INTRODUÇÃO AO SISTEMA FADEC
O FADEC é um sistema que tem como principal componente um computador chamado Engine Eletronic Control Unit (EECU) ou Digital Engine Control Unit (DECU) unidade de controle eletrônico do motor e seus acessórios relacionados que monitoram todos os aspectos do desempenho do motor.
Computador de um sistema FADEC
O termo FADEC é acrônimo para qualquer “controle eletrônico de motor com autoridade total”. Os FADEC´s foram produzidos para ambos os tipos de motores, pistão e motores a reação e se diferenciam devido às maneiras diferentes de controlar os dois tipos de motores.
O objetivo do sistema FADEC é o de controlar o motor e permitir que o motor trabalhe na sua melhor condição de desempenho. A complexidade desta tarefa é proporcional à complexidade do motor.
Originalmente, os sistemas de controle do motor compreenderam os diversos enlaces mecânicos simples controlados pelo piloto. Movendo as alavancas de regulação de combustível conectada diretamente ao motor, o piloto podia controlar combustível fluxo, saída de potência, e muitos outros parâmetros do motor.
Seguindo os sistemas mecânico, foram introduzidos os sistemas eletrônicos analógicos para substituir o controle mecânico de combustível dos motores. O controle eletrônico analógico varia um sinal elétrico para fazer os ajustes, através de um motor elétrico (step motor), do fluxo desejado de combustível do motor.
O sistema mostrou uma evidente melhoria em relação aos sistemas mecânicos, mas tinham seus inconvenientes, incluindo as interferências de ruídos na eletrônica analógica de comando. Este sistema abriu o caminho, nos idos de 1960, e foi introduzido primeiramente como um componente do motor 593 – Rolls Royce Olympus. Os 593 foram os motores do avião supersônico de transporte de passageiros Concorde.
Motor 593 – Rolls Royce Olympus
Depois dos sistemas de controles eletrônicos analógicos e com a experiência já obtida, foi desenvolvido o FADEC com controle eletrônico digital, ou seja, utilizando lógica de computador. Mais tarde nos idos de 1970 a NASA e a Pratt e Whitney desenvolveram o primeiro FADEC experimental, voado primeiramente nos F-111 com o motor TF30 do lado esquerdo modificado.
As experiências conduzidas pela Pratt & Whitney levaram o uso do FADEC aos motores Pratt & Whitney F100 e Pratt & Whitney PW2000 sendo estes os primeiros motores militares e civis a receberem respectivamente o sistema FADEC. Mais tarde a Pratt & Whitney lançou o motor PW4000, o primeiro “motor comercial com duplo FADEC”.
Pratt & Whitney – PW4000
Os motores com controles digitais “verdadeiros” de autoridade total não têm nenhum modo de operação manual disponível, colocando a autoridade total dos parâmetros da operação do motor nas “mãos” do computador. Se uma falha total de FADEC ocorrer, o motor falha.
Se o motor for controlado digitalmente, mas permitir a ultrapassagem para manual considera-se unicamente um controle de motor eletrônico ou unidade de controle eletrônico. Uma EECU ou DECU é um componente do sistema FADEC, não é por se só um FADEC. Quando esta sozinho, a EECU toma todas as decisões até que o piloto deseje intervir.
FADEC trabalha recebendo variáveis múltiplas de entrada da condição atual de voo incluindo; densidade do ar, posição da alavanca de regulador de combustível, temperaturas do motor, pressões do motor, rotações do motor e muitos outros. As entradas são recebidas pelo Controle Eletrônico do Motor (CEE) e são analisadas até 70 vezes por o segundo.
Os parâmetros de operação do motor tais como: fluxo de combustível, a posição das aletas do estator (quando for o caso), a posição da válvula bleed e outras são computados e aplicados como apropriados. FADEC controla também a partida e o reacendimento do motor. A finalidade básica do FADEC é a de fornecer a melhor eficiência do motor para uma dada condição de vôo.
Aplicação de um sistema FADEC em um avião
FADEC não só fornece uma operação eficiente do motor, mas também permite que o fabricante programe limitações do motor e receba relatórios da saúde e da manutenção do motor. Por exemplo, para evitar de exceder uma determinada temperatura do motor, o FADEC pode ser programado para fazer exame automaticamente dos valores necessários sem intervenção piloto.
