科研机构。。FADEC研究shi主要专业。。六一四所科科技队伍实实力雄厚，，人员结构构以中青年年为主体，，本科以上上181名，25名博硕士；；研究员19名，其中享享受“政府府特殊津贴贴”的14人，高工53人。是中航唯一一的FADEC重点实验室室，实验室室中有先进进的系统研研究、环境境试验、数数字仿真和和物理实验验设备。目目前，已具具备进行FADEC总体设计、、软件开发发、硬件设设计、可靠靠性设计、、仿真技术术等方面的的研究能力力，已为我我国研制出出多种型号号的FADEC系统，并在在余度设计计、建模与与验模技术术、数据采采集与监控控技术、故故障检测技技术、CAD/CAM设计等方面面取得了重重大突破，，获得了多多项部级和和国家级成成果。六一四研究究所依托长长期从事发发动机研究究的技术基基础，加强强科技开发发和科研成成果转化，，现有52个科技项目目及多项技技术获科研研成果奖，，有一批科科技成果已已转化为民民用高科技技产品。Thissystemwaspioneeredinthe1960sandfirstintroducedasacomponentofthe593Engine.Theanalogelectroniccontrolsystemwaspioneeredinthe1960sandfirstintroducedasacomponentoftheOlympus593Engine.英国《防务新闻》2003年10月由FADEC国际公司研研制和生产产的第一个个全权数字字电子发动动机控制装装置FADEC3已装在GE90-115B发动机上完完成了取证证工作。中部的白色色盒子就是是FADECF404-GE-IN20罗·罗公司发展展先进大型型发动机用用FADEC设备[美国《航空周刊与与航天技术术》2004年6月7日刊报道]目前，罗·罗公司正在在发展一种种可改善功功能、提高高处理速度度同时降低低成本的先先进大型发发动机用FADEC系统。罗·罗公司正自自筹资金与与古德里奇奇（Goodrich）公司一起起发展这种种称为推进进控制与监监视装置（（PCMU）的新设备备。同时，，该公司还还在美国海海军的“先先进鹰眼””计划下，，发展一种种相似的T56发动机控制制系统。这这两个计划划将协同发发展。罗罗·罗公司的目目标是为其其整个大型型发动机系系列（包括括AE2100涡桨发动机机、AE3007涡扇发动机机的军用型型和AE1007倾转旋翼发发动机）发发展一套通通用的FADEC硬件（不过过是单独的的硬件）。。该计划的的目标是建建立一个集集发动机控控制和监视视能力于一一身的双通通道单个箱箱体的FADEC设备。罗·罗公司目前前的FADEC是20世纪80年代的单通通道设备，，没有监视视发动机的的能力。该该推进控制制和监视设设备的目标标是：•使处理器速速度比现有有的FADEC提高12倍；•与目前具有有只读记忆忆和错误代代码储存能能力的FADEC相比，记忆忆能力提高高32~64倍•发展一种全全功能的发发动机和推推进器监视视能力；•从单通道的的双箱体结结构转变为为双通道的的单箱体设设计；•采用图形到到代码的系系统，该系系统可根据据流程图生生成用ADA和C+语言编写的的软件。这这种方法法大大提高高了软件效效率，当改改型发动机机时，可降降低发展新新控制系统统的成本和和缩短研制制时间。该计划从从2003年年初开开始，第第一步是是对罗·罗公司的的现有发发动机包包括TAY611、遄达500和RTM322的FADEC硬件进行行认真研研究。这这样，新新的FADEC将具有与与遄达500发动机FADEC相同的处处理器。。罗罗·罗公司发发展这种种新设备备的方法法是制造造和试验验硬件样样机、获获得硬件件的特殊殊要求，，然后进进行初始始和关键键的设计计审查。。初始硬硬件的概概念设计计于2003年2月结束，，第一台台设备于于11月研制出出来用于于试验。。然后完完成了硬硬件/软件的综综合，2004年1月和2月，进行行了一个个实时的的发动机机模拟校校验。在在45天的时间间里，罗罗·罗公司用用一种只只能控制制速度和和功率的的功能有有限的样样机系统统分别运运行了一一台AE2100、一台AE3007和一台AE1107发动机。。罗罗·罗公司将将继续进进行PCMU和“先进进鹰眼””的工作作。后者者从4月开始，，初始设设计评审审在8月进行，，关键设设计评审审在2005年2月进行，，首台发发动机试试验将在在2005年10月开始。。PCUM的初始设设计评审审将在10月份进行行，关键键设计评评审将在在2005年4月进行。。（中国国航空信信息中心心胡晓晓煜）LowVoltageHarnessFigures3-2and3-1inFADECmanualConnectsallessentialcomponentsofFADECFuelInjectorCoilsandallsensors(exceptSSA,FuelPressure,ManifoldPressure)arehardwiredtothelowvoltageharnessAllinformationfromsensorswillflowtotheElectronicControlUnitsfordataprocessingandanalysisElectronicControlUnit(ECU)3-7to3-9inFADECmanual“Brain”oftheEngineControlSystemECUdividedintoanupperandlowerportionLowerportioncontainstheElectronicCircuitBoardthatprocessesalldataUpperportioncontainstheignitioncoilsforthesparkplugs(eachECUhas(4)coils)ECUcont’dTheelectroniccircuitboard(lowerportion)ofeachECUcontains(2)independentmicroprocessorcontrollerswhichserveascontrolchannels(1)controlchannelisassignedtooperateasingleenginecylinder(thusoneECUperpairofcylinders)ECU#1controlsopposingcylinders1&2…ECU#2controlsopposingcylinders3&4ECUcont’dControlchannelwillreceivethesensorinputsandmonitoranychangesControlchannelwillusetheseinputstopreciselytrimthefueltoairratiogoingintoeachcylinderTherefore,thecontrolchannelsalloweachcylindertobeindividuallyleanedorenrichedECUcont’dIfonecontrolchannelfailswithinanECUtheothercontrolchannelcanoperateit’sassignedcylinderaswellastheopposingcylinderasbackupcontrolforfuelinjectionandignitiontimingAllcriticalsensorsareredundantwithonesensorfromeachtypeconnectedtoacontrolchannelindifferentECUsSyntheticsoftwaredefaultvaluesarealsousedshouldbothsensorsofaredundantpairfail…therefore,FADECwillalwayshaveavaluetoworkoffofsoitcaninjectanaverageamountoffueltothecylinderHealthStatusAnnunciator(HSA)HSAcont’dConsistsof(5)lightsonpanelandWOTHSAprovidesinformationregardingthestatusoftheFADECsystemWehavethe2-lightsystemdisplayreferencedinthemanualplusadditionalindicatorsasseenontheHSAHSAwillnotgiveyouawarningorcautionlightforOILtemp/pressureorALTFAILHSAlightsFADECWARN:EngineFailuremaybeimminent,morethan(1)cylinderisaffected…landASAPFADECCAUTION:99.99%ofinstalledcomponentsareworking.Noimmediateactionisreq’d.MostcommonexampleisabadEGTsensor…allsensorsareredundantANYTIMEYOUGETAWARNINGORCAUTIONREFERTOVM1000…thisisawindowintowhatFADECseesHSAlightscont’dPPWRFAIL:PrimaryBatteryisnotbeingcharged,willbeaccompaniedbyEBATFAIL…youwillstartdrainingbothbatteriesandhaveatleast60minutestoland.YoursecondarybatterywillonlypowerFADEC,AI,andTurnCoordinatorEBATFAIL:BackupBatterynotbeingcharged,everythingcanrunfromPrimaryPowerSource/BatteryHSALightscont’dFUELPUMP:illuminateswhenFuelBoostPumpModeSwitchisinONorOFF.Ifthislightisilluminateditmeansthatyouaremanuallycontrollingthefuelpumporthatthefuelpressureisoutofthe20-40psirange.IlluminatesforelectricdrivenfuelpumpaswellasenginedrivenpumpWOT:belowHSApanel.IlluminateswhenThrottlePositionSwitch(TPS)iscontacted(fullthrottle),signalsenttoECUthatmaxpowerisreq’dwhichcausesFADECtosetfueltoairratioforBestPowerFADECIgnitionSystemConsistsofhighvoltageharnessandsparkplugs(2plugspercylinder)Employsawastesparkignitionsystem-plugsfireonceoncompressionandonceonexhaust...thiskeepsplugscleanECU#1firestopandbottomsparkplugsforcylinders1&2ECU#2firestopandbottomsparkplugsforcylinders3&4PowerSuppliesPrimaryPowerSource(PPS)-14v60ampalternatorand12v25AhLeadAcidtypebattery(locatedaftbaggagecompartment)SecondaryPowerSource(SPS)-12v7AhLeadAcidtypebatteryPPSandSPShaveseparatesetofbreakersandthepowersupplycircuitsareseparatedBatteryconditionmonitorwillilluminateHSAwithPPWRFAILorEBATFAILtoalertpilotofpossiblepowersupplylossPowerSuppliescont’dFADECoperatesoffofprimarypowersourcewithalternatorindefinitelyAlternatorfails-FADECwilluseprimarybatteryuntil12vthenwillcyclebetweenusingPPSandSPSeveryvolt(FADECalwayslookingforbestpowersource)untilbatteriesaredrainedFADECcanoperateonSPS(akabackuporemergencybattery)foratleast1hourSPSisonlytosupplypowertoFADEC(AIandTCwillalsowork)andcannotbeusedforstartingFADECSystemRedundancyPowerSupplies(PPSandSPS)Ifacontrolchannel(CC)hasafault,theotherCCwithinthesameECUiscapableofoperatingitsassignedcylinderaswellastheothercylinderexperiencingthefaultAllsensorsareredundantwithonesensorfromeachpairconnectedtochannelsindifferentECUs.SyntheticsoftwaredefaultsareusedincaseofsensorfailureREVIEWFADECutilizeasetofredundantsensorslinkedtotherespectiveECUECUthenusesdatatoanalyzeandcontroltheignitiontiming,fuelinjectiontimingandfueltoairratioforeachcylinderFADECispoweredby3sources:alternator,primarybattery,emergencybattery…FADECneedsonly1powersourcetooperateReducesapilot’s“busywork”15%morefuelefficiencythancorrectandaccurateconventionalmixturecontrolLowVoltageHarnessFADEC的最新研究进进展目前的发动机机控制系统是是集中式余度度FADEC，所有的控制制规律处理和和计算、余度度管理以及输输入/输出信号的滤滤波和处理都都经由FADEC进行，控制系系统中最重的的是引线和接接头。未来的FADEC将采用分布式式控制系统，，与集中式FADEC相比，引线数数、接头数和和重量分别由由2214kg、112kg和134kg减少到320kg、80kg和