波音737NG飛機(jī)高頻通信系統(tǒng)故障分析

康禹 黃建明

摘要：對(duì)波音737NG飛機(jī)高頻通信系統(tǒng)故障進(jìn)行研究，分析排故過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤，為排除高頻通信系統(tǒng)故障提供幫助和指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：高頻通信系統(tǒng)；故障隔離；自測(cè)試

Keywords：HF communication system；fault isolation；BITE

飛機(jī)的高頻（HF）通信系統(tǒng)提供飛機(jī)之間或地面站與飛機(jī)之間的遠(yuǎn)距離語(yǔ)音和數(shù)據(jù)通信。即使目前飛機(jī)已經(jīng)普遍安裝了衛(wèi)星通信系統(tǒng)，HF仍然是飛機(jī)在高緯度地區(qū)的主要通信手段。HF通信系統(tǒng)的部件少、線路簡(jiǎn)單，但在排故工作中卻經(jīng)常出現(xiàn)故障反復(fù)的情況，甚至造成航班延誤。本文以安裝兩套HF通信系統(tǒng)的波音737NG飛機(jī)為例，對(duì)其故障情況進(jìn)行研究，分析排故過(guò)程中易出現(xiàn)的錯(cuò)誤，為排故工作提供幫助。

1 HF通信系統(tǒng)工作原理

本文討論的波音737NG飛機(jī)安裝有兩套HF通信系統(tǒng)，主要部件如圖1所示，由一部共用HF天線（垂直安定面的前緣）、兩部HF天線耦合器（垂直安定面里面）、兩臺(tái)收發(fā)機(jī)（后貨艙電子設(shè)備架E6-2上）、兩塊無(wú)線通信面板（駕駛艙中央操縱臺(tái)）以及其他部件組成。

使用人員在無(wú)線電通信面板（RCP）上選擇頻率和控制信號(hào)。面板將頻率、控制信號(hào)、操作方式、RF靈敏度等發(fā)送至HF收發(fā)機(jī)。HF收發(fā)機(jī)發(fā)射和接收信息，收發(fā)機(jī)的發(fā)射電路用飛行內(nèi)話音頻調(diào)制RF載波信號(hào)，聲音信息送給其他飛機(jī)或地面臺(tái)；接收電路解調(diào)接收到的RF載波分離出音頻，接收的音頻被機(jī)組或其他飛機(jī)系統(tǒng)使用。因HF通信系統(tǒng)工作于2～29.999MHz頻率之間，工作頻率較寬，且高頻天線的長(zhǎng)度是既定的，為了實(shí)現(xiàn)阻抗匹配并滿足最佳的電壓駐波比，在HF天線和HF收發(fā)機(jī)之間布局了HF天線耦合器。此外HF通信系統(tǒng)還與遙控電子組件、選呼控制器等設(shè)備相連，以實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)諧、信號(hào)傳遞、遠(yuǎn)程通信、數(shù)字傳輸?shù)认鄳?yīng)功能。

2 HF通信系統(tǒng)故障分析

通過(guò)歸納整理本公司故障信息系統(tǒng)中波音737NG飛機(jī)的HF通信系統(tǒng)排故信息（截至2020年），發(fā)現(xiàn)故障并有效處理的共有583條。其中，地面通電測(cè)試所發(fā)現(xiàn)的故障有349條，占總數(shù)的59.9%；機(jī)組報(bào)告的故障有234條，占40.1%。由此可見地面通電測(cè)試是發(fā)現(xiàn)HF通信故障的主要方式。

地面通電測(cè)試有兩個(gè)方面：飛機(jī)年檢電臺(tái)校驗(yàn)、需要使用HF通信的航班執(zhí)行前進(jìn)行通電測(cè)試。為避免造成飛機(jī)不適航或航班運(yùn)行困難，HF通信系統(tǒng)故障需要盡快排除。

