Módulo14.Proulsión. 14.1.bMOTORESDETURBINAB)SISTEMASDEMEDICIÓNDEL COMBUSTIBLECONTROLELECTRÓNICODELMOTOR(FADEC) ANTECEDENTES EsdifícilsustraersealacomplejidaddeunsistemacomoelFADECque,aúnteniendoentodosloscasos lamisiónprincipaldecontrolarelmotor,puedeademásintegrarmisionesysolucionesdiversas específicasparacadaaplicaciónmotor‐avión.Porellosehadecididoconfinesexclusivamente didácticos,afindesimplificarenloposiblelaexposición,describirelsistematomandocomoejemploel casoconcretodelsistemaFADECdelasfamiliasAirbusA320yA340. GENERAL El“FullAuthorityDigitalEngineControl”(FADEC)eselsistemaquecontrolaelmotor.Tambiénse interrelacionaconlasseñalesdelavión Fig.1ElsistemaFADECenelAirbusA320 ElsistemaFADECdecadamotorconsisteen: • UnidaddeControlElectrónica(ECU)dedoblecanaly Página1 Módulo14.Proulsión. • Periféricosasociados: ‐ HMU(Hydro‐MechanicalUnit). ‐ Alternador(DedicatedPermanentMagneticAlternator). ‐ SistemadeactuacióndeVSVs,VBVsydecontroldetoleranciasdeturbina. ‐ Sistemadeencendidoyarranque. ‐ Sistemadereversa. ‐ Sistemaderecirculacióndecombustible. ‐ Sensoresdemotor. ‐ Cableadoseléctricos. ‐ RefrigeracióndelaECU. ‐ Válvuladeescalonamientodelacombustión. LaECUeselcomputadordelsistemaFADECygeneralmenteselocalizafísicamenteenunazonafríadel motorcomopuedeserelcárterdelfan. FUNCIONESDELFADEC ElsistemaFADECproporcionalaregulacióny programacióndelos sistemas del motorpara controlar elempujeyoptimizarsuoperación. ElsistemaFADECrealizalasfuncionesdecontroldelmotorydelaintegracióndelmotorconelavión. Lasfuncionesdecontroldelmotorincluyen: • ControldeGestióndePotencia(“PowerManagementControl”). • ControldelasVálvulasdeSangradoVariables(VBVs). • ControldelosAlabesdeEstatorVariables(VSVs). • ControldelaVálvuladeSangradodeTransición(TBV). • RegulacióndelControldeCombustible. • ControlActivodeToleranciasdelaTurbinadeAltaPresión(HPTACC). • ControlActivodeToleranciasdelaTurbinadeBajaPresión(LPTACC). • ControldelaVálvuladeRetornodecombustible(FRV). Página2 Módulo14.Proulsión. Lasfuncionesdeintegraciónmotor‐aviónincluyen: • Indicacionesdemotor. • DatosdeMantenimientodemotor. • Arranquedemotorautomáticoymanual. • ControldeReversa. • Autoempuje. • DatosdeMonitorizacióndeCondición. SUMINISTRODEPOTENCIAELECTRICA CadaECUestáalimentadaporunalternadortrifásicodeimánpermanentecuandolasrevolucionesdel motorsuperanundeterminadonivel(N2>15%).ElAlternadordecontrolproporcionaunsuministro depotenciaeléctricaindependientealosdoscanalesdelaECU. ARQITECTURADEFADEC LomásrelevantesdelaarquitecturadelFADECes: • ElsistemaFADECestotalmenteredundanteyestáconstruidoenbaseadoscanales(AyB)de controlindependientesdelaECU(ElectronicControlUnit).Cadacanalpuedecontrolarlos diferentescomponentesdelossistemasdelmotorypuedetambiénoperar independientementesinintercambiardatos • TodaslasseñalesdecontroldeentradaalFADECsondualesytodaslasseñalesdecontrolque salendelaECUsonduales. • LamayorpartedelacomunicaciónentrelossistemasdelaviónylaECUestransmitidapor Busesdedatosdigitales • LaECUestáequipadaconunsistemade“Built‐inTestEquipment”(BITE)queproporciona capacidadesdeinformacióndemantenimientoycomprobaciónatravésdelMCDU (MultipurposeControlDisplayUnit)ypuededetectaryaislarfallos. ECU(UNIDADDECONTROLELECTRÓNICA): LaECUesunaunidaddecontrolelectrónicodigitaldedoblecanalqueutilizaunmicroprocesador parafuncionesdecontrolprincipalesydosmicrocontroladores,unoparafuncionesdeinterfacede transductoresdepresiónyotroparalafuncióndecomunicaciónARINC. LaECUtieneunchasisdealuminiorefrigeradointernamenteycontienetarjetaselectrónicas insertables.Losconectoreseléctricosestánlocalizadosenelpanelinferior.Laslíneasdeseñalde presiónestánconectadasalpanellateralizquierdoconunaplacaatornillada.Lasentradas/salidasde Página3 Módulo14.Proulsión. refrigeraciónestánlocalizadasenelpanellateralderecho. Fig.2Unidaddecontrolelectrónica(ECU) LaECUrecibedatosdelestadodeentradadelmotordelosADC's(AirDataComputers)ycomandos operacionalesdelaEIU(EngineInterfaceUnit)enelavión,mediantebusesdedatosARINC429. Tambiénrecibedatosdelascondicionesdeoperacióndesdevariossensoresexclusivosdelmotor, talescomoT12,PS12,P0,N1,N2,PS3yT25,ycalculaelflujodecombustiblenecesario,controlala actuacióndelasVSV(VariableStatorVanes),delasVBV(VariableBleedValves),lastoleranciasdeHPT (HighPressureTurbine),lastoleranciasdeLPT(LowPressureTurbine)ylasposicionesdelaválvulade controldetoleranciaactivadelrotor(RACC). LaECUsuministralacorrientenecesariaalosmotoresdeparenlaHMUparacontrolarlosdiferentes actuadoresyválvulasmoduladoras. LaECUsuministrasalidadedatosdigitalesenformatoARINC429alaviónpara: Página4 Módulo14.Proulsión. ‐ Larepresentacióndeparámetrosdelmotor(DMC). ‐ Elsistemadedireccióndevuelodelavión(FMS). ‐ Elsistemadedatosdemantenimientodelavión. LaECUestáalimentadaporelalternadortrifásicodelmotor. Senecesitaenergíadelaviónhastael15%deN2,porencimadelcualelalternadorescapazde autoalimentarlaunidad.Dosdevanadosindependientesdelalternadorsuministranlaenergíaalosdos canalesseparadosdelaECU Todaslasentradasdecontrolycomandosdesalidasondoblesparacadacanalyestánconducidas haciaydesdeloscanalesAyBatravésdeCablesyconectoresseparados. SISTEMADEIGNICIONYARRANQUE: Elsistemadeigniciónproporcionalachispaeléctricanecesariaparaarrancarocontinuarla combustión.Comprendedossubsistemasindependientesycadaunodeelloscomprende: ‐ Unabujía ‐ Uncableterminaldeignicióncoaxialapantalladoyrefrigeradoporaire. ‐ Unexcitadordeencendido. ElexcitadordeencendidoesalimentadoporlaECUcon115VACyasuvezconvierteysuministrauna corrientedealtovoltajeypulsatoriadealtaenergíaalabujíaatravésdeloscablesterminales apantallados. ElsistemadearranqueneumáticohacegirarelrotordeAltaPresión(HP)aunavelocidadsuficiente paraelarranqueentierraoenvuelo(siserequiere).ElsistemadearranqueconstadeVálvuladecorte neumática(Shut‐OffValve)yunarrancador(“starter”)neumático. Página5 Módulo14.Proulsión. Fig.3SistemadeIgniciónyArranque LaECUcontrolalossistemasdeigniciónyarranquetantoenmodomanualcomoautomático. Laoperacióndelaválvuladecortedearranqueneumático(SOV)ydeelsistemadeigniciónes presentadaenlapáginaENGINEdelElectronicCentralizedAircraftMonitoring(ECAM). Arranqueautomático DuranteelarranqueautomáticolaECUabrelaválvuladecortedearranqueneumático(SOV)y entonceselexcitadordeencendidoesenergizadocuandolavelocidaddelcompresordealta(HPC) alcanzael16%. LaECUproporcionaproteccióncompletadurantetodalasecuenciadearranque. CuandosecompletalasecuenciadearranquelaECUcierralaSOVycortalaignición. EnelcasoqueocurraalgúnincidenteduranteelarranqueautomáticolaECUabortaráelprocedimiento dearranque. Arranquemanual DuranteunarranquemanuallaSOVabrecuandoseaccionaelpulsadorde“MANualSTARTP/B”, entoncesseenergizaelsistemadeignicióncuandoelMASTERswitchseposicionaen“ON”. Sedebenotarquenohayfuncióndeabortodearranqueenelmododearranquemanualysedebe realizarlafuncióndeabortodearranquemanualmente. HayunlímitemáximodelaEGT(temperaturadelosgasesdesalida)yunaproteccióncontraelStall:se cortaelsuministrodecombustibleysecontinuahaciendoun“crank”. Página6 Módulo14.Proulsión. Cranking Elfuncionamientoenvacíodelmotorpuederealizarsemediantelassecuenciasdeun”cranking”seco ohúmedo. Durantelarealizacióndel“cranking”laigniciónestáinhibida. Ignicióncontinuada Sepuedeseleccionarlaignicióncontinuadacuandoelmotorestárodando,bienporvíadelaECUo manualmenteusandoelselectorrotativooautomáticamenteporelFADEC. SISTEMADEGESTIONDEEMPUJEDELMOTOR Velocidadderotacióndemandada LavelocidadderotacióndelrotorN1demandadacorrespondealaposiciónseleccionadadelapalanca degasesdelmotor(ThrottleLeverAngle)yestáindicadamedianteuncírculoblancooazul(segúnqué caso)enelindicadorN1delaElectronicCentralizedAircraftMonitoring Mododeempujelimitado Laspalancasdegasesseusancomoselectoresdelmododeempujelimitado.Dependiendodela posicióndelapalancadegasesseseleccionaunmododeempujelimitadoyapareceenlapantallade laElectronicCentralizedAircraftMonitoring(ECAM). Silaspalancasdegasesestánposicionadasentredospuntosdedetenciónelsuperiordeterminaráel mododelimitacióndeempuje. Losmodosdelimitacióndeempujeson:“Climb”(CL),“FlexibleTakeOff/MaximumContinuous Thrust”(FLX/MCT)y“TakeOffGoAround”(TOGA). LímitedeN1 ParacadaseleccióndemododeempujelimitadosecalculaunlímitedeN1acordeconlosdatosde referenciadelaire(AirDataReference)yapareceenlapantallasuperiordelECAMpróximaala indicacióndelmododeempujelimitado. Página7 Módulo14.Proulsión. Fig.4LímitedeN1 N1Target: Enlafunciónde“autoempuje”(A/THR),elsistemade“FlightManagementandGuidanceComputer” calculaunN1objetivodeacuerdoconlosdatosdelaireylosparámetrosdelmotoryloenvíaalaECU. Fig.5N1Target MandodeN1 SeusapararegularelFF,esel“FMGCN1Target”cuandoestáactivalafunción“A/THR”. Silafunción“A/THR”noestáactiva,elmandodeN1eselcorrespondientealaposicióndelapalanca degases(ThrustLevelAngle). N1Actual EselvaloractualdadoporessensordevelocidadN1. EstápresentadoenverdeenelindicadordeN1yestaseñalactualsecomparatambiénconlade mandodeN1. Mododecontroldeautoempuje Lafunción“A/THR”seconectamanualmentepormediodelselectorde“A/THRP/B”.Seconecta automáticamentealaplicarpotenciadedespegue. Autoempujeactivo Siestáconectada,lafunciónde“A/THR”quedaactivadacuandolaspalancasdegasessesitúanenel puntodedetenciónde“CL”despuésdeldespegue.ElmandodeN1esel“FMGCN1target”. Lafunción“A/THR”estánormalmenteactivalaspalancasdegasessesitúanentreRalentíyPotenciade Subida(“Climb”),incluyendoestaúltima. Página8 Módulo14.Proulsión. Elrangoactivode“A/THR”seextiendehasta“MaximumContinuousThrust”(MCT)encasodedeque