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FADEC

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レシプロエンジンようのFADEC

FADEC(ファデック、または、フェデック)とは、デジタルコンピュータもちいて、航空こうくうようエンジンすべての制御せいぎょおこな制御せいぎょ装置そうちである[1][2][3]

FADECは、Full Authority Digital Engine Controlりゃくであるが、当初とうしょFull Authority Digital Electronics Controlりゃくとされていた[1]日本語にほんごでは「ぜんデジタル電子でんししきエンジン制御せいぎょ装置そうち[4]、「ぜんデジタルしき電子でんし制御せいぎょ[2]、「デジタル電子でんし制御せいぎょ装置そうち[3]などとやくされている。

FADECは、制御せいぎょようデジタルコンピュータ[注釈ちゅうしゃく 1]中心ちゅうしんに、アクチュエータ、センサ、電源でんげん回路かいろなどからなるシステムである[5]。FADECは、従来じゅうらい油圧ゆあつ機械きかいしきくらべてたか制御せいぎょ精度せいどつことから、燃費ねんぴふくむエンジン性能せいのう最適さいてきにつながるほか、故障こしょう診断しんだん機能きのうそなえたり、制御せいぎょ機能きのう追加ついか変更へんこうおこないやすいため、エンジン全体ぜんたい開発かいはつ改良かいりょうてんでも有利ゆうりである[1][3][5]

FADECが最初さいしょ導入どうにゅうされたのはタービンエンジン制御せいぎょで、のち技術ぎじゅつ洗練せんれんされたことでレシプロエンジンにももちいられるようになった[1]。21世紀せいき現在げんざいでは軍用ぐんよう民間みんかんようわずあらたに製造せいぞうされる航空機こうくうきのFADECは、安全あんぜんせい確保かくほのために冗長じょうちょうせいった2じゅうけいとなっている[6]

歴史れきし

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航空機こうくうきようのエンジン制御せいぎょ装置そうちながあいだ油圧ゆあつ機械きかいしきのもの[注釈ちゅうしゃく 2]使用しようされていた。これは電気でんき回路かいろ部品ぶひん信頼しんらいせい十分じゅうぶんではなく、エンジン制御せいぎょ装置そうち故障こしょう航空機こうくうき墜落ついらく危険きけんをはらんでいたために、確実かくじつ動作どうさ期待きたいできる油圧ゆあつ機械きかいしきえらばれたためである。油圧ゆあつ機械きかいしきでは単純たんじゅん制御せいぎょしかおこなえず[注釈ちゅうしゃく 3]航空機こうくうき飛行ひこうわせてエンジンの動力どうりょく性能せいのう最適さいてきするには航空こうくう機関きかんのようなせんもん乗員じょういん操縦そうじゅう自身じしんがエンジン制御せいぎょおこな必要ひつようがあり、これらは運用うんようじょう負担ふたんとなっていた。また、エンジン技術ぎじゅつそのものが高性能こうせいのうへとすすむにともなって物理ぶつりてき強度きょうど動作どうさ温度おんど実用じつよう限界げんかいちかくで動作どうささせることがもとめられたが、油圧ゆあつ機械きかいしきではその要求ようきゅうこたえられなかった。

レシプロエンジンでは航空こうくう機関きかん操縦そうじゅう高度こうどわせてチョークレバー操作そうさ混合こんごう調整ちょうせいしていたが、単座たんざ戦闘せんとう性能せいのう向上こうじょう飛行ひこう高度こうど頻繁ひんぱんわるようになると負担ふたんになっていた。1939ねんにドイツで開発かいはつされたBMW 801には「コマンドゲレート」とばれる機械きかいしきアナログコンピュータ付属ふぞくしていた。これはパイロットがスロットルレバーを操作そうさするだけで、プロペラピッチ、2だんスーパーチャージャーのえ、点火てんか時期じき調整ちょうせい混合こんごう濃度のうどなどが自動じどう調整ちょうせいされるシステムであった。えいべいにもつよ影響えいきょうあたえ、プラット・アンド・ホイットニー同様どうようの「自動じどう動力どうりょく制御せいぎょ装置そうち」(Automatic Power Control)/「自動じどう発動はつどう制御せいぎょ装置そうち」(Automatic Engine Control)を開発かいはつした。

アナログしき制御せいぎょ装置そうちは、日本にっぽんでもだい世界せかい大戦たいせん末期まっき海軍かいぐん航空こうくう技術ぎじゅつしょう気化きかわり試験しけんてき電気でんきてき制御せいぎょ研究けんきゅうされたことがある。当初とうしょ操縦そうじゅうによるスロットルレバーによる機械きかいてき連動れんどう機構きこうかいした制御せいぎょであったが、燃料ねんりょう流量りゅうりょう出力しゅつりょくおおくの要素ようそ制御せいぎょする必要ひつようがあった。

その電子でんし部品ぶひん信頼しんらいせい向上こうじょうするとアナログ電気でんきしき制御せいぎょ装置そうち採用さいようはじまった。1960年代ねんだいロールスロイス 593エンジンにアナログ電気でんきしき制御せいぎょ装置そうち搭載とうさいされた。

