Una rete di sensori capace di sopportare il calore
L’elettronica dell’unità di controllo del motore, il cervello del sistema elettronico a controllo numerico per la regolazione completamente automatico dei motori (FADEC), non è idonea in termini di valore nominale per il funzionamento a temperature elevatissime e si trova sul collettore del motore. Sarebbe interessante collocare l’elettronica con sensori vicino al nucleo del motore, senza speciali sistemi di raffreddamento. L’impiego di elettronica ad alta temperatura eliminerebbe lo speciale pompaggio di carburante, l’interfacciamento del carburante e complessi dissipatori di calore necessari allo scopo. Gli scienziati hanno esplorato la possibilità di utilizzare la tecnologia silicio su isolante (SOI) per superare le problematiche di rendimento con un’elettronica a base di silicio ad alte temperature. Il finanziamento dell’UE per il progetto HIGHTEC (“Development of high temperature survival electronic devices for engine control systems”) ha erogato i relativi fondi. Il team ha sviluppato una piattaforma di elettronica ad alta temperatura con elementi sensori del motori e capacità di condizionamento dei segnali. I segnali analogici dai sensori posti sul motore, relativi a temperatura, tensione e vibrazioni, sono trasferiti a un convertitore analogico-digitale (ADC). Un risultato digitale in uscita ad alto grado di integrità sarebbe l’elemento in ingresso nel FADEC e/o un sistema di monitoraggio dello stato di integrità del motore, per realizzare una maggiore efficienza riducendo cablaggio e complessità. Si puntava a ottenere temperature d’esercizio di 200°C e a breve termine fino a 250°C, e 50 000 ore di volo del motore. L’associazione dei requisiti di temperatura e tensione per tutti i componenti elettronici è risultata estremamente complessa. L’ADC fornito al progetto era sensibile alla tensione di alimentazione e non corrispondeva alle sue stesse specifiche tecniche. Le tensioni necessarie per attenuare le discontinuità erano al di sopra di quelle raccomandate per il circuito integrato per un’applicazione specifica (ASIC). La riprogettazione dell’ASIC ha migliorato le prestazioni dei componenti di condizionamento dei sensori analogici e di misurazione della frequenza, ma l’uscita ADC restava comunque non lineare alla tensione di alimentazione di 5 V raccomandata per la tecnologia SOI. Ulteriori ricerche si occuperanno di sviluppo di un ADC che funzioni bene alla tensione richiesta dall’ASIC SOI. Le prove di conservazione a lungo termine a 250°C hanno confermato che la durata del dispositivo SOI superava le 50 000 ore perseguite per i profili di temperatura di volo forniti. HIGHTECS ha compiuto importanti progressi nello sviluppo di una piattaforma di sensori di motore ad alta temperatura SOI completa di condizionamento di segnali. L’introduzione ridurrà notevolmente il peso e la complessità dei sistemi di monitoraggio e controllo del motore e ne aumenterà l’affidabilità. Nel frattempo, le metodologie di progetto di modulo multichip e ASIC adattate e la tecnologia per racchiudere elettronica ad alta temperatura forniscono importanti percorsi per sfruttare gli esiti del progetto.
Parole chiave
Motore d’aviazione, silicio su isolante, alta temperatura, dispositivi elettronici, controllo del motore