在排除HF通信系統(tǒng)故障的處理方式中（如圖2），更換HF收發(fā)機(jī)的有243條，更換HF天線耦合器的有164條，同時(shí)更換這兩個(gè)部件的有10次，這兩個(gè)部件的更換占整個(gè)故障處理的70%。其中，更換HF天線耦合器受場(chǎng)地、天氣、停場(chǎng)時(shí)間的限制較多。如何準(zhǔn)確判斷故障部件，避免誤拆換是縮短HF通信系統(tǒng)排故時(shí)間的關(guān)鍵。

3 排故中存在的問(wèn)題

正確的地面通電測(cè)試可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)HF通信系統(tǒng)的故障點(diǎn)，從而減少排故所需時(shí)間，對(duì)避免HF天線耦合器的誤拆換更是一個(gè)有效途徑。但在實(shí)際工作中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)以下兩種錯(cuò)誤。

1）HF通信系統(tǒng)測(cè)試中，在面板測(cè)試后，僅根據(jù)發(fā)話時(shí)耳機(jī)中有自聽就判斷HF通信系統(tǒng)工作正常。產(chǎn)生這種錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)的原因是混淆了HF通信系統(tǒng)測(cè)試和VHF通信系統(tǒng)測(cè)試。

從表1中可以看出，在系統(tǒng)測(cè)試的第一步操作測(cè)試中，兩個(gè)系統(tǒng)是不相同的。HF通信系統(tǒng)除了收發(fā)機(jī)前面板測(cè)試外，還必須進(jìn)行HF天線耦合器的調(diào)諧測(cè)試，這是由HF通信的特點(diǎn)決定的。HF系統(tǒng)工作于2～29.999MHz頻率之間，利用地球表面和電離層使通信信號(hào)來(lái)回反射而傳播。HF天線耦合器收發(fā)機(jī)的50Ω輸出阻抗與天線阻抗在所設(shè)頻率上匹配，使電壓駐波比減少到低于1.3：1，它能否工作是HF通信系統(tǒng)正常工作的前提。

從HF收發(fā)機(jī)自聽部分原理圖（見圖3）中可以看出，耳機(jī)中自聽信號(hào)是當(dāng)收發(fā)機(jī)功率放大器的輸出在AM方式下大于40W時(shí)，由一個(gè)開關(guān)將話筒音頻與音頻放大器連接起來(lái)，這個(gè)被放大的音頻進(jìn)入音頻插孔和飛行內(nèi)話系統(tǒng)作為自聽信號(hào)。輸出小于40W時(shí)，就沒(méi)有自聽信號(hào)；輸出小于30W時(shí)，就存在LRU故障。因此，沒(méi)有自聽信號(hào)只能判斷LRU故障，不能作為HF通信系統(tǒng)是否工作正常的標(biāo)準(zhǔn)。

HF通信系統(tǒng)測(cè)試一定要按照手冊(cè)進(jìn)行。最好與相關(guān)部門通話或者在批準(zhǔn)的頻率下兩架飛機(jī)之間進(jìn)行通話測(cè)試，由通話質(zhì)量來(lái)判斷HF通信系統(tǒng)是否工作正常。

2）忽略兩套HF通信系統(tǒng)之間關(guān)聯(lián)性。

HF天線耦合器是HF通信系統(tǒng)排故過(guò)程中經(jīng)常更換的部件。HF天線耦合器安裝在垂直安定面內(nèi)，外場(chǎng)更換時(shí)需要高空車等設(shè)備，因此會(huì)受到大風(fēng)、雷雨等天氣因素的影響；拆裝蓋板時(shí)還要進(jìn)行封膠/除膠操作，必須有足夠的停場(chǎng)時(shí)間。此外，每次更換HF天線耦合器后還要進(jìn)行測(cè)試，發(fā)話時(shí)必須確保人員與垂直安定面之間保持至少6ft（約182.88cm）的距離，以避免來(lái)自HF天線的射頻能量對(duì)人員造成傷害；同時(shí)不能進(jìn)行燃油系統(tǒng)的操作，以避免爆炸造成人員和飛機(jī)損傷。因此，排故工作中很少會(huì)單獨(dú)安裝一部HF天線耦合器。

