1.2 Проблемы, возникающие при эксплуатации систем автоматического управления двигателями типа fadec

Следует отметить, что в связи с более динамичным развитием электроники и информационных технологий за рубежом ряд фирм, занимающихся изготовлением САУ АД, рассматривал переход к системам типа FADEC в середине 80-х годов. Некоторые аспекты этого вопроса и проблематики, связанной с ним, были изложены в отчетах NASA и ряде периодических изданий. Тем не менее, в них приведены только общие положения, указаны основные преимущества электронно-цифровых САУ. Проблемы, возникающие при переходе к электронным системам, пути их решения и вопросы, связанные с обеспечением требуемых показателей САУ, опубликованы не были [6].

На сегодняшний день одной из наиболее острых задач для САУ, построенных на базе электронных цифровых систем, является задача обеспечения необходимого уровня надежности. Это, прежде всего, обусловлено недостаточным опытом разработки и эксплуатации подобных систем.

Известны факты отказов САУ FADEC авиационных ГТД иностранного производства по сходным причинам. Например, в САУ FADEC, установленных на ТРДД Роллс-Ройс АЕ3007А и АЕ3007С, были зафиксированы отказы транзисторов, что могло стать причиной отказов в полете этих двигателей, применяемых на двухдвигательных самолетах.

Для двигателя ТРДД AS900 возникла необходимость внедрения программы, обеспечивающей автоматическое ограничение параметров для повышения надежности системы FADEC, а также предотвращение, обнаружение и восстановление нормальной работы после помпажей и заглоханий. ТРДД AS900 также был снабжен защитой от заброса частоты вращения, сдвоенными соединениями для передачи данных к датчикам критических параметров с помощью шины и дискретных сигналов по стандарту ARINK 429 [7].

Специалисты, занимающиеся разработкой и внедрением в эксплуатацию САУ FADEC, обнаруживали немало логических ошибок, на исправление которых требовались значительные суммы денег. Тем не менее, они определили, что в перспективе за счет совершенствования системы FADEC станет возможным прогнозирование ресурса всех компонентов двигателя. Это позволит осуществлять контроль за парком самолетов дистанционно из центрального пункта в любом районе земного шара.

Внедрению этих инноваций будет способствовать переход от управления исполнительными механизмами при помощи центральных микропроцессоров к созданию интеллектуальных механизмов, снабженных собственными управляющими процессорами. Преимуществом такой «распределенной системы» будет снижение массы за счет отказа от линий передачи сигналов и сопутствующего оборудования. Независимо от этого будет продолжаться совершенствование отдельных систем.

Перспективными внедрениями для отдельно взятых ГТД иностранного производства являются [8]:

- усовершенствование системы управления двигателем, обеспечивающее автоматические запуск и режим малого газа с управлением отбором воздуха и противообледенительной системой, синхронизация работы систем двигателя для получения низкого уровня шума и автоматического сохранения характеристик, а также управление реверсивным устройством;

- изменение принципа работы САУ FADEC с целью осуществления управления двигателем не по сигналам датчиков давления и температуры, а непосредственно по частоте вращения ротора ВД в связи с тем, что этот параметр измерить легче, чем сигнал от двойной системы датчиков температуры-давления, который в действующих двигателях должен быть преобразован. Новая система позволит получить большую скорость реагирования и меньший разброс петли регулирования;

- установка многократно более мощного процессора с использованием стандартных промышленных чипов и обеспечение диагностики и прогнозирования состояния (работоспособности) двигателя и его характеристик, разработка САУ FADEC типа PSC. PSC – это система, работающая в реальном масштабе времени, которая может использоваться для оптимизации характеристик двигателя, зависящих от многочисленных ограничений, например, чтобы минимизировать удельный расход топлива при постоянной тяге;

- включение в состав САУ FADEC интегрированной системы контроля технического состояния двигателя. Двигатель регулируется по приведенной частоте вращения вентилятора с учетом высоты полета, наружной температуры, величины тяги и числа М;

- объединение системы контроля технического состояния двигателя, EMU (Engine Monitoring Unit), с FADEC, что позволит в реальном времени сопоставлять большее количество данных и обеспечит большую безопасность при работе двигателя «вблизи физических пределов». На основе применения упрощенной термодинамической модели, в которой такие факторы, как изменение температуры и напряжения, учитываются совместно в виде суммарного показателя накопления усталости, блок EMU позволяет также контролировать частоту использования во времени. Имеется также контроль ситуаций типа «визжащего» звука, скрипов, повышенных вибраций, прерванного запуска, срыва пламени, помпажа двигателя. Новым для системы FADEC является использование магнитного датчика обнаружения металлических частиц ODMS (Oil-debris Magnetic Sensor), который не только позволяет определять размеры и количество железосодержащих частиц, но и с помощью центрифуги удалять их на 70…80 %. В случае обнаружения роста количества частиц, блок EMU позволяет проверить наличие вибрации и выявить опасные процессы, например, надвигающееся разрушение подшипника (для ТРДДФ ЕJ200);

- создание фирмой Дженерал Электрик двухканальной цифровой САУ FADEC третьего поколения, время срабатывания которой значительно меньше, а объем памяти больше, чем у предыдущих САУ FADEC двухконтурных двигателей производства этой фирмы. Благодаря этому САУ располагает дополнительными резервными возможностями для повышения надежности и тяги двигателя. В САУ FADEC также будет заложена перспективная способность фильтровать вибрационные сигналы, чтобы устанавливать и диагностировать симптомы приближающейся поломки узла/детали на основании спектрального анализа известных видов отказов и неисправностей, например, разрушение беговой дорожки подшипника. Благодаря такой идентификации будет получено предупреждение о необходимости проведения ТО по окончании полета. САУ FADEC будет содержать дополнительную электронную плату, названную «персональная плата» (Personality Board). Ее отличительными чертами являются шина данных, соответствующая новому стандарту Эрбас (AFDX), и новые функции (контроль повышения частоты вращения, контроль тяги и др.). Кроме этого, новая плата расширит связь с устройством измерения вибраций, VMU (Vibration Measurment Unit), и электромеханической системой привода устройства реверсирования тяги, ETRAS (Electromechanical Thrust Reverser Actuation System).