seopereconunsolomotor. CuandolaspalancasdegasesestánsituadasentredospuntosdedetenciónelmandodeN1está limitadoporlaposicióndelapalancadegases. Fig.6Autoempujeactivo Autoempujenoactivo Cuandoseencuentraconectadalafunciónde“A/THR”quedainactivacuandolaspalancasdegases estánsituadasporencimade“Climb”condosmotoresoperando.ElmandodeN1correspondeala palancadegases. Lafunción“A/THR”noestáactivaporencimadeMCTencasodequeseopereconunsolomotor. Lafunción“A/THR”sedesconectaalpasarlaspalancasdegasesalaposicióntopederalentí. Página9 Módulo14.Proulsión. Fig.7Autoempujenoactivo Mododecontrolmanual Cuandonoseencuentraconectadalafunción“A/THR”. LaECUprocesalaseñaldemandodeN1deacuerdoconelángulodelaspalancasdegases(Thrust LevelAngle). UNIDADHIDROMECÁNICA(HMU) LaUnidadHidromecánicaoHMU(HydromechanicalUnit)esjuntoconlaECU(ElectronicControlUnit) elelementofundamentaldelFADEC,sueleestarinstaladaenlaparteposteriordelaCajaPrincipalde AccesoriosoAGB. Estaunidadconviertemediantemotoresdepar/servoválvulaslasseñaleseléctricasrecibidasdelaECU enseñaleshidráulicasparalamedicióndelflujodecombustibledelmotoryactuacióndevarios sistemas. Comomediohidráulicoseutilizaelcombustibledelaviónadecuadamentefiltrado. LaHMUysusfuncionessevanareferiraunaviónconcretoelAirbusA‐340propulsadoporelmotor CFM56‐5C,siendolasmismasextrapolablesacualquieravióndenuevatecnología. Página10 Módulo14.Proulsión. Fig.8UnidadHidromecánicadelAirbusA‐340 IntegranlaUnidad(Fig.9)lossiguientescomponentes: ‐ Unaválvulamedidoradecombustible(FMV) ‐ Unaválvulareguladoradepresióndiferencial ‐ Cincoválvulaspiloto/motoresdeparyunaservoválvula ‐ Ungovernordesobrevelocidad ‐ Unaválvuladepresurizaciónysolenoidedecorte ‐ Unaválvuladebypass Página11 Módulo14.Proulsión. Fig.9EsquemageneraldelaunidadHidromecánica EnelsentidomásampliolaHMU,controladaporlaECU,realizalassiguientesfunciones: • Controldelflujodecombustibledelmotor • Controldelasseñaleshidráulicasalosactuadores • Actuaciónsobrelaválvuladecorteyproteccióndesobrevelocidad Página12 Módulo14.Proulsión. Fig.10LaUnidadHidromecánicaHMUcomocomponentedelFADEC CONTROLDEFLUJODECOMBUSTIBLE ElsistemadecombustibledeA‐340estádiseñadopara: 1. EntregarflujodecombustibleoFF(FuelFlow)alascámarasdecombustión 2. Refrigerarelaceitedelmotory elaceite delGeneradordeArrastre IntegradooIDG(Integrated DriveGenerator) 3. Proporcionarelservocombustibleparalaactuaciónde los sistemasdecontroldelflujo deaire delcompresorysistemadecontroldeholgurasdelmotor Página13 Módulo14.Proulsión. Fig.11SistemadecombustibledelAirbusA‐340 Acontinuaciónsehaceunabrevedescripcióndelsistemadecombustible: Lasbombasdelostanquesdelaviónentreganelcombustibleatravés de una válvuladecorte debaja presión(LPvalve)alaBombadeMotor(FuelPump)queesarrastradaporelCompresordeAlta(HPC). El combustible es presurizado en una primera etapa por una bomba centrífuga o de baja (LP Stage) para prevenir efectos de cavitación, después entra en el cambiador de calor aceite / combustible (MainOilFuelHeatExchanger) donde escalentadopor elaceitederecuperación delmotor.Unavez filtradoparaproteger laHMUdepartículasensuspensión,se presurizaporsegundavezenlaetapade labombadealta(HPStage). En esta bomba de alta se transforma la energía mecánica en energía hidráulica para potenciar los sistemashidromecánicosyentregarelcombustiblealosinyectores. Esunabomba deengranajesdeltipodedesplazamiento positivo.Paravueltasfijasentrega unflujode combustibleconstanteindependientedelapresióndedescarga. Página14 Módulo14.Proulsión. Elcombustibleseusacomomediodelubricacióndeambasbombas. Despuésdesalirdelabombadealta,elcombustibleentraenelfiltrodelavado,dondeaunapartedel mismo que será utilizado como servo se le capturarán las restantes partículas en suspensión. Esta unidad consta de un elemento filtrante y una válvula de alivio de presión que actuará en caso de obstrucción,encuyocasoelcombustiblesederivadirectamentealaHMU. En esta etapa el combustible se divide en dos flujos el combustible filtrado y el combustible no filtrado. Elcombustiblederetorno,procedente delaválvulabypassy delosservosfluyeatravésdel enfriador deaceitedelGeneradoroIDG(IntegratedDriveGenerator),paraenfriarelaceite. Despuésvuelvealabomba,entrelasetapasdealtaybaja ya travésdelcambiadordecaloraceite– combustiblesereintegraalsistema. En casodeobstrucción delosfiltrosoel cambiador de calor,entranenfuncionamiento unaserie de válvulasbypassqueevitanelexcesivoincrementodepresión. Flujodecombustiblealascámarasdecombustión Elcombustible nofiltradooflujoprincipal evitaelfiltrodelavado,entra en laHMUysuministrael flujodecombustibleatravésdelaválvulamedidora,laválvuladepresurización,eltransmisordeflujo decombustible,laválvuladeescalonamiento,elfiltrodeinyecciónylosinyectores. La