ファデック

フルオーソリティデジタルエンジン（またはエレクトロニクス）コントロール（FADEC）は、「電子エンジンコントローラ」（EEC）または「エンジンコントロールユニット」（ECU）と呼ばれるデジタルコンピュータと、航空機エンジンの性能のあらゆる側面を制御する関連アクセサリで構成されるシステムです。FADECはピストンエンジンとジェットエンジンの両方で製造されています。^[1]

エンジン制御システムの目標は、与えられた条件でエンジンが最大効率で動作できるようにすることです。元々、エンジン制御システムは、エンジンに物理的に接続された単純な機械的リンクで構成されていました。パイロットや航空技術者は、これらのレバーを動かすことで、燃料流量、出力、その他多くのエンジンパラメータを制御できました。第二次世界大戦中のドイツのBMW 801ピストン航空星型エンジン用のコマンドーゲレート機械/油圧エンジン制御ユニットは、開発後期におけるこの注目すべき例の1つにすぎませんでした。^{[2]この機械式エンジン制御は、最初は}アナログ電子エンジン制御に、後にデジタルエンジン制御 に徐々に置き換えられました。

アナログ電子制御は、電気信号を変化させて、望ましいエンジン設定を伝える。このシステムは機械制御よりも明らかに改善されていたが、一般的な電子ノイズ干渉や信頼性の問題などの欠点があった。完全なアナログ制御は1960年代に使用され、超音速輸送機コンコルドのロールスロイス/スネクマ オリンパス 593エンジンのコンポーネントとして導入された。^[3]しかし、量産機ではより重要な吸気口制御はデジタルであった。^[4]

デジタル電子制御がそれに続いた。1968年、ロールス・ロイス社とエリオット・オートメーション社は、国立ガスタービン研究所と共同で、ロールス・ロイス・オリンパスMk320で数百時間の運転を完了したデジタルエンジン制御システムに取り組んだ。 ^[5] 1970年代には、NASAとプラット・アンド・ホイットニー社が初の実験的FADECの実験を行い、大幅に改造されたプラット・アンド・ホイットニーTF30左エンジンを搭載したF-111で初飛行を行った。実験の結果、プラット・アンド・ホイットニーF100とプラット・アンド・ホイットニーPW2000が、それぞれFADECを搭載した初の軍用および民間用エンジンとなり、後にプラット・アンド・ホイットニーPW4000が初の商用「デュアルFADEC」エンジンとなった。最初に使用されたFADECは、ダウティとスミス・インダストリーズ・コントロールズがハリアーII用に開発したロールス・ロイス・ペガサスエンジンであった。^[6]

真に完全な権限を持つデジタル エンジン コントロールには、手動オーバーライドや手動制御の形式はなく、エンジンのすべての動作パラメータに対する完全な権限がコンピュータに委ねられています。 FADEC が完全に故障すると、エンジンは故障します。エンジンがデジタルかつ電子的に制御されているが、手動オーバーライドが可能な場合は、EEC またはECUと見なされます。 EEC は FADEC のコンポーネントですが、それ自体は FADEC ではありません。 単独では、パイロットが介入したいと思うまで、EEC がすべての決定を下します。 FADEC という用語は、燃料と点火のみを電子的に制御する部分的なデジタル エンジン コントロールを指すために誤って使用されることがよくあります。 ターボチャージャー付きピストン エンジンでは、FADEC の定義を満たすために、すべての吸気流量をデジタルで制御する必要があります。

FADEC は、空気密度、パワー レバー要求位置、エンジン温度、エンジン圧力、その他多くのパラメータを含む現在の飛行状態の複数の入力変数を受信することで機能します。入力は EEC によって受信され、1 秒あたり最大 70 回分析されます。燃料流量、ステータ ベーン位置、エア ブリード バルブ位置などのエンジン動作パラメータは、このデータから計算され、必要に応じて適用されます。FADEC は、エンジンの始動と再始動も制御します。FADEC の基本的な目的は、特定の飛行状態に対して最適なエンジン効率を提供することです。

FADEC は、効率的なエンジン操作を実現するだけでなく、メーカーがエンジンの制限をプログラムし、エンジンの状態とメンテナンスのレポートを受け取ることも可能にします。たとえば、特定のエンジン温度を超えないようにするために、パイロットの介入なしに必要な措置を自動的に講じるように FADEC をプログラムできます。

エンジンの運転は自動化に依存しているため、安全性は大きな懸念事項です。冗長性は、2 つ以上の別個の同一のデジタル チャネルの形で提供されます。各チャネルは、すべてのエンジン機能を制限なく提供できます。FADEC は、エンジン サブシステムおよび関連する航空機システムから送信されるさまざまなデータも監視し、フォールト トレラントなエンジン制御を実現します。

2015年5月9日、スペインのセビリアで発生したエアバスA400M機の墜落事故は、最大3基のエンジンの推力喪失を引き起こすエンジン制御の問題が原因とされている。エアバスの最高戦略責任者であるマルワン・ラフード氏は5月29日、エンジン制御ソフトウェアの誤インストールが致命的な墜落の原因であったことを認めた。「[機体に]構造上の欠陥はないが、最終組み立てに重大な品質問題がある。」^[7]