當(dāng)遇到單側(cè)HF通信系統(tǒng)無(wú)法正常發(fā)射時(shí)，多次更換這一側(cè)的HF收發(fā)機(jī)和HF天線耦合器，故障現(xiàn)象仍舊無(wú)法消除，線路檢查也未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，就可能是犯了忽略了兩部HF天線耦合器之間聯(lián)系的錯(cuò)誤。

從系統(tǒng)對(duì)比圖（見圖4）可以看出，早期的波音737NG飛機(jī)的兩套HF通信系統(tǒng)是相互獨(dú)立的，兩部HF天線耦合器沒(méi)有聯(lián)系，但當(dāng)前的737NG飛機(jī)的兩套高頻天線耦合器之間多了抑制信號(hào)的傳輸。

通過(guò)發(fā)射方式對(duì)比圖（見圖5），以HF-1為例，可以更加清晰地看出早期系統(tǒng)的HF-1的HF天線耦合器控制邏輯的發(fā)送條件有三個(gè)：①PTT線上有地信號(hào)；②耦合器控制邏輯電路不在歸零方式；③無(wú)耦合器故障。而當(dāng)前的HF通信系統(tǒng)增加了第四個(gè)條件：沒(méi)有來(lái)自HF-2天線耦合器的禁用信號(hào)。而且HF-1在發(fā)送信號(hào)的同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生一個(gè)禁用信號(hào)送到HF-2的天線耦合器，用來(lái)抑制HF天線耦合器的發(fā)射，從而確保在發(fā)射時(shí)只有一套HF通信系統(tǒng)處于發(fā)射狀態(tài)。這樣的做法實(shí)際上是HF天線耦合器內(nèi)的互鎖電路在一個(gè)高頻系統(tǒng)被使用或被調(diào)諧時(shí)防止相聯(lián)的另一系統(tǒng)的收發(fā)機(jī)被使用或調(diào)諧，使一個(gè)系統(tǒng)的故障不會(huì)影響另一個(gè)系統(tǒng)的工作。但與此同時(shí)，如果這個(gè)抑制電路出現(xiàn)故障，抑制信號(hào)始終出現(xiàn)，也會(huì)導(dǎo)致另一側(cè)HF通信無(wú)法進(jìn)行發(fā)射。

曾經(jīng)有推薦通過(guò)拔出一側(cè)HF通信系統(tǒng)跳開關(guān)的方法對(duì)故障進(jìn)行隔離，但如果是線路故障導(dǎo)致的禁用信號(hào)，這種判斷方法是無(wú)效的。排除HF天線耦合器故障的最優(yōu)方法是在時(shí)間和人員允許的情況下，每次只安裝一個(gè)HF天線耦合器，在單獨(dú)一側(cè)HF通信系統(tǒng)的故障排除之后，再安裝另一側(cè)HF天線耦合器，從而隔離兩個(gè)HF通信系統(tǒng)，在兩側(cè)HF通信系統(tǒng)分別工作正常后，再一起安裝兩部HF天線耦合器。這樣，如何單側(cè)出現(xiàn)故障，那么肯定就是工作正常那側(cè)的HF天線耦合器中抑制電路的故障。

4總結(jié)

整個(gè)HF通信系統(tǒng)的排故過(guò)程中沒(méi)有太多復(fù)雜和疑難點(diǎn)。排故的關(guān)鍵點(diǎn)是提前做好預(yù)案，結(jié)合年檢和航班計(jì)劃，在天氣、場(chǎng)地、器材都具備的有利時(shí)機(jī)，嚴(yán)格按照手冊(cè)要求進(jìn)行測(cè)試，避免出現(xiàn)錯(cuò)誤，就能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地排除故障。

參考文獻(xiàn)

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