Válvula Medidora o FMV (Fuel Metering Valve) integrada en la HMU, está actuada por la ECU medianteunmotordepar/servoválvula. Tiene como misión suministrar el flujo de combustible adecuado para obtener la N1 seleccionada bienporlapalancadelmandodegasesoporelsistemadeEmpujeAutomático(AutoThrust). Elmotordeparcontienedosbobinasindependientes;cadaunadedicadaauncanaldelaECU El ECU recibe dos señales de realimentación (feed back) proporcionales a la posición de la válvula medidora de combustible una por canal. El ECU utilizara estas señales para conseguir el control eléctricodelaFMVenlazocerrado. Unaválvulareguladoradepresióndiferencialmantiene una caída depresiónconstante através dela válvulamedidora. Como resultado, el flujo de combustible varía proporcionalmente con la posición de la válvula medidora. Elcombustiblealasalidade laFMVpasaporunaVálvula deCorte deCombustibledeAltaPresióno HPFSOV(HighPressureFuelShut‐OffValve)tambiénincluidaenlaHMUendirecciónalosinyectores. El transmisor de flujo transmite el combustible medido a la cámara de combustión, está instalado sobrelaHMUyestálocalizadoentrelaválvulade cortey laválvuladeescalonamientoVSB. Envía la señalalaECUque la convierteenseñaldigital.Elprincipiode funcionamientosebasaenunaturbina en que el flujo de combustible arrastra el rotor cuyo par es contrarrestado por un muelle. En cada Página15 Módulo14.Proulsión. rotacióndosimanes permanentesmontadossobreelrotor pasanenfrentede dosbobinasgenerando dosimpulsos.Eltiempoentrelosimpulsosmidedirectamenteelflujomásico. Existendos colectoresdecombustiblepara alimentación a los inyectores.Uncolector omanifoldque suministra combustible a 10 inyectores siempre que el motor está en operación y otro colector escalonadoquepuedesuministrarcombustiblealosrestantes10inyectoresdependiendodelrégimen depotencia. Losinyectoresestánposicionadosalternativamentesobreloscolectores.Cadacolectorestádivididoen dos segmentos unidos por tuercas conectoras y las dos mitades están conectadas a la línea de suministro. LaVálvuladeEscalonamientooBSV(BurnerStagingValve)seleccionalaentregadecombustiblealos doscolectores(20inyectores)osoloaunodeellos(10inyectores)dependiendodelaordendelaECU. LaBSVcontieneunaválvulalímite deincremento de presión,queabrelaválvula depararestaurarla operacióncon20inyectorescuandoladiferenciadepresiónalcanzaundeterminadovalor. Laoperacióncon20inyectoresestáreservadaparadespegueyotrasoperacionesdealtapotencia.Con 10 inyectores se asegura la deceleración adecuada del motor y el mantenimiento del margen de apagadodellama. La válvula de escalonamiento de la cámara de combustión que es del tipo de tulipa accionada por pistón,estácontroladaporlaECUyactuadaporunaseñalhidráulicaprocedentedelaHMU. ElFiltrodeinyecciónestádotadode uninterruptor depresióndiferencialqueenvía unaseñalalECUy deahíalacabina“FuelFilterClogged”encasodeobstrucción. Los 20 inyectores de combustible, aseguran un buen encendido y una eficiente combustión a alta potencia. Están conectados a los colectores de combustible, instalados dentro del conjunto de la cámara e introducenelcombustible pulverizado.Disponendedospasosdecombustible quegenerandosflujos denominadosprimarioysecundario. El flujo primario de alta presión a través de la válvula antirretorno, pasa por el paso primario del conducto y punta del inyector y entra en la cámara de combustión como un flujo pulverizado de densidaduniforme. El flujosecundario dealtapresiónactivalaválvuladivisora deflujo.Estecombustibleatraviesaelpaso secundario del conducto y punta del inyector. Después entra en la cámara de combustión como un pulverizado de forma cónica y densidad uniforme. El cono del pulverizado secundario es más amplio queeldelprimario,porloquecircundaelpulverizadoprincipal. RefrigeracióndeaceitedelaIDG El combustible no quemado procedente de la HMU y el flujo de retorno de los servos, se mezclan y atraviesanelenfriadordeaceitedelGeneradoroIDGantesderegresaralcircuitodecombustible. Página16 Módulo14.Proulsión. Elaceitecalientetransfiere caloren elenfriadordelaIDGalcombustiblequevienedelaHMU y que regresaalabombaparadespuéshaciaelintercambiador. El enfriador es del tipo tubular, el aceite circula a través de los múltiples tubos de acero inoxidable unidos en ambos extremos. El combustible circula dentro de los tubos que evacuan las calorías abandonadas por el aceite. Si la caída de presión dentro del núcleo del intercambiador de calor se incrementa,seabrelaválvuladealivioderivandoelcombustible. La Válvula de Retorno de Combustible o FRV (Fuel Return Valve) tiene como misión mantener la temperatura del aceite de la IDG dentro de límites, en caso de excesiva temperatura la FRV abre