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터보팬 엔진에 장착된 모습[1] 예시의 엔진은 제너럴 일렉트릭의 CF6. |
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| A320의 FADEC 계기판 |
1. 개요
FADEC (Full Authority Digital Engine Control)
통합 디지털 엔진 제어장치
항공기에서 입력되는 명령에 따라 엔진과 기체의 총체적인 시스템을 제어하는 장치로서 엔진의 작동과 상태, 고장 등을 항시 모니터링하고 있으며 자체진단 기능을 통해 물리적인 결함뿐만 아니라 외부의 요소들도 감지하는 기능을 지니고 있다. 여객기의 경우 대부분 터보팬이나 터보프롭 엔진의 케이스에 붙어있으며 그 위를 엔진의 카울링이 덮고 있어 겉으로 노출되지 않는다. 터보팬 엔진이 장착된 여객기를 기준으로 가장 중요한 기능은 운항 상황에 맞게 N1[2]과 N2[3]의 RPM이 한계치를 넘지 않도록 연료의 투입량이나 공기의 흐름을 조절하는 것으로서 최적의 엔진 효율과 연료를 절감하는 효과도 가져오게 된다. 또한 배기가스의 온도 및 압축기와 터빈의 간격을 적절하게 유지해서 가장 안전한 엔진의 가동 상태를 구현하는 역할도 하며 이 내용은 EICAS나 ECAM을 통해 조종사에게 실시간으로 전송된다.
1970년대 초반 미국의 군용기 개발 트렌드가 F-15와 F-16 등의 단좌 전투기 위주로 흐르면서 조종사가 홀로 감당해야 할 업무가 상당히 증가했고 과거보다 더 뛰어난 기동성을 추구하다보니 엔진의 제어를 좀 더 능동적이고 효율적으로 해야 할 필요가 생겼다. 이에 기존의 기계식 방식에서 진보된 아날로그식 전자 제어가 도입되었으나 전자 노이즈 간섭과 기술적인 문제 때문에 많은 진전을 보지는 못했다. 그러다가 1975~1976년 사이에 NASA와 P&W가 F-111E의 TF30 엔진 1개에 실험적인 FADEC을 장착해서 IPCS (Integrated Propulsion Control System)라는 프로그램을 진행한 것이 최초의 디지털 엔진 제어의 사례로 기록됐으며 이 실험에서 수집된 수 많은 데이터와 노하우들은 군용 F100과 민수용 PW2000에 최초로 적용되어 여러 항공기의 설계와 운용에 큰 영향을 끼치게 된다. 이후에 디자인된 엔진들은 물론 1960년대에 개발된 기존의 엔진들도 FADEC을 적용시킨 개량형을 내놓는 등의 과정을 거쳐 현재에 이르고 있다.
디지털 컴퓨터로 이루어진 EEC[4] (Electronic Engine Control : 전자식 엔진 제어장치)와 HMU (Hydro Mechanical Unit : 유압식 기계장치)가 FADEC의 가장 중요한 2가지 구성 요소이며 기타 엔진을 감시하고 제어하는 센서류와 Actuator 등의 부수적인 장치로 구성된다. EEC는 말 그대로 전기적 신호에 의해 엔진을 제어하는 역할을 하는데 대부분 2개를 내장하고 있어서 1개가 고장으로 먹통이 되면 예비 EEC에게 그 역할이 전환되고 HMU는 EEC에서 받은 전기 신호를 엔진의 각종 물리적 기계장치들을 작동시키기 위한 유압으로 바꿔주는 역할을 한다.[5]
그러나 FADEC은 그냥 단순하게 EEC (전자적 장치)와 HMU (기계적 장치)가 짬뽕된 결합이 아니라 컴퓨터가 엔진을 제어하는 주체가 됐다는 것을 의미한다. "Full Authority"라는 말 그대로 컴퓨터가 모든 권한을 지니고 있는데 조종사가 내리는 명령을 하나의 참고사항(?) 정도로만 취급해서 만약 정상적인 운항 중 속도가 감소해서 실속할 소지가 있다거나 정상적인 속도라도 엔진의 온도가 치솟으면 조종사가 설사 반대의 명령을 내렸다 하더라도 추력을 증가시키고 감소시키는 진보된 능력을 지니고 있다. 한편 기계적인 구조만 다를 뿐이지 터보샤프트나 왕복엔진에도 FADEC을 적용하는 것이 가능하다.
