波音飛機(jī)機(jī)載氣象雷達(dá)典型故障排除

謝旺華

摘要：機(jī)載氣象雷達(dá)對保障飛行安全具有十分重要的作用。氣象雷達(dá)系統(tǒng)故障經(jīng)常造成飛機(jī)滑回甚至返航或備降等后果。本文對氣象雷達(dá)故障部件數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過典型案例提出針對性的維修排故建議，總結(jié)氣象雷達(dá)故障多發(fā)原因。

關(guān)鍵詞：氣象雷達(dá)；典型故障；分析

Keywords：weather radar；typical trouble；analysis

1 機(jī)載氣象雷達(dá)功能和原理

1.1 功能

機(jī)載氣象雷達(dá)是人們?yōu)榉婪稓庀箫L(fēng)險(xiǎn)，保證飛行安全而應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)成果而研制的航空電子設(shè)備。機(jī)載氣象雷達(dá)對保障飛行安全具有十分重要的作用，目前裝備飛機(jī)的最新氣象雷達(dá)除了能探測雷雨等氣象區(qū)域外，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對風(fēng)切變、湍流以及地形特征的有效探測，進(jìn)一步提高了在各種氣象條件下的飛行安全性，如果發(fā)生故障，將嚴(yán)重影響機(jī)組對前方氣象狀況的判斷，遇到雷雨或者風(fēng)切變氣象時(shí)，沒有及時(shí)避開，可能發(fā)生危險(xiǎn)。同時(shí)依據(jù)最低設(shè)備清單MEL，氣象雷達(dá)系統(tǒng)故障時(shí)，飛機(jī)放行較為困難。

1.2 原理

氣象雷達(dá)的工作原理和回波一樣，氣象雷達(dá)系統(tǒng)向飛機(jī)前方180°區(qū)域發(fā)射射頻脈沖，目標(biāo)物將脈沖反射回接收機(jī)，接收機(jī)處理返回的信號顯示氣象、地形和風(fēng)切變事件。

1.3 顯示及警告

氣象雷達(dá)收到的回饋信號轉(zhuǎn)換成四種不同的顏色出現(xiàn)在導(dǎo)航顯示器（ND），這四種不同顏色給機(jī)組提供了回波信號的強(qiáng)度。前視風(fēng)切變提醒和警告在ND和PFD上顯示為琥珀色和紅色。同樣前視風(fēng)切變提醒和警告也伴隨音響警告。

1.4主要系統(tǒng)部件及功能

1）控制面板，具備方式選擇、俯仰角度控制、增益控制等功能。

2）天線包括平板天線和天線驅(qū)動(dòng)組件。平板天線發(fā)射和接收射頻脈沖，平板天線是一個(gè)輻射裂縫相控陣天線，射頻脈沖從每個(gè)裂縫中發(fā)射出來；天線驅(qū)動(dòng)組件包含掃描馬達(dá)、天線位置監(jiān)視器、俯仰和掃描斷開電門。

3）WXR收發(fā)機(jī)重量大約31.5磅，由來自收發(fā)機(jī)支架的氣流對其進(jìn)行冷卻。收發(fā)機(jī)功能包括發(fā)射射頻信號、處理回波信號、提供氣象雷達(dá)顯示數(shù)據(jù)、提供天線穩(wěn)定修正以及在探測到風(fēng)切變事件時(shí)向機(jī)組發(fā)送警告等。

氣象雷達(dá)是民航飛機(jī)上重要的機(jī)載系統(tǒng)，是保障民航飛機(jī)安全飛行的基礎(chǔ)。氣象雷達(dá)系統(tǒng)失效在MEL中的要求十分嚴(yán)格。因此，采取有效措施解決飛機(jī)氣象雷達(dá)故障尤為重要。圖1所示為廈航機(jī)隊(duì)2015～2019年可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)故障情況，氣象雷達(dá)故障報(bào)告數(shù)呈波動(dòng)狀，一般3～9月（雨季+夏季）的總體故障報(bào)告數(shù)明顯多于其他月份，這與雨水天氣氣象雷達(dá)使用頻繁有關(guān)。其中涉及的故障部件分布如圖2所示，故障部件主要集中在兩類，其中，氣象雷達(dá)收發(fā)機(jī)故障共計(jì)7起，氣象雷達(dá)天線驅(qū)動(dòng)組件故障共計(jì)8起，尤其是2019年就高達(dá)3起。下面將對這兩類故障分別進(jìn)行分析。