民間輸送機の典型的な飛行は、FADEC の機能を示すものかもしれません。飛行乗務員は、まず、風の状態、滑走路の長さ、巡航高度などの飛行データを飛行管理システム(FMS) に入力します。FMS はこのデータを使用して、飛行のさまざまなフェーズのパワー設定を計算します。離陸時に、飛行乗務員はパワー レバーを所定の設定まで進めるか、利用可能な場合は自動スロットル離陸を選択します。FADEC は、計算された離陸推力設定をエンジンに電子信号を送信して適用します。燃料の流れを開くための直接的なリンクはありません。この手順は、飛行の他のフェーズでも繰り返すことができます。^{[引用が必要]}

飛行中は、効率を維持するために、操作に小さな変更が絶えず加えられます。緊急時には、パワー レバーを最大まで進めると最大推力が得られますが、制限を超えることはできません。飛行乗務員は、FADEC を手動でオーバーライドする手段がありません。^[要出典]

• 許容範囲外操作に対する自動エンジン保護
• 複数チャンネルのFADECコンピュータが障害発生時に冗長性を提供するため、より安全です。
• 保証された推力設定で、エンジンの取り扱いが簡単
• FADECを再プログラムするだけで、幅広い推力要件に対応する単一エンジンタイプを使用可能
• 半自動エンジン始動を実現
• ピストンエンジンのウォームアップに適したハイアイドル制御を提供
• エンジンと航空機システムとのシステム統合の向上
• エンジンの長期的な健全性監視と診断が可能
• 制御プロセスで使用される外部および内部パラメータの数が1桁増加する
• 飛行乗務員が監視するパラメータの数を削減
• 監視されるパラメータの数が多いため、FADEC は「フォールト トレラント システム」(特定のフォールト構成で、必要な信頼性と安全性の制限内でシステムが動作できるシステム) を可能にします。

• 完全権限デジタルエンジン制御では、手動でオーバーライドする手段はなく、エンジンの動作パラメータに対する完全な権限がコンピューターに委ねられます。(注記を参照)
  • FADEC が完全に故障すると、エンジンも故障します。(注を参照)
  • FADEC が完全に故障した場合、パイロットはエンジンの再始動、スロットル、その他の機能を手動で制御できなくなります。(注記を参照)
  • 単一障害点のリスクは、冗長 FADEC によって軽減できます (障害がランダムなハードウェア障害であり、すべての同一の冗長コンポーネントで同一の障害を引き起こす可能性のある設計または製造エラーの結果ではないと仮定)。(注を参照)
• 油圧機械式、アナログ式、手動式制御システムに比べてシステムの複雑さが高い
• 複雑さによるシステム開発と検証の労力の増加
• 危機的状況（例えば、差し迫った地形接触）では、非 FADEC エンジンは定格推力よりも大幅に高い推力を生み出すことができますが、FADEC エンジンは常にその制限内で動作します。（注を参照）

注: 最新の FADEC 制御航空機エンジン (特にターボシャフト エンジン) のほとんどはオーバーライドして手動モードに設定できるため、このリストにあるほとんどの欠点を効果的に解消できます。パイロットは手動オーバーライドの位置を十分認識しておく必要があります。手動モードを誤って作動させると、エンジンが過回転する可能性があるためです。^[矛盾]

• 飛行およびエンジンパラメータを測定して制御システム自体に報告するセンサーの設計、製造、設置、保守には、エンジニアリングプロセスを使用する必要があります。
• 安全性が極めて重要なこれらの制御システムで使用されるソフトウェアの設計、実装、テストでは、正式なシステム エンジニアリング プロセスがよく使用されます。この要件により、モデルベース システム エンジニアリング(MBSE) ツールなどの専用ソフトウェアが開発され、使用されるようになりました。アプリケーション開発ツールセット SCADE ( Ansys製) (アプリケーション カテゴリSCADAと混同しないでください) は、MBSE ツールの一例であり、FADEC システムの開発の一部として使用されています。

NASAは、特にヘリコプター向けに、現在の集中型ではなく分散型のFADECアーキテクチャを分析しました。分散型の利点は、柔軟性の向上とライフサイクルコストの低減です。^[8]

• 航空記事の索引
• 航空電子工学における頭字語と略語

• 「Safran Electronics Canada: FADEC と EEC」。2013 年 1 月 15 日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010 年 4 月 30 日閲覧。
• 「イスパノ・スイザ：デジタルエンジン制御」。2007年9月28日時点のオリジナルよりアーカイブ。2007年3月9日閲覧。
• モレン、チャック。学生へのインタビュー。FADEC。エンブリー・リドル航空大学、デイトナビーチ。2007-03-13。
• タイトル 14 CFR: 連邦航空規則。FAA。2007-03-10。

• ハリアーはデジタル制御のペガサスで飛行する - 1982 年のFlight International誌の記事
• アクティブ制御エンジン 1988年Flight International誌のFADECエンジンに関する記事