retornandocombustiblealostanquesdeavión. La FRV que dispone de dos solenoides energizados por la ECU, controla y mezcla un flujo de combustiblefrio(delabombadecombustibledebaja)conunflujodecombustiblecaliente(delalínea de retorno) para impedir que la temperatura del combustible exceda de 120 ºC en condiciones de tránsito. Cuandoelintercambiotérmicono essuficiente, laECU, deacuerdo con las temperaturas del aceite del motor,delcombustibleydelafase devueloabrirála válvula deretorno delcombustible,devolviendo a los tanques el combustible servo caliente de retorno y permitiendo que una mayor cantidad de combustiblefriocirculeporelsistemapararefrigerarelaceite. Silaválvuladeretornodelcombustiblepermanececerrada,deacuerdoalaseñalrecibidaporlaECU, elcombustibleregresaráalasalidadelabomba. Cuandoseparaelmotor, serecibeunaseñalhidráulicadelaválvula decortedelcombustible dealta (HPSOV)quecierralaFRV. Servocombustibleparaactuacióndesistemas ElcombustiblefiltradoprocedentedelfiltrodelavadoeslafuerzaactuadoradelFADEC. Camino de las servoválvulas de la HMU atraviesa el calentador de servocombustible (Servo Fuel Heater).Elpasoporelcalentadorgarantizalasuficientetemperaturaparaevitarelatascamientodelos servomecanismos debido a la formación de partículas de hielo. La Unidad Hidromecánica contiene válvulaspiloto/motoresdeparparamodularlasseñaleshidráulicasalossistemassiguientes: • ÁlabesdeEstatorVariable(VSV) • VálvulasdeSangradoVariable(VBV) • ControldeToleranciaActivadelaTurbinadeAlta(HPTACC) • ControldeToleranciaActivadelaTurbinadeBaja(LPTACC) • ControldeToleranciaActivadelRotor(RASB) • VálvulaMedidoradeCombustible(FMV) Página17 Módulo14.Proulsión. • VálvuladeEscalonamientodelaCámaradeCombustión(BSV). • VálvuladeTránsito(TBV) Cadamotordeparcontienedosbobinasindependientes,eléctricamenteaisladas.Unaestádedicadaal canalAy laotraal canalBdelaECU.Losmotores deparsuministran flujoypresiónen unapuertade presióndelaHMUenrespuestaaórdeneseléctricasprocedentesdelaECU CONTROLDESEÑALESHIDRÁULICASALOSACTUADORES SeutilizaelcombustibleservodelaHMUpara: A) CONTROLDEFLUJODEAIREDELCOMPRESOR Paraprevenirpérdidasen elcompresoryproporcionarbuenaaceleración elmotor está equipadocon unSistemadeVálvulasdeSangradoVariables(VBV)yunSistemadeÁlabesdeEstatorVariables(VSV) AmbossistemasestánoperadosconcombustibledelaHMUycontroladosporlaECU Página18 Módulo14.Proulsión. Fig.12Sistemasdecontroldeflujodeairedelcompresor SistemadeVálvulasdeSangradoVariables ElSistema deVálvulas de SangradoVariablesoVBVS (Variable Bleed Valve System)controlaelflujo deairedelCompresordeBaja(LPC)alCompresordeAlta(HPC)medianteelusode11válvulas. El objetivo del sistema esmejorarelacoplamiento y corregirdesajustes entre ambos compresoresen determinadassituacionesoperativasyestadosdel motorcomo regímenestransitorios,bajavelocidad, enaltitudyconmotoresdeteriorados. LaECUcalculalaposicióndelas11válvulasVBVparasangrarelexcesodelairedelcompresordebaja haciaelconductodel fan,demodo quesóloestédisponible enlaentradadelHPClacantidaddeaire deseada. Página19 Módulo14.Proulsión. Fig.13SistemadeVálvulasdeSangradoVariables Las 11 válvulas VBV, se posicionan entre completamente abiertas en el arranque y baja potencia y completamentecerradasaaltapotencia,seabrentotalmenteenaceleracionesrápidas. La operación de las válvulas VBV está relacionada con la operación del compresor de alta (HPC). En regímenesestacionariosyenaceleraciónestándirectamente controladaspor elajusteangulardelos álabesdeestatorvariables(VSV)quesedescribiránposteriormente,sientoestaunaseñaldeentradaa laECUparaelcálculodelprogramadedemanda. Elsistemarealizacuatrofuncionesprimarias: • PosicionalasVBVenrespuestaalapresióndiferencialdelcombustibleatravésdelmotor. • Sincronizamecánicamentelas11válvulasensudesplazamiento • Limitalaposicióndelasválvulasalfinaldesucarrera • Da información de posición de las válvulas a la ECU mediante un Transductor Diferencial VariableRotatoriooRVDT(RotaryVariableDifferentialTransducer) Estesistemadecontrolincluyelossiguienteselementos: 1.‐UnservohidromecánicointegradoenlaHMU,queproporcionaseñales decombustiblealmotor de engranajes. 2.‐Unaunidaddepotenciahidráulicaconsistenteenelmotordeengranajes 3.