Com a operação dos motores que confiam pesadamente na automatização, a segurança é fundamental. A redundância de sistemas é uma saída. Normalmente em sistemas “full FADEC” se utiliza dois ou mais canais digitais idênticos. Cada canal pode fornecer todas as funções do motor sem limitações. O FADEC monitora também uma variedade dos dados análogos, digitais e discretos (chaves ou manocontatores) que vêm dos subsistemas do motor e dos sistemas da célula relacionados, informando falhas e tolerâncias no controle do motor.
Para ilustrar mais claramente a função de um FADEC, explore um voo típico de uma aeronave de transporte. O grupo de vôo incorpora primeiramente os dados apropriados ao voo do dia ao sistema de gerenciamento de vôo ou FMS (fligth magemente system).
O FMS faz o exame dos dados ambientais tais como, a temperatura do ar externo, velocidade do vento, comprimento da pista de decolagem, condição da pista de decolagem, altitude, pressão atmosférica, etc. e calcula ajustes de potência para as diferentes fases do voo. Para a decolagem, o grupo de voo avança o regulador de combustível (que não contem nenhum enlace mecânico ao motor) para uma decolagem auto-throttle (automática) se disponível.
O FADEC calcula os ajustes de decolagem e aplica-os ao sistema de combustível do motor. A tripulação anota que foi emitido um sinal eletrônico aos motores, mas nenhum enlace direto foi movido para abrir o fluxo de combustível. Este procedimento é o mesmo para a subida, cruzeiro e todas as fases do vôo. O FADEC calcula os ajustes apropriados de combustível e aplica-os. Durante o voo, pequenas mudanças na operação da aeronave estão sendo feitas constantemente para manter a eficiência.
A potência máxima do motor está disponível para situações de emergência se uma potência adicional for solicitada, entretanto algumas limitações não podem ser excedidas. A tripulação não tem nenhum meio manual de cancelar o FADEC, assim uma decisão tomada pelo FADEC terá que ser aceita como sendo a melhor decisão a ser tomada naquele momento.
Os FADEC´s são empregados hoje por quase todos os motores das atuais da gerações de jatos e cada vez mais em motores de pistão sobre aviões e helicópteros.
Nos motores a pistão, o FADEC substitui ambos os magnetos e elimina o sistema de aquecimento de combustível e os controles da mistura (rica e pobre) e o priming do motor. Controla independentemente cada cilindro do motor sincronizando a injeção de combustível com o sistema de faísca sem necessidade do piloto controlar a mistura de combustível.
Operações imprecisas de mistura feitas pelo piloto podem afetar a vida útil do motor. O FADEC tem potencial para reduzir os custos de manutenção e de aumentar a vida útil do motor. Os testes também mostram significativa economia de combustível.
Vantagens do sistema FADEC
- Melhor eficiência de combustível
- Proteção automática do motor para às operações fora da tolerância
- Mais seguro como uso de múltiplos canais de FADEC (fornece redundância em caso da falha).
- Manipulação de motor com liberdade e com garantida precisão de ajustes.
- Habilidade para usar em um tipo do único motor varias exigências de controle apenas reprogramando o FADEC.
- Fornece partidas do motor de forma automática ou semi-automática.
- Integração entre os sistemas da célula e do motor.
- Pode fornecer monitoramento e diagnóstico em longo prazo da saúde do motor.
- O número dos parâmetros externos e internos usados nos processos do controle aumenta por uma ordem de valor.
- Reduz o número dos parâmetros a ser monitorados pelos tripulantes.
- Devido ao número elevado dos parâmetros monitorados, o FADEC torna uma possível falha de um sistema mais tolerante (onde um sistema pode se operar dentro das limitações requeridas de confiabilidade e de segurança com determinadas configurações da falha de outro sistema).
- Pode suportar respostas automáticas em caso de emergência do helicóptero. Por exemplo; em caso de perda de um motor o sistema aumenta o fluxo de combustível do motor remanescente automaticamente.
Desvantagens do sistema FADEC
- Os processos da engenharia devem ser usados para projetar, manufaturar, instalar e manter os sensores de voo compatíveis com os parâmetros do sistema de controle próprios do motor.
- Os processos da tecnologia de programação devem ser usados no projeto, na execução e em testar o software usado nestes sistemas de controle segurança-críticos. Esta exigência conduziu ao desenvolvimento e ao uso do software especializado como o SCADE.
Referências
- Hispano-Suiza: Controle de motor de Digital. Recuperado sobre 2007-03-09.
- Moren, mandril. Entrevista com estudante. FADEC. Universidade aeronáutica do Embry-Riddle, Praia de Daytona. 2007-03-13.
- (2007-03-10) faa.gov Título 14 CFR: Regulamentos federais da aviação. FAA.
