淺析波音787飛機(jī)WXR2100雷達(dá)故障

何侃 張敦煜

摘要：對(duì)波音787飛機(jī)WXR2100氣象雷達(dá)系統(tǒng)日常出現(xiàn)的故障進(jìn)行了介紹，并針對(duì)每種故障進(jìn)行了分析和總結(jié)，提出了建議維護(hù)措施，可供該雷達(dá)系統(tǒng)的日常排故和維護(hù)參考。

關(guān)鍵詞：氣象雷達(dá)；WXR2100；維護(hù)；排故

Keywords：weather radar；WXR2100；maintenance；troubleshooting

機(jī)載氣象雷達(dá)系統(tǒng)用于在飛行中實(shí)時(shí)探測(cè)飛機(jī)前方航路上的危險(xiǎn)氣象區(qū)域，以供機(jī)組選擇安全的回避航路，保障飛行安全。當(dāng)雷達(dá)故障時(shí)，駕駛艙內(nèi)顯示的氣象信息出現(xiàn)丟失或錯(cuò)誤，會(huì)影響機(jī)組對(duì)航路上天氣狀況的判斷，導(dǎo)致飛行路線(xiàn)偏移，甚至出現(xiàn)雷擊事件。

1 WXR2100雷達(dá)系統(tǒng)介紹

WXR2100采用MultiScan技術(shù)，用兩個(gè)不同俯仰角度的雷達(dá)波束掃描并收集飛機(jī)前方的所有地面和氣象信息，信息被存儲(chǔ)在臨時(shí)緩存中，然后用一個(gè)內(nèi)部地形數(shù)據(jù)表畫(huà)出飛機(jī)前方地面的地表曲線(xiàn)，通過(guò)回波功率比對(duì)的方式區(qū)分地面雜波和天氣回波，從而使雷達(dá)能探測(cè)到距離飛機(jī)機(jī)頭320nm之內(nèi)的天氣狀況。

南航波音787飛機(jī)裝有兩套WXR2100雷達(dá)系統(tǒng)（見(jiàn)圖1），主要部件包括綜合監(jiān)控系統(tǒng)處理組件ISSPU（WXR板卡）、雷達(dá)收發(fā)機(jī)RTM、雷達(dá)天線(xiàn)驅(qū)動(dòng)組件DRV、雷達(dá)控制面板和天線(xiàn)。其中，DRV和天線(xiàn)由兩套雷達(dá)系統(tǒng)共用。

2 故障現(xiàn)象及分析

根據(jù)機(jī)組反映，波音787飛機(jī)經(jīng)常出現(xiàn)的EICAS信息有Weather Radar SYS、Weather Radar SYS L/R、WINDSHEAR SYS、WINDSHEAR PREDICTIVE等，另外，當(dāng)機(jī)組選擇左右兩側(cè)不同的雷達(dá)系統(tǒng)時(shí)，顯示的氣象信息顏色會(huì)有不一致現(xiàn)象。

從現(xiàn)有數(shù)據(jù)來(lái)看，可將目前出現(xiàn)的雷達(dá)故障現(xiàn)象分為以下三類(lèi)。

2.1 雷達(dá)故障并顯示狀態(tài)信息

當(dāng)空中或地面出現(xiàn)雷達(dá)狀態(tài)信息后，可以在CMCF中找到相應(yīng)的維護(hù)代碼，并根據(jù)FIM手冊(cè)進(jìn)行排故。目前出現(xiàn)較多的維護(hù)代碼有兩種。

1）Maintenance Message 34-60111

具體的排故措施包括：

a. 測(cè)試。

b. 若左右雙側(cè)雷達(dá)故障，則更換驅(qū)動(dòng)組件。

c. 若左/右單側(cè)雷達(dá)故障，則清潔或修理ISSPU的光纖銷(xiāo)釘，并視情更換ISSPU；清潔或修理收發(fā)機(jī)的光纖銷(xiāo)釘；更換收發(fā)機(jī)；更換驅(qū)動(dòng)組件。