2. FADEC의 기능 ( A320 & CFM56-5B 기준)
| FADEC의 기능 | ||
| Control of Gas Generator | Control of FF (Fuel Flow) | |
| Acceleration and Deceleration Schedules | ||
| Variable Bleed Valve and Variable Stator Vane Schedules | ||
| Control of Turbine Clearance | ||
| Idle Setting | ||
| Protection Against Engine Exceeding Limits | Protection Against N1 and N2 Overspeed | |
| Monitoring of EGT (Exhaust Gas Temperature) During Engine Start | ||
| Power Management | Automatic Control of Engine Thrust Rating | |
| Computation of Thrust Parameter Limits | ||
| Manual Management of Power as a Function of Thrust Lever Position | ||
| Automatic Management of Power (Auto Thrust Demand) | ||
| Engine Starting Sequence | Automatic | Control of the Start Valve (ON/OFF) , HP Fuel Valve, Fuel Flow, Ignition (ON/OFF) |
| Monitoring of N1, N2, FF and EGT | ||
| Initiation of Abort and Recycle (on the Ground Only) | ||
| Manual | Passive Monitoring of Engine | |
| Control of the Start Valve, HP Fuel Valve, Ignition | ||
| Thrust Reverser Control | Actuation of the Blocker Doors | |
| Engine Setting During Reverser Operation | ||
| Fuel Recirculation Control |
Recirculation of Fuel to the Fuel Tanks (According to the Engine Oil Temperature, the Fuel System Configuration and the Flight Phase) |
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Transmission of Engine Parameters and Engine Monitoring Information to Cockpit Indicators |
The Primary Engine Parameters | |
| The Starting System Status | ||
| The Thrust Reverser System Status | ||
| FADEC System Status | ||
| Detection, Isolation and Recording of Failures | ||
| Cooling of FADEC | ||
3. 외부 링크
4. 같이보기
[1]
옆면에 부착된 은색 사각형 장치가 바로 FADEC이다.
[2]
팬의 회전수로서 엔진의 추력과 가장 큰 연관을 지닌다. 고 바이패스
터보팬 엔진에서는 터빈에서 나온 배기가스보다 바이패스로 흘러나온 공기의 흐름이 더 많은 추력을 만들어 낸다.
[3]
엔진의 코어를 의미한다. 주로 이륙하긴 전 지상에서 시동을 걸 때 연소실에 연료가 분사된 후 압축기와 터빈에 과다한 회전이 걸리는지 파악한다.
[4]
그런데 과거에 일부 엔진 제조사들은 FADEC이라는 개념에 대해 그냥 뭉뚱그려서 EEC로 명칭한다던가 DEEC (Digital Electronic Engine Control)라는 이름을 쓴다던가 해서 사람을 헷갈리게 하는 일이 잦았다. 특히 항공기와 관련된 단어에서 그런 일들이 잦은데 실제로
애프터버너가 지금이야 일반 명사처럼 쓰이지만 사실
GE가 최초로 만들어낸 단어라서
P&W는 "Augmentor" (추력 증가장치),
롤스로이스는 "Reheater" (재연소장치)라는 단어를 사용해서 자신들의 자존심을 지켜내기도 했다.
[5]
만약 EEC 2개가 모조리 고장나는 경우에는 MFC (Main Fuel Control)나 FCU (Fuel Control Unit)가 그 역할을 이어받아 유압을 통해 기계적으로 제어한다. 이 때는 당연히 FADEC이 수행하는 능동적인 기능들을 전혀 기대할 수 없다.