アナログ電気でんきしき制御せいぎょ装置そうちでは従来じゅうらいがた油圧ゆあつ機械きかいしき電気でんき回路かいろ付加ふかした構成こうせいり、まだ信頼しんらいせい不足ふそくしていた電子でんし部品ぶひん動作どうさ不良ふりょうにも従来じゅうらいがた油圧ゆあつ機械きかいしき制御せいぎょ装置そうち基本きほんてきなエンジン制御せいぎょになえるように考慮こうりょされ、電気でんきしき制御せいぎょによって油圧ゆあつ機械きかいしきではたせなかったこまかな調整ちょうせいおこなえるようになった[注釈ちゅうしゃく 4]

アナログしきからデジタルしき変更へんこうされたFADECの登場とうじょうには安全あんぜんせい確保かくほのために、従来じゅうらいがたでバックアップよう油圧ゆあつ機械きかいしきエンジン制御せいぎょ装置そうち(Backup Control Unit, BCU)ものこしてかれた[6]

1970年代ねんだいまつにはアナログしき制御せいぎょ装置そうちはデジタルしきってわられた。NASAプラット・アンド・ホイットニーしゃはFADECの実験じっけんF111追加ついか搭載とうさいしたTF30エンジンでおこない、その結果けっかF100PW2000反映はんえいされた。PW4000最初さいしょ商用しょうよう"Dual FADEC"ジェットエンジンである。

構成こうせい

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  • ECU(Electronic Control Unit)
  • 電気でんき系統けいとう(センサー、アクチュエーター、配線はいせんるい
  • 油圧ゆあつ系統けいとう(ポンプ、アクチュエーター、配管はいかんるい

21世紀せいき航空機こうくうきでは、上記じょうきうちのECUと電気でんき系統けいとうを2じゅうつ2じゅう冗長じょうちょう構成こうせいになっている[注釈ちゅうしゃく 5]が、油圧ゆあつ系統けいとうを2じゅうつものはすくない[6]

動作どうさ

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FADECは電気でんき系統けいとうによるセンサーるい入力にゅうりょく機体きたい制御せいぎょシステムからもとめられるエンジン動作どうさじょうきょうもとづいて、ECU内部ないぶ演算えんざんおこない、電気でんき系統けいとう電気でんき系統けいとうつうじた油圧ゆあつ系統けいとう電気でんきてき制御せいぎょ信号しんごう出力しゅつりょくすることでエンジン動作どうさ制御せいぎょする。具体ぐたいてきにはエンジン回転かいてんすうやエンジン各部かくぶ温度おんどといったセンサー情報じょうほう燃料ねんりょう計量けいりょうべん開閉かいへい制御せいぎょ、イグニッションユニットの制御せいぎょ可変かへんせいつばさアクチュエーターの制御せいぎょなどである。

2じゅう冗長じょうちょう構成こうせいになっているFADECでは、通常つうじょう、1系統けいとうがエンジン制御せいぎょ担当たんとうしていて、この動作どうさ不良ふりょう自動じどう手動しゅどうによって待機たいき状態じょうたいかれていたもう1つの系統けいとうにエンジン制御せいぎょえられる。FADECのECUはウォッチドッグタイマーのような自己じこ診断しんだん機能きのうによって常時じょうじ自己じこ診断しんだんされており、おおくの場合ばあい自己じこ異常いじょうみずか検知けんちしてそれが制御せいぎょ担当たんとう状態じょうたいならエンジン制御せいぎょ他方たほうえられる。2系統けいとうともが異常いじょうとなれば機能きのう不全ふぜんがよりすくない系統けいとう制御せいぎょおこなわれるようにプログラムされているものもあるが、いずれにしてもあらゆる動作どうさ不良ふりょう対応たいおうできるものではない。2系統けいとう不良ふりょうでもエンジンは危険きけん状態じょうたいにならないように工夫くふうされている。

機体きたいそらりょく制御せいぎょおこな機体きたい制御せいぎょシステムでは3じゅうや4じゅう冗長じょうちょうせいそなえるものもめずらしくないので、2じゅうまでのFADECはそれほどたか冗長じょうちょうせいっていない。

21世紀せいき今日きょうでは、FADECを機体きたい制御せいぎょシステムと統合とうごうすることで航空機こうくうきのさらなる運動うんどうせい向上こうじょうもとめた飛行ひこう推進すいしんけい統合とうごう制御せいぎょ(Integrated Flight and Propulsion Control, IFPC)のシステム開発かいはつすすめられている。戦闘せんとうでは推力すいりょく偏向へんこうノズルがその具体ぐたいてきおう用例ようれいであり、ヘリコプターでも大小だいしょうローターの負荷ふか変化へんか初期しょき段階だんかいからエンジン制御せいぎょおこな[注釈ちゅうしゃく 6]ことで運動うんどう性能せいのう向上こうじょう意図いとされている。

