Una red de sensores a la altura de las circunstancias
La electrónica de la unidad de control del motor, el cerebro del control digital de motor con plena autoridad (FADEC), no está diseñada para funcionar a muy altas temperaturas y se encuentra en la carcasa del ventilador del motor. Sería interesante colocar la electrónica con los sensores cerca del núcleo del motor sin necesidad de sistemas de refrigeración específicos. Si se utilizasen elementos electrónicos para altas temperaturas, se eliminaría la necesidad de bombear combustible adicional, así como las interfaces de combustible y los sumideros de calor complejos que se requieren para ello. Un grupo de científicos estudió el uso de la tecnología de silicio sobre aislante (SOI) con el fin de superar inconvenientes en el rendimiento de la electrónica a base de silicio a altas temperaturas. La financiación de la Unión Europea para el proyecto «Development of high temperature survival electronic devices for engine control systems» (HIGHTECS) proporcionó el apoyo financiero necesario. El equipo desarrolló una plataforma electrónica para altas temperaturas con elementos sensores del motor y funciones de acondicionamiento de la señal. Las señales analógicas procedentes de sensores de temperatura, tensión mecánica y vibraciones montados en el motor se introdujeron en un convertidor analógico a digital (ADC). Una salida digital de alta integridad se introduciría en el FADEC o un sistema de monitorización del estado del motor para mejorar la eficiencia con menos cableado y menos complejidad. Los objetivos eran temperaturas de funcionamiento de 200 grados Celsius con periodos breves de 250 grados Celsius y 50 000 horas de vuelo del motor. Cumplir con los requisitos de temperatura y tensión de todos los componentes electrónicos fue bastante complejo. El ADC aportado para el proyecto era sensible a la tensión suministrada y no cumplía con sus propias especificaciones. Las tensiones necesarias para paliar las discontinuidades estaban por encima de las recomendadas para el circuito integrado específico para la aplicación (ASIC) SOI. El rediseño del ASIC mejoró el rendimiento de los componentes del acondicionamiento para el sensor analógico y la medición de frecuencias, pero la salida del ADC siguió sin ser nominal a la tensión de alimentación suministrada de 5 V recomendada para la tecnología SOI. Mediante estudios adicionales se abordará el desarrollo de un ADC que funcione correctamente a las tensiones necesarias para el ASIC SOI. Las pruebas de almacenamiento a largo plazo a doscientos cincuenta grados Celsius confirmaron que la longevidad del dispositivo SOI superaba las 50 000 horas deseadas con los perfiles de temperatura en vuelo indicados. HIGHTECT avanzó de forma importante en el desarrollo de una plataforma completa de sensores SOI de alta temperatura para motores con acondicionamiento de señal. Su implantación con éxito reducirá de forma importante el peso y la complejidad de los sistemas de monitorización y control del motor y mejorará su fiabilidad. Mientras tanto, los métodos de diseño del módulo ASIC y multi-chip personalizado y la tecnología de empaquetado de la electrónica de alta temperatura son vías importantes para aprovechar los resultados del proyecto.
Palabras clave
Motor de aeronave, silicio sobre aislante, alta temperatura, dispositivos electrónicos, control de motores
