Redundancy in elektrische vliegtuig voedings-systemen van levensbelang
Zoals bekend is in bedrijf blijven van je motor essentieel voor jouw veiligheid en die van je passagiers.
In principe is de boodschap “hou het simpel” en kijk hoe anderen het hebben gedaan. Alhoewel de CS-VLA 1165 a t/m d (Certification standards) niet echt verplicht zijn, zijn hierin wel heel veel belangrijke zaken uit te halen.
Bij moderne motoren, die niet kunnen werken zonder elektronica, is een stabiele elektrische voeding van groot belang. Deze motoren zijn voorzien van elektronische brandstof inspuit systemen bestuurd door een veelal dubbele ECU (Electronic Control Unit). Meestal zijn dit grote stroomverbruikers die op de gemiddelde toestel accu alleen niet erg lang werken. Ook de hoge druk brandstof pompen zijn flinke gebruikers.
Er zijn diverse ongevallen aan te wijzen waarbij een elektrische storing, motor uitval tot gevolg had vaak gevolgd door een gedwongen noodlanding. Dikwijls loopt dit niet goed af omdat we dit (te) weinig trainen en fouten gemaakt worden ten gevolge van een paniekreactie. Dit gebeurt overigens ook in de professionele luchtvaart, maar door intensievere training in mindere mate.
Het is belangrijk een dubbel uitgevoerd voedingssysteem in te bouwen waar “single point failures” geen totale uitval kunnen veroorzaken. Het is nodig wanneer het toestel klaar is dit grondig te testen en fouten te simuleren.
Wanneer is een enkel eenvoudig voeding systeem voldoende? :
- Motoren met ouderwetse magneet ontstekingen of zelf voeding opwekkende elektronische ontstekingen en mechanische brandstofpomp. Denk aan Lycoming, Continental, etc. Zet de master schakelaar maar eens uit!
- Motoren met carburateur(s) en zelf voeding opwekkende dubbele ontsteking systemen en mechanische brandstof pomp. Rotax ULS, etc.
- Motoren met bovenstaande eigenschappen en “mechanische” injectie welke zonder spanning kunnen doorwerken
Injectie motoren die geleverd worden met een compleet redundant elektrisch systeem zoals de Rotax iS motoren. Het Rotax systeem is goed doordacht, doch door allerlei omschakelingen wel erg complex.
Voorbeeld van een eenvoudig maar goed redundant ontwerp (zie schets) :
De CS’en adviseren voedingsbussen niet te koppelen en elk een eigen alternator en accu te geven. Dat is echter een wat achterhaalde techniek. Ons inziens geven de diode-gekoppelde bussen aanzienlijk meer redundancy mits goed ontworpen, welke derhalve veel worden toegepast.
- Een MAIN bus en een ESSENTIAL bus gekoppeld door een power Schottky diode. Deze dient bij nominale stroom een zo laag mogelijk verliesspanning te hebben (0,3 Volt) anders komt de accu op die bus nooit op volle capaciteit. Eventueel een verliesvrij speciaal elektronisch koppel relais (bijv. Victron). Zie voorbeeld van verbruikers op de schets.
- Elke groep heeft een schakelaar en (meestal) thermische beveiliging, zodat bij een kortsluiting van een groep deze wordt losgekoppeld zonder de hele bus in gevaar te brengen
- De ESS bus voedt het minimum om te kunnen blijven vliegen en navigeren met de main alternator en/of accu
- PFD (Primary Flight Display) met AHRS (attitude sensor), GPS en essentiële motor instrumenten. Dit kunnen natuurlijk ook conventionele meters zijn.
- Een COM 1 unit
- Transponder
- Fuel pump 1
- Een ECU 1
- Eventueel flaps en trim control
- Ontsteking 1 indien niet onafhankelijk
- Een MAIN bus die onafhankelijk o.a. de redundant motor gerelateerde units voedt
- De MFD (Multi Functional Display) kan back voor de PFD zijn maar is niet altijd noodzakelijk
- Een COM 2 unit
- Fuel pump 2
- Een ECU 2
- Ontsteking 2 indien niet onafhankelijk
- Overige niet essentiële verbruikers
- Beide bussen hebben een eigen accu met koppelschakelaars. Bij voorkeur identieke accu’s berekend zodat ze minimaal de hele ESS bus zeker een uur kunnen voeden zonder alternator wat meestal neerkomt op de veel gebruikte PC680 / 16Ah. Tegenwoordig wordt ook vaak een LifePO4 van dezelfde capaciteit toegepast, welke 1/3 van het gewicht heeft maar wel 5 x zoveel kost en kwetsbaar is. Let op dat de laadregelaar van de dynamo geschikt is voor dit type.
- Het verdient voorkeur beide bussen een eigen alternator te geven. De ESS bus alternator kan eventueel een kleinere capaciteit zijn omdat het alleen de ESS bus hoeft te voeden.
- De alternators moeten wel elk een indicatie hebben die de werking bewaakt.
- Met een enkele alternator kan het ook, maar maakt bij uitval alleen gebruik van de accu’s en maakt uitschakelen van grote verbruikers op de MAIN vaak noodzakelijk om zo lang mogelijk voeding te behouden. Dit vergroot de kans op “pilot errors”
Alternators met ingebouwde spanningsregelaar over het algemeen gaan sneller defect, tenzij ze goed gekoeld worden (blow pipe).
Tips :
- Gebruik degelijke materialen die voor hun belangrijke taak geschikt zijn qua capaciteit en levensduur.
- Goede schakelaars en zekering automaten
- Kwaliteit Tefzel hitte bestendige draad van de juiste doorsnede (zie tabellen stroom capaciteit op internet)
- Gebruik goede kwaliteit auto schuifschoentjes en geen bouwmarkt kwaliteit
- Alle verbindingen borgen tegen lostrillen en spanning-voerende delen isoleren of afdekken.
- Kabelbomen vastleggen en draden waar nodig trek-ontlasten
- Gebruik hittebestendige tie-wraps liefst met metalen plaatjes of afbind draad. In de motorruimte zijn metalen tie-wrap plaatjes ivm insmelten weer niet aan te raden.
- Maakt een compleet schema want over een jaar weet u het niet meer
- Gebruik ontstoorde en beveiligde USB contact doosjes
- Het is uiterst nuttig op de accu(s) jaarlijks een capaciteitscontrole te doen (CAP-check) zoals in CS-VLA 1351 c wordt geadviseerd
Alternatief:
Steeds meer komen de elektronische bus schakelsystemen in zwang, zoals VP-X, welke als voordeel hebben dat de bedrading naar de panelen veel simpeler wordt, alles goed stroom beveiligd en ge-monitored wordt. Dit resulteert in een veel netter en eenvoudiger op te bouwen paneel.
Anderzijds wordt het complexer en moet je je afvragen of dat gewenst is om een paar voedingen te leveren om een motor blijvend te laten draaien.
BELANGRIJK
Laat bij twijfel voordat u gaat bouwen een NVAV specialist met u mee kijken naar jouw elektrisch ontwerp en doe vooral de nodige failure testen wanneer het klaar is.
Twijfelt u of een bestaande installatie helemaal in orde is : laat ons e.e.a. controleren, want tenslotte is “voorkomen beter dan genezen”.
Vriendelijke groet,
Commissie TZ