2 WXR收發(fā)機(jī)故障分析

2.1 WXR收發(fā)機(jī)的故障拆換統(tǒng)計(jì)

如圖3所示，WXR收發(fā)機(jī)的更換整體上與系統(tǒng)故障報(bào)告次數(shù)趨于一致。自2015年以來，我司737NG機(jī)隊(duì)氣象雷達(dá)收發(fā)機(jī)非計(jì)劃拆換率呈緩慢波動(dòng)狀，在每年的雨季和夏季同樣表現(xiàn)為較典型的多發(fā)性故障。分析2018年WXR系統(tǒng)故障報(bào)告，4～11月高于其他月，峰值出現(xiàn)在7月和10月。其中，第四季度故障無明顯下降，與往年存在差異，10月的臺(tái)風(fēng)影響是原因之一。

從圖4可以看出，故障原因主要集中在新件和修理件的質(zhì)量問題上，占比達(dá)到總故障次數(shù)的50%。另外，瞬間故障的報(bào)錯(cuò)占比達(dá)到20%。因此，維修人員需要排除收發(fā)機(jī)瞬間故障情況，以節(jié)約更換件成本。

2.2 典型案例分析

1）排故案例一

4月某日，一架737NG飛機(jī)推出起動(dòng)后，機(jī)組反映氣象雷達(dá)故障，出現(xiàn)PWS FAIL、WXR FAIL信息，飛機(jī)滑回。機(jī)務(wù)人員按AMM34-43-00更換氣象雷達(dá)收發(fā)機(jī)，測試檢查正常。次日讀取的故障記錄如圖5所示。其中，Leg列指航段，F(xiàn)ault列為故障代碼，Temp列為收發(fā)機(jī)的溫度監(jiān)控。故障代碼中的latched以及Att、DSP0 ST故障記錄指向雷達(dá)收發(fā)機(jī)異常，因此更換收發(fā)機(jī)是有效的排故方法。

第三天，該飛機(jī)在航前關(guān)艙等待時(shí)，機(jī)組反映出現(xiàn)PWS FAIL信息，機(jī)組重置氣象雷達(dá)跳開關(guān)后信息消除；后續(xù)航班機(jī)組反映空中出現(xiàn)WXR FAIL信息，氣象雷達(dá)的工作時(shí)斷時(shí)續(xù)。航后歷史故障記錄如圖6所示，從中可以看出大多數(shù)故障都是在航段3發(fā)生的，同時(shí)航段7中收發(fā)機(jī)溫度為51℃，判斷可能是風(fēng)扇問題。按FIM34-43task 801檢查氣象雷達(dá)風(fēng)扇失效，因此按AMM34-43-31更換WXR支架。為證實(shí)故障，按AMM34-43-41更換WXR收發(fā)機(jī)，按AMM34-43-00進(jìn)行測試，工作正常，恢復(fù)系統(tǒng)后檢測支架與飛機(jī)結(jié)構(gòu)間電阻滿足要求，實(shí)測值為0.0005Ω。

該機(jī)第四天執(zhí)行航班，第一段短停落地后機(jī)組反映滑跑階段出現(xiàn)PWS FAIL信息，打開氣象雷達(dá)后有WXR FAIL信息。地面檢查支架風(fēng)扇工作正常，氣象雷達(dá)操作測試正常，復(fù)位跳開關(guān)后多次測試檢查正常；與機(jī)組溝通，在跑道頭打開氣象雷達(dá)觀察1min正常，航后地面檢查支架風(fēng)扇工作正常，氣象雷達(dá)操作測試正常；為隔離故障，將該機(jī)氣象雷達(dá)收發(fā)機(jī)與另一架飛機(jī)的收發(fā)機(jī)對調(diào)，測試均正常。