‐Unsistemamecánicodetransmisióncon: ‐ Unactuadormaestrodehusillodebolasyunaválvuladesangrado ‐ Diezactuadoresdehusillodebolas,unoporcadaválvula ‐ Unmecanismodetope ‐ Unconjuntodeejeflexibleprincipal ‐ Diezconjuntosdeejesflexiblesdeválvulas. El sistema de actuación de VBV proporciona una salida angular mediante el conjunto motor, el conjuntoactuadormaestroyelconjuntodelosdiezactuadores. Elsistemaestáinterconectadocondiezconjuntosdeejesflexibles.Puedeabrir,cerraromodularauna posición intermedia las 11 válvulas en respuesta a una señal de entrada. Las válvulas permanecen totalmentesincronizadasensurecorridoporsuconfiguracióndeejesflexiblesmecánicoscontinuos. Elconjuntoactuadormaestrode husilloestáconectadoalsensordeposición deVBVporunavarilla de realimentacióntipopush‐pull LaECUcontrolala direcciónyvelocidaddela rotacióndelmotor.Cadacanalde laECUgestionaun Página20 Módulo14.Proulsión. programadedemandadeVBVenfuncióndelassiguientesentradas: ‐ N1corregida. ‐ N2corregida ‐ SeñaldecontroldeVSV. Elmotorarrastraelejeflexibleprincipal delconjuntode actuadormaestroatravésdelmecanismode tope. Losconjuntosdeejesflexiblestransmitenla potencia desdeel ejeprincipalalos conjuntosdelos 10 actuadoresrestantes.Cadaactuadordaelmovimientoasuválvulaasociada ElcombustibleaaltapresiónactivahidráulicamenteelsistemadeactuacióndeVBV. Un RVDT envía la señal de posición angular de las VBV a cada canal de la ECU. Esta señal de realimentación(feedback)seusaparaajustarlaposicióncorrectadelasVBV SistemadeÁlabesdeEstatorVariables ElSistemadeÁlabesdeEstatorVariablesoVSVS(VariableStatorVaneSystem)controlaelflujode aire primario a través del Compresor de Alta (HPC) variando el ángulo de los álabes de estator o “vanes”delastresetapasvariablesydelosÁlabesdeGuíasdeEntradaoIGVs(InletGuideVanes). EstecontrolacoplaaerodinámicamentelasetapasdecompresióndelCompresor deBaja(LPC)con las etapas del Compresor de Alta proporcionando una eficiencia óptima del compresor y mejorando el margendepérdidaenoperacionesdetránsitodelmotor. El ángulo de los álabes de estator es función de la velocidad de giro del compresor (N2) y de la temperaturadeentradaalmismo. LaUnidaddeControlElectrónico(ECU)calculaelángulodelasVSVycontrolaelmismoatravésde motoresdepardelaHMU.LapresióndecombustibledelaUnidadHidromecánica(HMU)eselmedio hidráulicoparaoperarlosactuadoresdeVSV. Cada canal de la ECU tiene un programa de demanda de los VSV. Este programa de demanda se gestionaenbasealasentradasde: • Latemperaturadeentradadelcompresor • Lapresiónambiente • LavelocidadN2. Página21 Módulo14.Proulsión. Fig.14SistemadeÁlabesdeEstatorVariables Elsistemadeactuación deVSVconsta dedosactuadores,cada uno condosLVDTy2conexionesy mecanismosdeactuación. Página22 Módulo14.Proulsión. LaHMUproporcionacombustibleaaltapresiónalosactuadoresde VSVylosLVDTincorporadosen cada actuador realimentan la posición angular de los vanes a la ECU para comparar con la posición programada. CadaactuadordeVSVestáconectadomedianteunaarticulaciónylapalancaacodadadela3ªetapaa unavarillamaestra.A la varillamaestraestánunidasunaspalancasacodadas queasuvezarrastran unosanillosdeactuadores. Losanillosdeactuaciónqueestánconectadosalaalturadelalíneahorizontaldelcárterdelcompresor girancircunferencialmentealo largodelejehorizontal del compresor.El movimiento delosanillose transmitealosálabesindividualespormediodelaspalancasdeactuacióndelosálabes. Los actuadores de VSV proporcionan la fuerza de salida y el movimiento al sistema de álabes de estatoresvariablescomorepuestaalapresióndelcombustibledelaunidadhidromecánica. ElactuadorarrastraelconjuntodeconexionesdeVSVparadarelánguloalosvanes calculado por el ECU a través del HMU. Los motores de par del HMU suministran combustible a el vástagooalpistón respectivamenteparacerraroabrirlosvanes omantenersuángulo equilibrandoel pistóndelactuador. Cada a LVDT consta de dos bobinados: Uno estacionario y otro móvil. El móvil se desplaza con el vástagodelactuadormientrasqueelotropermanecefijo,elvoltajeresultanteesfuncióndelacarrera delactuador oloque eslomismo delaposición delosVSV. Las corrientes excitadorasgeneradasse envíanalaECU,ladelLVDTdelladoizquierdo(LH)alcanalAyladelladoderecho(RH)alcanalB. B) CONTROLDELASHOLGURASYSANGRADOENTRÁNSITOS Hay tres sistemas controlados en forma independiente por la ECU y actuados por la HMU que proporcionanajustedeholgurasdemotorysangradoentránsito.Lasholgurasentrelaspuntasdelos álabesyelcártersoncontroladasactivamenteparaoptimizarlasactuacionesdelmotor. En ciertos modelos de este motor existe un cuarto sistema (RACSB) que optimiza las holguras del compresoryqueesgestionadoigualmenteporlaECUyHMU. Página23 Módulo14.Proulsión. Fig.15SistemasdeControldeHolgurasySangradosenTránsito Sistemadecontroldeholgurasdeturbinadealta ElsistemadecontroldeholgurasdeturbinadealtaoHPTACC(HighPressureTurbineActiveClearance Control)gestiona la holgura dela punta delosálabesrespectoalcárter mediante airesangrado del CompresordeAlta. Elairederefrigeración delCompresor deAlta(HPC)suministradoalaestructuraenvolventedel cárter delaturbinadealtaprovocaunefectotérmicosobreelcárter. El sistema controla la modificación de la dimensión radial del cárter de la turbina para adaptarse en