航空活塞发动机的FADEC系统简介

FADEC(Full Authority Digital Electronic Control)系统通常称为系统通常称为 “ 全权限数字电子控制 ” ,由于其各方面性能显著优于传统机械液压式控制系统,故而在民用航空燃气涡轮发动机上得到了普遍且成熟的应用,在航空活塞发动机上也有较少应用。
FADEC(Full Authority Digital Electronic Control)系统通常称为系统通常称为 “ 全权限数字电子控制 ” ,由于其各方面性能显著优于传统机械液压式控制系统,故而在民用航空燃气涡轮发动机上得到了普遍且成熟的应用,在航空活塞发动机上也有较少应用。

FADEC(Full Authority Digital Electronic Control)系统通常称为“全权限数字电子控制”,由于其各方面性能显著优于传统机械液压式控制系统,故而在民用航空燃气涡轮发动机上得到了普遍且成熟的应用,在航空活塞发动机上也有较少应用。其中,DA 40飞机可选装的TAE 125发动机就采用了FADEC系统对发动机进行全权限控制。

Thielert Aircraft Engines TAE 125发动机是每缸四气门,基于狄塞尔(Diesel)循环的液冷式直列四缸航空活塞发动机。该发动机带涡轮增压,进气增压后经中间冷却器流向汽缸,采用高压共轨直喷燃油系统及湿机匣滑油系统,通过减速器驱动一个三桨叶的液压恒速螺旋桨,FADEC系统监视和控制发动机和螺旋桨的工作,图1所示为FADEC系统框图。

图 1  FADEC 系统框图

此系统主要由发动机控制单元、油门及各传感器、被控组件、发动机指示仪表、FADEC系统警告指示及测试按钮,以及它们之间的电气线路组成。

该系统的核心有两个数字式控制单元ECU A 和ECU B,被封装在一个控制盒中并置于飞行员座位下,如图2所示,电气线路将其与发动机、功率杆和仪表连接起来。正常的工作过程中,交流发电机为系统提供用电;当交流发电机失效时,ECU B自动接管,同时ECU备用电池供电。

图2  ECU及其连接

位于仪表板顶上的警告指示牌上有两个为发动机控制系统设置的琥珀色警告灯(分别表示ECU A 和ECU B)。ECU测试按钮位于仪表板左侧,通过该按钮可以测试系统。ECU转换开关也位于仪表板左侧,对发动机的所有正常运行,此开关设置在“AUTOMATIC”位,此时ECU A控制发动机,只有在测试时才设置到ECU B。但ECU 转换开关只能切换ECU A到ECU B。如果拨回到“AUTOMATIC”位,这时ECU B仍保持控制状态,直到:

——功率杆设置到慢车,且

——人工按下并保持住ECU 测试按钮直到警告指示牌上的两个ECU警告灯熄灭。

相比于广泛使用的机械式燃调,该FADEC系统在座舱中只有一个功率杆(油门)就实现了对发动机和螺旋桨的综合控制,省掉了混合比杆和变距杆的操纵,减轻了飞行员负担。该功率杆是一个T型杆,位于中央控制台,带有摩擦锁,可使功率杆保持在设定位置。功率杆有两个分开且独立的电路系统,其中一个给ECU A提供信号,另一个给ECU B提供信号,不管哪一路都可以控制发动机。功率杆通过位置传感器给出与其位置成比例的电信号,此信号与进气压力、进气温度、曲轴转速等发动机工作参数一起被FADEC系统用来设置发动机输出功率,同时也通过控制调速器CSU(Constant Speed Unit)单元来设置最佳螺旋桨转速,以匹配发动机的输出功率,达到最佳效率。

图 3  ECU 对螺旋桨转速的调节规律

航空活塞发动机的FADEC系统相较于涡扇发动机的FADEC系统要简单一些,但对其安全性、可靠性、适航性的要求一样。通过国产活塞九型发动机的适航取证,国内相关厂商在航空活塞发动机的取证工作上积累了相关经验。但活塞九型发动机采用的是传统机械式燃调,无法对发动机、螺旋桨工作进行监视和综合控制。随着国内通用航空的深入发展,采用FADEC系统的航空活塞发动机势必会有市场需求,相关厂商在申请型号合格证前,可提前积累航空活塞发动机FADEC系统的相关适航验证技术。

图 4  DA 40 飞机

作者:发动机审定中心

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