波音787-9飛機(jī)GPS周期翻轉(zhuǎn)故障現(xiàn)象及處理

■ 陳岷/北京飛機(jī)維修工程有限公司

0 引言

相比之前的客機(jī)，波音787-9型飛機(jī)采用了很多先進(jìn)的技術(shù)，在導(dǎo)航系統(tǒng)方面，該機(jī)型將傳統(tǒng)的甚高頻全向信標(biāo)（VOR）、儀表著陸系統(tǒng)（ILS）、指點(diǎn)信標(biāo)（MARKER BEACON）、GPS著陸系統(tǒng)（GLS）和GNSS（GPS）系統(tǒng)集合在一起，稱為綜合導(dǎo)航無線電系統(tǒng)（Integrated Navigation Radio System，INR），主要功能是為飛機(jī)提供導(dǎo)航信號和時(shí)間/日期基準(zhǔn)。下面簡要介紹INR系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)知識，以及對GPS系統(tǒng)周期翻轉(zhuǎn)故障現(xiàn)象的處理過程。

1 INR系統(tǒng)基礎(chǔ)知識

1.1 INR系統(tǒng)的簡單描述

圖1 波音787-9飛機(jī)綜合導(dǎo)航無線電系統(tǒng)原理圖

圖2 綜合導(dǎo)航無線電接收機(jī)安裝位置及實(shí)物圖

根據(jù)圖1、圖2可以簡單描述INR系統(tǒng)。圖1是787-9型飛機(jī)綜合導(dǎo)航無線電系統(tǒng)原理圖，圖2給出了INR接收機(jī)的部件外觀。INR接收機(jī)安裝位置在E2 RACK設(shè)備架、E8 RACK設(shè)備架，天線主要安裝在機(jī)身外上部。INR系統(tǒng)通過機(jī)身上的天線截獲VOR、ILS、MARKER BEACON、GPS等導(dǎo)航無線電信號，由INR接收機(jī)處理后，發(fā)送給綜合監(jiān)控系統(tǒng)處理器（ISSPU）、地球基準(zhǔn)系統(tǒng)（ERS）、飛行內(nèi)話系統(tǒng)（FIS）、飛行控制系統(tǒng)（FCE）等，這些系統(tǒng)利用導(dǎo)航信號、GPS時(shí)間和位置信號，為飛機(jī)提供導(dǎo)航。INR接收機(jī)的28VDC電源來自飛行控制電子組件（FCE）。

1.2 GPS系統(tǒng)時(shí)間周期及787-9飛機(jī)獲取時(shí)間和日期方式

全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)（GPS）的時(shí)間是通過“周數(shù)”+“周內(nèi)秒”的方式編碼的，GPS系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初分配給“周數(shù)”的字長為10比特位，即GPS系統(tǒng)只能表示0～1023周，GPS系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間超出1023周后，“周數(shù)”會發(fā)生溢出翻轉(zhuǎn)，即從0開始計(jì)數(shù)，從而導(dǎo)致接收機(jī)直接解算出來的時(shí)間回退到1024周之前。這一問題是由GPS系統(tǒng)本身的設(shè)計(jì)決定的，在GPS系統(tǒng)整體升級之前，每經(jīng)過約19.7年便會發(fā)生一次周期翻轉(zhuǎn)事件，歷史上GPS系統(tǒng)第一次發(fā)生翻轉(zhuǎn)的日期為1999年8月22日，第二次周期翻轉(zhuǎn)日期為2019年4月7日零時(shí)。

波音787-9型飛機(jī)通過INR內(nèi)的GNSS功能，在飛機(jī)通電后開始搜索GPS衛(wèi)星信號，當(dāng)信號被截獲后，自動更新飛機(jī)時(shí)間和日期。該時(shí)間和日期顯示在飛機(jī)主顯示器上，并作為飛機(jī)其他系統(tǒng)的時(shí)間和日期基準(zhǔn)。