formaadecuadaalavariacióndelrotordelaturbina. Página24 Módulo14.Proulsión. Fig.16SistemadeControldeHolgurasdeTurbinadeAlta Elobjetivoesmaximizarlaeficienciade laturbinaencrucero,minimizarlospicos de EGTdurantelos movimientosbruscosdelapalanca demando degasesyevitarlafricciónde lapuntadelosálabes duranteoperacionestransitorias. Elsistemaenvíaairede lasetapas4ªy 9ªdelcompresordealta(HPC)a laestructuraenvolventede turbinadealta(HPT) para enfriaro calentarsegún seaelporcentaje demezcla,elcárterdeturbina de alta. Es un sistema de lazo cerrado basado en la medida de la temperatura (sensor en T) de la estructura envolventedelaturbinadealta. El ECU calcula primero la posición de la válvula de HPTACC para controlar esa temperatura al nivel deseado. Página25 Módulo14.Proulsión. Cadacanal de laECU calculala señaldedemandaparael correspondiente motordepardelHPTACC comorespuestaaesatemperatura ParaelcálculoelECUutiliza: ‐ LatemperaturadelcárterdelaHPT(Tcase) ‐ Latemperaturadedescargadelcompresor(T3) ‐ LavelocidadN2 Enfuncióndeesto,elECUenvíaunaseñaleléctricaalaUnidad HidromecánicaoHMUparamoverla citadaválvuladeHPTACC. Laválvula es un actuador hidráulicoconectadocon lasválvulas demariposa quecontrolan elflujode airealaestructuraenvolventedelaturbinadealta. Unaválvulademariposacontrolaelflujodesangradodela4ªetapadelcompresormientrasquelaotra controlaelflujodela9ªetapa. Elairedela4ªetapasemezclaconeldela9ªetapaaguasabajodelaválvula. DosLVDTestánconectadosal actuadorparadarretroinformación deposición delaválvulaalosdos termopares que están alojados en la estructura envolvente de la turbina de alta y que a su vez realimentanlatemperaturaalECU.CadaLVDTenvíalaposiciónde laválvuladeHPTACCacada canal delaECU. Sistemadecontroldeholgurasdeturbinadebaja Elsistemade controldeholgurasdeturbina debajao LPTACC(LowPressureTurbineActiveClearance Control)controlala holgura de la puntadelosálabes delaturbina debajaconelcártermediante el usodelairedefan. Durante la operación se suministra aire de fan a unas tuberías de refrigeración sobre el cárter de turbina de baja con lo que se controla la expansión térmica del cárter para adaptarse en forma adecuadaalavariacióndelrotordelaturbina. Página26 Módulo14.Proulsión. Fig.17SistemadeControldeHolgurasdeTurbinadeBaja El propósito del sistema es principalmente optimizar la holgura radial de la punta de los álabes de turbinadebajaconelcárterparaobtenerlasmejoresactuacionesentodoslosregímenesdemotor. Adicionalmenteseevitansobretemperaturasdelcárterdelaturbinayreduciendooincrementandolos flujosderefrigeraciónsemejoranlasaceleracionesrápidasabajavelocidadylasactuacionesdelaLPT paraaltastemperaturasdeentradaenlamisma. Para conseguir estos requerimientos el sistema utiliza una cantidad controlada de aire de fan y lo canaliza a través de un sistema exclusivo de tuberías, válvula de control, colectores y tubos perforadosderefrigeración. ElcomponenteprincipaleslaválvuladeLPTACC,actuadapor la HMU y controladaporlaECU,que controlasuposiciónyutilizaunaseñalderealimentaciónparaajustarlaalvalordeseado. CadacanaldelaECUtieneunprogramadedemandadeLPTACCparacontrolarlaválvuladeLPTACCa travésdemotoresdepardelaHMU.Elprogramadedemandautiliza: ‐ Lapresiónambienteparalaaltitud ‐ LavelocidadN1. Página27 Módulo14.Proulsión. ‐ Latemperaturaambiente ‐ EGT Estaválvula,queesdeltipomariposa,regulaelairedelfanypermiteelpasodelmismoalosconductos perforadosinstaladosalrededordelcárterdelaLPT. Tiene integrada un RVDT doble para la realimentación (feedback) de la posición.de la válvula de LPTACCacadacanaldelaECU. SistemadeválvuladesangradoenTránsitos ElsistemadelaválvuladesangradoenregímenestransitoriosoTBV(Transient BleedValve)mejora losmárgenesdepérdidadelcompresorenlasoperacionesdetránsitoylasoperacionesdearranque. Fig.18SistemadeSangradoenTránsitos ConstadelaválvulaTBV quealivia el compresordealta (HPC) descargando airedela9ª etapaenla cavidaddelaturbinadebaja(LPT). LaTBVesunaválvulademariposadedosposiciones,cuerpode unsolopasoyunactuador.Tiene un LVDTdoblequeinformaalECUdelaposicióndelaválvula La posición de la TBV es controlada por la ECU y actuada por la presión hidráulica de la Unidad Página28 Módulo14.Proulsión. HidromecánicaHMU. LaHMUutilizatrespresionesprocedentesdelas bombasdecombustible, que aumentanodisminuyen enfuncióndelavelocidaddelmotor. La lógicadel cálculo determinalaposición de la válvula TBV en función de las velocidadesN2 físicasy corregidasparadeterminarsielmotorestáenlacondicióndearranqueotránsito. Laválvulade9ªetapaestátotalmenteabiertahasta11.000RPMdeN2corregida. Entre 11.000 y 11.600 de RPM se modula desde la posición de totalmente abierta a la posición de totalmentecerrada. Permanececerradaporencimade11.600RPMaunqueserealiceunacondicióndetránsito