脚注きゃくちゅう

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注釈ちゅうしゃく

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  1. ^ 制御せいぎょようデジタルコンピュータは、Electronic Control Unit (ECU)、または Electronic Engine Control (EEC)とばれる。[5]
  2. ^ 油圧ゆあつ機械きかいしきのエンジン制御せいぎょ装置そうち油圧ゆあつ機械きかいしき制御せいぎょ装置そうち(Hydro-Mechanical Control Unit, HMU)とばれる。
  3. ^ HMUによるエンジン制御せいぎょ装置そうちでは、機械きかいてき回転かいてん空気くうき燃料ねんりょう圧力あつりょくがHMUにつたえられ、こういったすくない入力にゅうりょくもとづいて適切てきせつ燃料ねんりょう供給きょうきゅうおこなえるようにべん制御せいぎょし、可変かへんせいつばさ調整ちょうせいしていた。HMUでは単純たんじゅん制御せいぎょしかおこなえず、定常ていじょう運転うんてんでの良好りょうこう燃費ねんぴ対応たいおうして、始動しどう停止ていし加速かそく減速げんそく状態じょうたいでのこまかな調整ちょうせいおこなえず、ただ安全あんぜん運転うんてんできるような最低さいてい限度げんど制限せいげん制御せいぎょそなわっていた。たとえばジェットエンジンの制御せいぎょでは低圧ていあつじく高圧こうあつじくの2じく回転かいてんすう制御せいぎょでも強度きょうどてき制限せいげんによってこうあつじく回転かいてんすうのみを制限せいげんした。
  4. ^ 油圧ゆあつ機械きかいしきにアナログ電気でんきしき、またはデジタル電気でんきしき電子でんし制御せいぎょくわえたエンジン制御せいぎょ電子でんし油圧ゆあつ機械きかいしき制御せいぎょ(Electro-Hydro-Mechanical Control)とばれる。日本にっぽん自衛隊じえいたいで2009ねん現在げんざい使用しようされているT4 練習れんしゅうF3 エンジン電子でんし油圧ゆあつ機械きかいしき制御せいぎょである。
  5. ^ 電子でんし部品ぶひんとしてのECUは2系統けいとうであっても、それらをおさめるECUの筐体きょうたいは1つにまとめられている場合ばあいおおく、ECUは1つという表現ひょうげんつ。通常つうじょう、コントロール・プログラムは2つのECUともに同一どういつであるため、その不良ふりょうおおきな危険きけんまねく。コントロール・プログラムのプログラミングは正確せいかくせい確実かくじつせいもとめられる。
  6. ^ 2009ねん現在げんざい一般いっぱんてきなジェットヘリコプターでは、機体きたい運動うんどうそのものに関係かんけいなくターボシャフトエンジンの回転かいてんすう一定いっていおさめるようにFADECが制御せいぎょしているため、上昇じょうしょう加速かそくともなってエンジン負荷ふか回転かいてんすう低下ていかはじめてからそれをおぎなうために燃料ねんりょう供給きょうきゅうやされる。このフィードバック制御せいぎょわってフィードフォワード制御せいぎょおこなえば機体きたい運動うんどう性能せいのう向上こうじょうするとかんがえられる。

出典しゅってん

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参考さんこう文献ぶんけん

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  • ひろしまつ幹雄みきお「デジタル電子でんししきエンジン制御せいぎょ--FADECの現状げんじょう将来しょうらい」『航空こうくう技術ぎじゅつだい424ごう、15-20ぺーじ、1990ねんISSN 0023284X 
  • 山根やまねしげるおおやけ; 松永まつながえき; 草川くさかわつよし飛行ひこう推進すいしん統合とうごう制御せいぎょ対応たいおう航空こうくうエンジン制御せいぎょ装置そうち研究けんきゅう だい1ほう:FADECシステムおよびエンジン制御せいぎょ」『日本航空にほんこうくう宇宙うちゅう学会がっかいろん文集ぶんしゅうだい56かんだい649ごう、80-87ぺーじ、2008ねんISSN 13446460NAID 10021152915 
  • 渡辺わたなべきのいさお ちょ「エンジンの制御せいぎょ」、飛行機ひこうき百科ひゃっか事典じてん編集へんしゅう委員いいんかい へん飛行機ひこうき百科ひゃっか事典じてん』2009ねん12月、365-367ぺーじISBN 978-4-621-08170-9 
  • 日本航空にほんこうくう宇宙うちゅう工業こうぎょうかい へん平成へいせい19年度ねんどばん 世界せかい航空こうくう宇宙うちゅう工業こうぎょう日本航空にほんこうくう宇宙うちゅう工業こうぎょうかい、2007ねん3がつ31にちISSN 09101535 
  • 防衛ぼうえい技術ぎじゅつジャーナル編集へんしゅう へん航空機こうくうき技術ぎじゅつのすべて』防衛ぼうえい技術ぎじゅつ協会きょうかい、2005ねん10がつ1にちISBN 4-9900298-0-1 
  • “Chapter 6: Aircraft Systems” (English) (PDF), Pilot's Handbook of Aeronautical Knowledge, Federal Aviation Administration (FAA), FAA-H-8083-25, https://www.faa.gov/regulations_policies/handbooks_manuals/aviation/pilot_handbook/ 2014ねん7がつ6にち閲覧えつらん 

関連かんれん項目こうもく

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