FULL AUTHORITY DIGITAL ENGINE CONTROL (FADEC)

28 octubre, 2021

   El FADEC (Full Authority Digital Engine Control) es un sistema de control digital cuya función principal es controlar los parámetros de funcionamiento del motor garantizando una operación segura y eficiente. En un motor con FADEC no existe un vínculo mecánico entre las palancas de potencia en la cabina y el motor, por lo que cualquier solicitud de potencia introducida por los pilotos debe ser procesada por la Computadora de Control del Motor (EEC) antes de ser enviada a los motores. A diferencia de un sistema de control hidromecánico, una computadora puede procesar un número de parámetros mucho mayor, por lo que el FADEC puede ser empleado para funciones adicionales tales como:

  • Monitoreo de fallas del motor y de todos los componentes conectados a este.
  • Fuente de datos para las pantallas de indicación en la cabina.
  • Fuente de datos para la Unidad de Control del Motor (ECU).
  • Control de encendido, apagado e ignición.
  • Control de reversibles.
  • Chequeos automáticos del sistema.

DISEÑO DEL SISTEMA

   La parte central del sistema FADEC es la Computadora de Control del Motor (EEC), cuya función es recibir, procesar y enviar información en forma de señales digitales a los diferentes componentes y sistemas controlados por el FADEC o que requieren información del mismo. Todos los motores FADEC deben tener una EEC o Computadora de Control, sin embargo, la presencia de una EEC no garantiza que el motor sea FADEC. En algunos modelos de motores existe una Computadora Central encargada de monitorear y ajustar ciertos parámetros del motor, pero que no posee autoridad total sobre el funcionamiento del mismo. En estos casos el motor no califica como FADEC debido a que el control total del funcionamiento del motor no lo realiza la EEC. La Figura 1 muestra un diagrama esquemático de la arquitectura del FADEC.

Figura 1. Arquitectura del FADEC.

Los elementos principales del FADEC son la EEC, los sensores y el FMU/HMU (Fuel Management Unit / Hydromechanical Unit). Las fuerzas que mueven las válvulas son generadas utilizando el flujo de combustible o aire presurizado del motor. Estas válvulas pueden ser controladas de forma centralizada por el HMU o en forma descentralizada por actuadores individuales ubicados en cada válvula.

   La fuente de energía principal del FADEC proviene de un alternador instalado en la caja de accesorios del motor, por lo que el sistema es independiente del sistema eléctrico de la aeronave durante operación normal. Esto es importante ya que si la aeronave experimenta una falla eléctrica la operación del motor no se vería afectada. Solo existen dos escenarios en los que el FADEC utilizada energía eléctrica de la aeronave: para el encendido del motor y en caso de falla de la fuente de energía del FADEC.

Figura 2. Ubicación de la EEC y el alternador del FADEC.

EEC

   En la mayoría de las aeronaves comerciales la EEC se ubica en la parte interior de la cubierta del fan del motor, sin embargo, en aeronaves privadas de menor tamaño también puede encontrarse dentro del cono de cola. Debido a que una falla del FADEC podría implicar una falla total del motor, estos sistemas están diseñados de forma redundante. Cada EEC contiene dos computadoras idénticas denominadas Canal A y Canal B, cada una con una fuente de energía independiente y conectadas tanto al alternador del FADEC como al sistema eléctrico de la aeronave. El sistema de sensores también es redundante y cuenta con sensores de presión y temperatura duales. Cada valor medido tiene sensores independientes para el Canal A y el Canal B (dual sensors). Para máxima redundancia dichos sensores se conectan a la EEC por medio de conectores eléctricos independientes. El transmisor de flujo de combustible es un sensor único pero conectado a ambos canales (shared sensor). Los sensores de monitoreo adicionales que pueda tener el motor son sensores únicos y se conectan a un solo canal del FADEC (single sensors). La Figura 3 muestra un diagrama simplificado de la conexión de los sensores a la EEC.

Figura 3.Conexión de sensores a la EEC.

Los datos de salida del FADEC también son duales, con ambas computadoras procesando los datos de entrada de forma paralela. Sin embargo, solo una computadora o canal está activo en un instante dado, mientras que el canal inactivo cumple una función de respaldo o stand-by.

Figura 4. Solo un canal del FADEC procesa los datos de entrada en un instante dado.

VENTAJAS

  • Al ser sistemas compactos y digitales son más livianos que los sistemas de control tradicionales.
  • Requieren menos mantenimiento que los sistemas hidromecánicos.
  • Mayor eficiencia de consumo de combustible.
  • Son más seguros gracias al diseño redundante del sistema.
  • Se puede manipular el motor con mayor facilidad sin el riesgo de alterar la configuración de potencia.
  • Facilita establecer programas de monitoreo y mantenimiento preventivo del motor a largo plazo.
  • Permite tomar en consideración un mayor número parámetros durante la operación del motor.
  • Reduce la carga de trabajo de la tripulación de vuelo.

DESVENTAJAS

  • Aunque extremadamente improbable, una falla total del FADEC implica una falla total del motor. En este caso los pilotos no tienen ningún tipo control sobre las funciones del motor, incluyendo potencia y reencendido. Un motor con FADEC no puede ser revertido a control manual.
  • Sistema mucho más complejo que su contraparte hidromecánica.
  • En una situación de emergencia un motor sin FADEC puede desarrollar más potencia que el valor nominal para cierta condición de operación. Un motor con FADEC solo puede operar dentro de los límites establecidos por el fabricante.

HACIA EL FUTURO

   El FADEC se ha convertido en un sistema integral de cualquier motor de aviación moderno. Aunque la arquitectura y los principios de diseño seguirán siendo similares en los motores del futuro, estos contarán con capacidades adicionales con el objeto de incrementar la confiabilidad de los motores y reducir los costos de operación. La función de detección y diagnóstico permitirá al sistema aislar fallas de forma autónoma, sin intervención de la tripulación de vuelo. El sistema también será capaz de estimar el deterioro de la HPT y usar esta información para determinar en un momento dato el estado físico real del motor, lo que permitirá a su vez establecer intervalos de restauración (overhaul) más precisos. Sistemas más avanzados también harán posible utilizar la información de los ciclos reales del motor para llevar un control más eficiente de las partes con vida límite, ya que será posible tomar en consideración el efecto de los ciclos a baja temperatura para el cálculo de la vida remanente.

REFERENCIAS:

  • Diesinger-Linke, A. Systems of Commercial Turbofan Engines. Springer, 2008.
  • https://www.skybrary.aero/index.php/Full_Authority_Digital_Engine_Control_(FADEC)