Sistemadecontroldeholgurasdelrotorysangradodearranque ElSistemadeControldeHolgurasdelRotor o RAC (Rotor ActiveClearance) y Sangrado de Arranque oSB(Start Bleed)controlalas holguras del compresorenaltura a la vezque alivia el compresoren arranqueyaceleración. Paralamejoradelaholguraderotorseutilizaairesangradodelaetapa5ªdelcompresordealta(HPC) mientras que para las actuaciones en arranque y aceleración se sangra aire de la 9ª etapa del compresordealta(HPC). Fig.19SistemadeControldeHolgurasdelRotorySangradodeArranque Página29 Módulo14.Proulsión. LafuncióndelRACesmejorarla efectividaddelcompresorenrégimendecrucero, lafuncióndelSB esmejoralemargendepérdidaduranteelarranqueylaaceleración. ElRACSBesunsistemade lazoabierto. ElRACconduceairesangradodela5ªetapa delcompresorde altaalacavidadsoportedeestecompresordealta(compartimentodecojinetenº3). Elairede estaetapa haceexpandirseel rotory reducelasholguras delaspuntasdelos álabesdel rotorfrentealcárter.Seobtieneunareduccióndeconsumoporlamejoradeeficienciaconseguida. LafunciónSBseusadurantelosarranquesylaaceleracióndesdevelocidadesbajas. En los tránsitos el aire sangrado de la 9ª etapa incrementa el margen de pérdida del motor. En el arranque de motor la válvula RACBS se mueve a la posición de “sangrado de la 9ª etapa” y este sangradodescargaelcompresordealtaparamejorarlaaceleracióndelmotor. EnvelocidadesestacionariassuperioresalralentíabajaaltitudlaRACBSestáenposición“noaire”. Paragran alturalaválvulaRACSB sangra airedela5ªetapaparacalentar lacavidadsoportedelHPC quedisminuyelasholgurasdelcompresorymejorasueficiencia. Cuandoelmotorseparalaválvulasemuevealaposicióndeseguridad“noaire”. LaválvulaRACBStieneintegradasválvulasdoblesdemariposaarrastradasporunactuadoractuadopor combustible LarealimentacióndeposiciónalECUladaunLVDTdedoblecanalunidoalactuador. Unaválvulademariposacontrolaelflujo desangrado dela5ªetapamientras quelaotracontrolael flujodesangradodela9ªetapa. Elairedela5ªetapaesconducidoa lacavidaddelcompresormientras queel dela9ªetapasellevaa lacavidaddelaturbinadebaja. C) CONTROLDELAPARTEMEDIDORADELSISTEMADECOMBUSTIBLE EnestesentidoseencuadralasactuacionessobrelaVálvulaMedidoradeCombustibleFMVy sobrela VálvuladeEscalonamientoBSV,descritasanteriormente. VALVULADECORTEYPROTECCIÓNDESOBREVELOCIDAD La Válvula de Corte de Combustible de Alta Presión o HPFSOV (High Pressure Fuel Shut‐Off Valve) cortaelflujodecombustiblealmotor enrespuestaaunaseñaleléctricasuministradapor laMASTER LEVERdesdelacabinadevuelo.Laválvulaestáaccionadamedianteunsolenoideysuposiciónseenvía eléctricamentealaECU. Laseñaldecorte delaMASTER LEVERalaválvula dealta(HPFSOV)envía una señaldecortealaFRVy cierratambiénlaválvuladecombustibledebaja(LPValve). Laválvuladecortedecombustibledealtaabrecuandosecumplenlastrescondicionessiguientes: Página30 Módulo14.Proulsión. ‐ OrdendeabrirdesdeelinterruptorENG/MASTER(solenoidede‐energizado) ‐ RotacióndemotorN2mayordel15% ‐ FlujodecombustiblerequeridoporlaECU LaProteccióndeSobrevelocidadsehacevíaun“governor”desobrevelocidad incluidoenlaHMU.Está diseñadoparaprevenirquelavelocidaddelconjuntodealtaexcedaenrégimenestacionarioel106,05 %deN2. ¿ElFADECdecadamotorconsisteen…? a.‐UnaECUyperiféricosasociados b.‐UnaECUyunaEFIS c.‐UnaECUyunAFIS d.‐SolamenteenunaECUdedoblecanal ¿Elsistemadeignicióncomprendede…? a.‐Unsistemaformadoporbujía,cableterminaldeigniciónyunexcitadordeencendido b.‐Dossubsistemasindependientesconstituidosporbujía,cableterminaldeigniciónyunexcitador deencendido c.‐Unsistemaformadoporbujíayunexcitadordeencendido d.‐Unsistemaformadoporuncableterminaldeigniciónyunexcitadordeencendido ¿LaHMU(UnidadHidromecánica)sirvepara…? a.‐Iniciarelarranquedelmotor b.‐RegulalaalimentacióndelECU c.‐Controlaelflujodecombustibledelmotor d.‐Indicaelestadodefuncionamientodelmotor ¿LaIDGes…? a.‐UnaválvulaqueformapartedelaHMU b.‐Unindicadordetemperaturadelosgasesdeescapedelmotor c.‐Unaelectrobombaenelsistemadecombustible d.‐Elenfriadordeaceitedelgenerador ¿SeutilizaelcombustibleservodelaHMUpara…? a.‐SuministrarenergíaalaECU b.‐Elcontroldeflujodeairedelcompresoryelcontroldelasholgurasysangradoentránsitos c.‐Parafiltrarelcombustible d.‐Notieneningunafunciónespecífica ¿Elsistemadecontroldeholgurasdeturbinadealta…? a.‐Gestionaelflujodecombustible b.‐Gestionalapotenciadesalidadelcompresor c.‐Gestionalaholguradelapuntadelosálabes d.‐Gestionalaholguradelsangradodelmotor Página31 Módulo14.Proulsión. ¿Elsistemadeválvuladesangradosentránsitos…? a.‐Mejoralosmárgenesdepérdidadelcompresorenlasoperacionesdetránsitoylasoperacionesde arranque b.‐Mejoraelrendimientodelaturbinadealta c.‐Modificalamezcladecombustible d.‐Cambialascondicionesdeoperacióndelacámaradecombustión Página32