2）排故案例二

另一架737NG型飛機(jī)執(zhí)行航班時(shí)，機(jī)組反映飛機(jī)滑出后兩次出現(xiàn)WXR FAIL信息，導(dǎo)致飛機(jī)滑回。按照手冊FIM34-43-TASK801檢查氣象雷達(dá)工作正常，為證實(shí)故障，讀取氣象雷達(dá)歷史有Scan和Tilt信息，按照AMM34-43-41更換了氣象雷達(dá)收發(fā)機(jī)，通電測試正常。機(jī)務(wù)人員欲通過打高壓進(jìn)行驗(yàn)證測試，但需向塔臺(tái)申請后方可進(jìn)行。塔臺(tái)僅同意飛機(jī)滑行至跑道頭進(jìn)行打高壓測試，后經(jīng)溝通在地面完成了10次操作，測試均正常，雷達(dá)罩內(nèi)無異響。之后飛機(jī)正常執(zhí)行航班，后續(xù)航班運(yùn)行正常。航后測試氣象雷達(dá)工作正常，讀取WXR歷史，無任何新增信息。

由于該故障為短時(shí)、間歇性出現(xiàn)，地面測試正常，后續(xù)該收發(fā)機(jī)裝于其他飛機(jī)時(shí)故障又出現(xiàn)，測試仍然正常，且后續(xù)航班均正常，經(jīng)綜合分析，認(rèn)為該故障屬于瞬間故障。

3）案例分析小結(jié)

上述兩個(gè)排故案例的主要故障表現(xiàn)都是空中出現(xiàn)WXR FAIL及PWS FAIL信息，排故措施主要是更換WXR收發(fā)機(jī)。對于案例一，更換WXR收發(fā)機(jī)后測試良好，但依然存在其他一些部件的故障會(huì)影響WXR收發(fā)機(jī)，如氣象雷達(dá)風(fēng)扇和天線驅(qū)動(dòng)組件等，需要對這些部件進(jìn)行排查。而案例二瞬時(shí)故障居多，多采取串件、進(jìn)行相應(yīng)測試等手段來排除瞬時(shí)故障。因此，對于氣象雷達(dá)故障，在更換WXR收發(fā)機(jī)前，針對其系統(tǒng)的維修方案或維修計(jì)劃項(xiàng)目給出如下維修建議。

2.3 維修建議

1）根據(jù)波音維修提示737 MT34-028，安裝了相關(guān)件號的氣象雷達(dá)天線驅(qū)動(dòng)組件的737NG飛機(jī)，在起飛階段或降落時(shí)（2400ft以下）容易出現(xiàn)PWS FAIL信息。波音公司建議出現(xiàn)該信息后不必急于換件，可對氣象雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行操作性測試，如果能夠通過測試，則可以將該信息看作是虛假故障信息不予理會(huì)。只有當(dāng)該信息短時(shí)多次重復(fù)出現(xiàn)在同一架飛機(jī)上時(shí)才需要進(jìn)行天線驅(qū)動(dòng)組件的更換。

2）根據(jù)波音維修提示737 MT34-026，安裝了多路掃描氣象雷達(dá)的 737NG飛機(jī)，容易出現(xiàn)由于電源轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的瞬時(shí)故障及故障信息。出現(xiàn)這種情況時(shí)，波音公司建議不必急于換件，只需要將氣象雷達(dá)跳開關(guān)拔出，等待不短于90s后重新閉合跳開關(guān)，系統(tǒng)會(huì)恢復(fù)正常。

3）根據(jù)XD-34-817-A 對氣象雷達(dá)收發(fā)機(jī)及其安裝架進(jìn)行除塵處理。

結(jié)合以上波音飛機(jī)維修提示以及維修經(jīng)驗(yàn)，得出關(guān)于737NG飛機(jī)氣象雷達(dá)虛假故障信息的簡要應(yīng)對辦法：當(dāng)氣象雷達(dá)出現(xiàn)故障信息時(shí)，可先拔出氣象雷達(dá)跳開關(guān)，等待超過90s，然后閉合，檢查故障信息是否依然存在。如果故障信息不再出現(xiàn)，可以認(rèn)為是瞬時(shí)故障，不影響設(shè)備的使用。同時(shí)需對如雷達(dá)風(fēng)扇等易發(fā)生干擾的部件，進(jìn)行維護(hù)清理和故障排除。條件允許情況下，可以對系統(tǒng)進(jìn)行操作性測試，以進(jìn)一步確認(rèn)氣象雷達(dá)系統(tǒng)的狀態(tài)。

3 WXR天線驅(qū)動(dòng)組件故障分析

3.1 WXR天線驅(qū)動(dòng)組件故障拆換統(tǒng)計(jì)

表1所示為根據(jù)廈航可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的波音737機(jī)隊(duì)2018～2019年14起氣象雷達(dá)天線驅(qū)動(dòng)組件拆換情況。