2 787-9飛機(jī)GPS周期翻轉(zhuǎn)故障現(xiàn)象及處理

2.1 故障現(xiàn)象

2019年4月7日，北京時(shí)間上午8：00（UTC時(shí)間零點(diǎn)）后，某航空公司787-9機(jī)隊(duì)共6架飛機(jī)通電遇到GPS“周期翻轉(zhuǎn)”問題，如圖3a）所示，飛機(jī)主顯示器上顯示當(dāng)前日期為1999年8月22日，即第一次GPS周期翻轉(zhuǎn)的日期，而在8：00前已完成通電的其他飛機(jī)則顯示正常。初步分析認(rèn)為，飛機(jī)在GPS周期翻轉(zhuǎn)后通電，INR內(nèi)的GPS模塊接收錯誤的日期信號并提供給飛機(jī)系統(tǒng)作為日期基準(zhǔn)，導(dǎo)致飛機(jī)時(shí)鐘系統(tǒng)顯示日期錯誤。8：00點(diǎn)前完成通電的飛機(jī)由于在通電時(shí)尚未發(fā)生周期翻轉(zhuǎn)，系統(tǒng)日期顯示正確，當(dāng)?shù)竭_(dá)周期翻轉(zhuǎn)時(shí)刻時(shí)，飛機(jī)時(shí)鐘系統(tǒng)使用自身的計(jì)時(shí)功能，不再與衛(wèi)星信號同步，因而沒有接收錯誤的日期，可以正確顯示日期。

根據(jù)波音公司發(fā)布的多運(yùn)營商信息（Multi Operator Message），當(dāng)飛機(jī)系統(tǒng)使用錯誤的日期時(shí)，將有以下安全隱患：

1）飛機(jī)的導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫顯示超期。

2）飛機(jī)數(shù)據(jù)記錄器和話音記錄器記錄的日期出現(xiàn)錯誤。

3）飛機(jī)的故障歷史記錄出現(xiàn)錯誤。

4）飛機(jī)健康管理（AHM）出現(xiàn)錯誤。

5）飛機(jī)發(fā)動機(jī)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)無法獲取。

6）飛機(jī)氣象雷達(dá)在80海里范圍時(shí)可能顯示過強(qiáng)或過弱。

7）地面管制員和飛行員數(shù)據(jù)鏈通信（CPDLC）在歐洲區(qū)域使用航空通信網(wǎng)絡(luò)（ATN）時(shí)出現(xiàn)連接困難。

8）飛機(jī)的機(jī)上數(shù)據(jù)裝載功能（ODLF）不可用，無法進(jìn)行軟件裝載。

2.2 排故方法

1）根據(jù)圖4的材料信息制作跨接線，制作好的跨接線如圖5所示。

2）如圖6所示，從飛機(jī)的前貨艙接近，拆下前壁板后可見插頭D4375PA（見圖7）和接線樁TB00025-1Q01（見圖8）。

圖3 787-9駕駛艙主顯示器

3）通過電路斷路開關(guān)（Circuit Breaker）斷開左右INR電源，將插頭D4375PA從D4375JA插座上脫開，將跨線的插頭端（BACC65AN2FAB）插入D4375JA插座。

4）將跨線的紅線端插入TB00025-1Q01接線樁的“A”口，將跨線的藍(lán)線端插入TB00025-1Q01接線樁的“B”口。

5）通過CDU進(jìn)入MAINT頁，手動在日期欄輸入當(dāng)前日期，在時(shí)間欄輸入00/00/00，由于此時(shí)INR電源已被隔離，不會自動搜索GPS信號，飛機(jī)系統(tǒng)時(shí)間和日期以手動輸入的為準(zhǔn)（即顯示為當(dāng)前日期和0時(shí)0分0秒）。

圖4 跨接線制作材料及原理圖

圖5 制作好的跨接線

圖6 前貨艙接近壁板位置圖

圖7 D4375PA插頭實(shí)物圖

圖8 接線樁TB00025-1Q01實(shí)物圖

6）閉合左INR的電源，左INR供電，開始自動搜索GPS信號，大約5min后左INR接收到GPS信號，自動更新飛機(jī)時(shí)鐘，顯示正確日期和時(shí)間，完成GPS周期翻轉(zhuǎn)錯誤的故障排除。

7）修正右INR的日期時(shí)，只需將右INR拆下，裝到左INR的位置，重復(fù)以上步驟即可完成修正。

3 結(jié)束語

盡管在GPS周期翻轉(zhuǎn)前數(shù)月，波音公司已經(jīng)發(fā)布通告稱所有型號的飛機(jī)已經(jīng)完成系統(tǒng)升級，不會受到GPS周期翻轉(zhuǎn)的影響，但在實(shí)際運(yùn)行中仍然出現(xiàn)787-9型飛機(jī)的日期顯示錯誤問題。本文介紹的故障處理方法可幫助航空公司解決787-9型飛機(jī)此類問題并對庫存航材進(jìn)行在翼修正，既能解決飛機(jī)運(yùn)行的問題也可縮短航材送修時(shí)間，提高飛機(jī)可用率和航材的周轉(zhuǎn)率。