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全权数字发动机控制

全权数字发动机控制（英语：full authority digital engine control，简称FADEC）是一种控制飞机发动机各方面性能的组件，它是由数字计算机组成的一个系统，这些计算机被称为电子发动机控制器（electronic engine controller，缩写EEC）或发动机控制器（缩写ECU）。FADEC已被生产用于活塞发动机和喷气发动机。[1]

用于活塞发动机的FADEC

历史

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任何发动机控制系统的目标都是使发动机在给定条件下最高效的运转。在最初，发动机控制系统由与发动机物理连接的简单机械连杆机构组成。飞行员或飞行工程师可以通过移动这些杠杆控制燃料流量、功率输出等许多发动机参数。

发动机控制的机械手段——第二次世界大战中德国的BMW 801发动机的机械/液压发动机控制单元是一个值得注意的例子[2]，其推出了模拟电子（英语：Analog device）发动机控制。模拟电子控制改变电子信号以传达期望的发动机设置。该系统较机械控制有明显改善，但也有其缺点，包括常见的电子噪声干扰和可靠性问题。1960年代，超音速协和式客机中采用和引入了全权模拟控制作为奥林匹斯593发动机的一个组件。[3]

1968年，罗尔斯·罗伊斯与Elliott Automation（英语：Elliott Brothers (computer company)）合作建立国家燃气涡轮研究院（英语：National Gas Turbine Establishment），研制了一台数字式发动机控制系统，在一架罗尔斯·罗伊斯奥林匹斯（英语：Rolls-Royce Olympus）Mk 320上完成了数百小时的运转。[4]

继模拟电子控制后，下一步就是数字式电子控制系统。1970年代末期，NASA与普惠公司试验了首个实验性FADEC，首次飞行在一架F-111上进行，它搭载了一台高度改装的普惠TF30（英语：Pratt & Whitney TF30）左发动机。此实验使F100涡轮风扇发动机和普惠PW2000（英语：Pratt & Whitney PW2000）成为首个装有FADEC的军民两用发动机，并且之后的普惠PW4000是第一款商用“双FADEC”发动机。首个服役的FADEC是由Dowty（英语：Dowty Group）和Smiths Industries Controls（英语：Smiths Group）为鹞II开发的罗尔斯·罗伊斯飞马发动机（英语：Rolls-Royce Pegasus）。[5]

于2010年代尾，由中国航空发动机集团研制的涡扇-20，成为中国首款采用全权数字发动机控制的涡轮风扇发动机。

优势

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  • 更好的燃油效率（英语：Fuel efficiency）
  • 发动机自动保护，避免超范围操作
  • 多通道FADEC计算机可在发生故障时提供冗余，从而更加安全
  • 无需担忧的发动机操控，保证推力的设置
  • 通过对FADEC程序更新，可以使用一种发动机满足广泛的推力要求
  • 提供半自动发动机启动
  • 发动机与飞机系统有更好的系统集成
  • 可以提供发动机长期健康监测和诊断
  • 减少机组人员需监视的参数数量
  • 由于监测的参数数量很大，FADEC使得“容错系统”成为可能（系统在某些存有故障的配置下，仍在要求的可靠性和安全限制内运转）
  • 减轻重量

劣势

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  • 全权数字式发动机控制设备没有手动介入设计，发动机的操作参数被完全交由电脑计算。
    • 如果发生FADEC全面失效，则发动机失效。
    • 在FADEC全面失效后，飞行员无法手动操控发动机的重启、油门等功能。
    • 冗余FADEC可以缓解单点故障风险（假设故障是随机硬件故障，而不是设计或制造错误的结果。否则相同的所有冗余组件中可能出现相同的故障）。
  • 与流体力学、模拟或手动控制系统相比，系统复杂性高。
  • 高度复杂的系统开发和检查工作。
  • 在危机事件（例如临近撞地）中，非FADEC发动机可以输出比额定推力大得多的推力，而FADEC发动机始终在其极限内运转。

参见

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参考资料

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  1. ^ Chapter 6: Aircraft Systems (PDF). Pilot's Handbook of Aeronautical Knowledge. Federal Aviation Administration: 6–19. 2008 [2013-12-18]. （原始内容 (PDF)存档于2013-12-10）. 
  2. ^ Gunston, Bill. World Encyclopedia of Aero Engines. Cambridge, UK: Patrick Stephens Ltd. 1989: 26. ISBN 1-85260-163-9. 
  3. ^ Pratt, Roger W. Flight Control Systems: Practical Issues In Design and Implementation. Institute of Electrical Engineers. 2000: 12 [2017-11-21]. ISBN 0852967667. （原始内容存档于2017-01-18）. 
  4. ^ 存档副本. [2017-11-21]. （原始内容存档于2017-11-07）. 
  5. ^ Gunston (1990) Avionics: The story and technology of aviation electronics Patrick Stephens Ltd, Wellingborough UK. [页码请求], ISBN 1-85260-133-7.

外部链接

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