表1中，Tsn H為故障件初始使用時(shí)長（h）；Tsr H為故障件送修后繼續(xù)使用時(shí)長（h）。

由表1可知，14起故障件拆換中，件號622-5135-802和622-5135-822各占一半。件號為622-5135-822的故障件（非改裝）屬于較新引進(jìn)飛機(jī)的附件，累計(jì)數(shù)據(jù)少，不適用于壽命分析，計(jì)算的故障件平均使用時(shí)間（含首次和修后）為2579h，初始可靠性和修后可靠性均偏低。根據(jù)622-5135-802件號的每次使用數(shù)據(jù)進(jìn)行壽命分析，如圖7所示，壽命滿足威布爾分布，故障件較為密集地分布在3000～30000h區(qū)間。其中有3件表現(xiàn)出明顯的修后可靠性低，TSR分別為6h、139h和0h。

3.2 典型案例及分析

一架波音737-800飛機(jī)執(zhí)行航班，短?；龊髾C(jī)組報(bào)告氣象雷達(dá)故障，出現(xiàn)WXR FAIL和PWS FAIL信息，之后飛機(jī)滑回。機(jī)務(wù)人員檢查氣象雷達(dá)風(fēng)扇正常、收發(fā)機(jī)溫度正常，重置氣象雷達(dá)跳開關(guān)，完成氣象雷達(dá)操作測試正常，飛機(jī)重新投入航班，延誤1h31min。

針對該故障，航后讀取氣象雷達(dá)歷史記錄，歷史信息均指向驅(qū)動(dòng)組件，如圖9所示。氣象雷達(dá)故障歷史大多數(shù)出現(xiàn)scan、Tilt信息，信息指向氣象雷達(dá)驅(qū)動(dòng)組件的掃描和俯仰功能。為徹底排除故障，航后更換氣象雷達(dá)收發(fā)機(jī)及天線驅(qū)動(dòng)組件，測試氣象雷達(dá)工作正常。

上述案例說明：WXR雷達(dá)驅(qū)動(dòng)組件故障中，除了出現(xiàn)WXR FAIL、PWS FAIL、ANT FAIL故障信息外，還多次讀出Tilt和Scan歷史，基本是在更換WXR驅(qū)動(dòng)組件后故障就消除了，說明該維護(hù)信息相對可靠，盡管存在有瞬時(shí)故障的可能，但誤警率比較低。

3.3 維修建議

波音737飛機(jī)氣象雷達(dá)驅(qū)動(dòng)組件失效故障的統(tǒng)計(jì)分析表明，出現(xiàn)故障信息時(shí)多指向驅(qū)動(dòng)組件，一般需要更換驅(qū)動(dòng)組件，以避免故障反復(fù)出現(xiàn)。同時(shí)，從圖2可以看出，WXR系統(tǒng)故障報(bào)告的百時(shí)率呈上升趨勢，且2019年驅(qū)動(dòng)組件故障在相關(guān)附件中占比居首。因此，針對驅(qū)動(dòng)組件的初始可靠性及維修后可靠性低問題，需要繼續(xù)與廠家溝通，關(guān)注其發(fā)布的相關(guān)改進(jìn)信息以及修理情況報(bào)告。

4 總結(jié)

氣象雷達(dá)對于飛機(jī)的正常工作有著不可忽略的重要性，但在維護(hù)工作中應(yīng)當(dāng)注意故障的多發(fā)性和一致性。

1）WXR系統(tǒng)在每年的雨季和夏季表現(xiàn)出多發(fā)性故障特點(diǎn)，其中WXR的收發(fā)機(jī)在此階段由于頻繁使用，更需要注意檢查和及時(shí)更換。

2）從故障現(xiàn)象看，仍是WXR FAIL/ PWS FAIL信息、氣象虛假信息居多，軟性故障占比大，維護(hù)中需注意瞬時(shí)故障的排查。

3）通過數(shù)據(jù)分析可知，WXR收發(fā)機(jī)及天線驅(qū)動(dòng)組件均存在初始和修后可靠性低問題，相關(guān)單位應(yīng)與廠家及時(shí)溝通，提高附件的初始和修后可靠性，應(yīng)將集中出現(xiàn)的故障情況及時(shí)向廠家反饋，尋求解決方案。

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