2）Maintenance Message 34-60121/ 34-60122

具體的排故措施包括：a. 測(cè)試。

b. 檢查收發(fā)組件的電壓。

c. 檢查收發(fā)機(jī)線(xiàn)路，并視情更換ISSPU。

d. 清潔或修理收發(fā)機(jī)的光纖銷(xiāo)釘。

e. 清潔或修理ISSPU的光纖銷(xiāo)釘。

f. 更換收發(fā)機(jī)。

g. 檢查光纖連接。

h. 更換ISSPU。

在以上排故過(guò)程中，會(huì)視情對(duì)ISSPU、收發(fā)機(jī)、驅(qū)動(dòng)組件進(jìn)行拆換。但從實(shí)際修理結(jié)果來(lái)看，大多數(shù)拆下的ISSPU是NFF件，拆下的收發(fā)機(jī)中50%是內(nèi)部板卡故障，拆下的驅(qū)動(dòng)組件中75%是編碼器故障。因此，對(duì)于驅(qū)動(dòng)組件，波音及廠(chǎng)家曾發(fā)布技術(shù)通告進(jìn)行件號(hào)升級(jí)，其改裝包括對(duì)編碼器的改進(jìn)。目前看來(lái)，改裝后的編碼器仍有缺陷，控制俯仰的編碼器可靠性較差，無(wú)法承受飛機(jī)運(yùn)行環(huán)境。對(duì)于收發(fā)機(jī)，其內(nèi)部的A3板存在潛在焊接問(wèn)題（如圖2中的箭頭所指），隨著使用時(shí)間的增加，電子器件容易與電路板脫開(kāi)，出現(xiàn)虛焊，導(dǎo)致收發(fā)機(jī)故障。

以上兩種排故措施都涉及光纖銷(xiāo)釘?shù)那鍧?，而且拆下的大部分收發(fā)機(jī)和ISSPU都存在光纖銷(xiāo)釘受污或破損的情況，如圖3所示。

從圖3可以看出，光纖的不同區(qū)域會(huì)出現(xiàn)不同程度的損壞，A區(qū)域中有多處長(zhǎng)度大于5μm的磨損（藍(lán)色點(diǎn)狀），且磨損面積超過(guò)了A區(qū)域面積的5%，B、D區(qū)域也出現(xiàn)磨損（藍(lán)色點(diǎn)狀）和劃痕（黑色點(diǎn)狀）。根據(jù)AMM手冊(cè)，上述情況已超出可接受范圍（見(jiàn)表1），必須進(jìn)行清潔或修理。

光纖問(wèn)題雖不是部件故障的主要原因，但是隨著使用時(shí)間的增加，光纖磨損會(huì)逐漸累積，從而造成部件之間的連接不穩(wěn)定，導(dǎo)致雷達(dá)系統(tǒng)出現(xiàn)虛假/瞬時(shí)故障信息，降低雷達(dá)系統(tǒng)的可靠性。

從圖4可以看出，清潔/修理后光纖的情況良好。因此，當(dāng)對(duì)雷達(dá)進(jìn)行排故或者部件拆換時(shí)，可適當(dāng)對(duì)光纖進(jìn)行清潔，能有效減少不必要的拆換。

2.2 左右雷達(dá)顯示不一致

有時(shí)飛機(jī)在空中左側(cè)雷達(dá)顯示圖像與右側(cè)雷達(dá)顯示的不一致。據(jù)機(jī)組反映，當(dāng)飛機(jī)一直使用左側(cè)雷達(dá)時(shí)，雷達(dá)顯示的天氣情況比目視更為嚴(yán)重，這時(shí)如果切換到右側(cè)雷達(dá)，其顯示會(huì)緩和很多，很多極端天氣信息也會(huì)消失。圖5中左側(cè)雷達(dá)十點(diǎn)鐘方向出現(xiàn)了帶有威脅性的紅色雷達(dá)天氣，且飛機(jī)附近會(huì)顯示若干小部分黃色區(qū)域，若此時(shí)切換至右雷達(dá)，危險(xiǎn)的紅色天氣及若干黃色天氣卻從顯示器上消失。

這是因?yàn)樵诶走_(dá)系統(tǒng)中采用了基于溫度的自動(dòng)增益補(bǔ)償技術(shù)來(lái)自動(dòng)控制增益并幫助預(yù)防從雷暴頂部穿越。雷暴頂部主要由冰晶組成，這些冰晶對(duì)雷達(dá)波束的反射性非常差，容易導(dǎo)致機(jī)組誤穿雷暴頂部發(fā)生危險(xiǎn)。隨著高度上升，外界空氣溫度下降，該技術(shù)可使雷達(dá)自動(dòng)提高增益以提高對(duì)弱反射性的雷暴頂部的探測(cè)，這樣就將雷暴的弱反射高度（雷達(dá)頂）升高，使雷達(dá)能夠探測(cè)到雷暴單體的更多頂部區(qū)域，從而防止出現(xiàn)誤穿越雷暴單體頂部。因此，在所有飛行階段都推薦機(jī)組對(duì)雷達(dá)采用AUTO模式+CAL增益（見(jiàn)圖6）。

但是，此技術(shù)存在以下問(wèn)題：

1）雷達(dá)開(kāi)啟后，自動(dòng)增益補(bǔ)償技術(shù)需要根據(jù)溫度等外部條件將增益從默認(rèn)值調(diào)整至目標(biāo)值，這個(gè)過(guò)程一般需要幾分鐘或更長(zhǎng)時(shí)間。若機(jī)組一直使用的是左側(cè)雷達(dá)，突然轉(zhuǎn)換至右雷達(dá)后（同樣是AUTO模式+CAL增益），其增益會(huì)恢復(fù)至默認(rèn)值，雷達(dá)的顯示變得緩和，幾分鐘后右雷達(dá)增益才會(huì)提高到目標(biāo)值。

2）隨著時(shí)間累計(jì)，增益會(huì)逐漸增大到超過(guò)期望值，使顯示的天氣變得嚴(yán)重，從而導(dǎo)致不必要的繞飛。

以上原因?qū)е聶C(jī)組反映左右雷達(dá)顯示不一致。根據(jù)調(diào)查，左右雷達(dá)切換后顯示不一致只是增益調(diào)整時(shí)間的問(wèn)題，并不是設(shè)備故障。

當(dāng)機(jī)組反映左右雷達(dá)不一致時(shí)，一般不會(huì)有狀態(tài)信息及維護(hù)代碼，需要根據(jù)AMM對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行操作測(cè)試，再根據(jù)測(cè)試產(chǎn)生的維護(hù)代碼進(jìn)行排故。

波音公司曾發(fā)布《FTD：787-FTD-34-18005》對(duì)此問(wèn)題進(jìn)行說(shuō)明，指出是由于系統(tǒng)基于溫度的過(guò)增益導(dǎo)致天氣顯示嚴(yán)重，這也證實(shí)左右雷達(dá)顯示不一致與系統(tǒng)硬件無(wú)關(guān)。

2.3 無(wú)效故障信息

目前出現(xiàn)的雷達(dá)故障中，若通過(guò)測(cè)試可以去除，則可認(rèn)為是無(wú)效故障信息。

3 相關(guān)信息

目前，全球范圍內(nèi)普遍存在因雷達(dá)收發(fā)機(jī)A3板及驅(qū)動(dòng)組件編碼器缺陷導(dǎo)致的故障，廠(chǎng)家已針對(duì)收發(fā)機(jī)A3板發(fā)布了相關(guān)服務(wù)通告RTM-2100-34-8進(jìn)行改裝，改裝效果還需驗(yàn)證。

另外，波音公司將發(fā)布《SB：B787-81205-SB340045》升級(jí)ISS軟件，解決雷達(dá)過(guò)增益及無(wú)效故障信息問(wèn)題。

4 維護(hù)建議

1）當(dāng)雷達(dá)系統(tǒng)出現(xiàn)狀態(tài)信息和維護(hù)代碼時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照排故手冊(cè)進(jìn)行排故。

2）在有工具的條件下對(duì)飛機(jī)的ISSPU或收發(fā)機(jī)進(jìn)行更換時(shí)，需對(duì)飛機(jī)端插頭的光纖進(jìn)行檢查并清潔；對(duì)飛機(jī)的ISSPU或收發(fā)機(jī)進(jìn)行串件時(shí)，需對(duì)飛機(jī)端和設(shè)備端插頭的光纖進(jìn)行檢查并清潔。

3）當(dāng)機(jī)組反映左右雷達(dá)顯示不一致時(shí)，應(yīng)根據(jù)AMM手冊(cè)對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行操作測(cè)試，不建議對(duì)ISSPU進(jìn)行預(yù)防性更換。

4）機(jī)組飛行時(shí)，在雷達(dá)系統(tǒng)一切正常的情況下，出于安全角度考慮，建議機(jī)組以使用較長(zhǎng)時(shí)間一側(cè)的雷達(dá)顯示為準(zhǔn)。

5）當(dāng)外站按照FIM手冊(cè)排故（測(cè)試未通過(guò)）但沒(méi)有相關(guān)光纖工具時(shí)，若當(dāng)前維護(hù)代碼是34-60111，建議重點(diǎn)關(guān)注驅(qū)動(dòng)組件狀態(tài)，若當(dāng)前維護(hù)代碼是34-60121/34-60122，建議重點(diǎn)關(guān)注收發(fā)機(jī)狀態(tài)。

5 結(jié)束語(yǔ)

波音787飛機(jī)電子系統(tǒng)集成化較高，雷達(dá)系統(tǒng)組件較多。本文以航空公司現(xiàn)有的故障為例對(duì)故障進(jìn)行了分類(lèi)及分析，可以幫助機(jī)務(wù)工作者快速判斷故障類(lèi)型，定位故障部件并排故。

參考文獻(xiàn)

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[3] Boeing. Fleet Team Digest 787-FTD-34-18005 Integrated Surveillance System（ISS） -SoftwareBlockPoint [Z]. 2019.

作者簡(jiǎn)介

何侃，資深工程師，從事工程技術(shù)管理工作。

張敦煜，資深工程師，從事工程技術(shù)管理工作。