波音787-9飛機GPS周期翻轉(zhuǎn)故障現(xiàn)象及處理

■ 陳岷/北京飛機維修工程有限公司

0 引言

相比之前的客機，波音787-9型飛機采用了很多先進的技術(shù)，在導(dǎo)航系統(tǒng)方面，該機型將傳統(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），主要功能是為飛機提供導(dǎo)航信號和時間/日期基準。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)航無線電接收機安裝位置及實物圖

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

1.2 GPS系統(tǒng)時間周期及787-9飛機獲取時間和日期方式

全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)（GPS）的時間是通過“周數(shù)”+“周內(nèi)秒”的方式編碼的，GPS系統(tǒng)設(shè)計之初分配給“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)運行時間超出1023周后，“周數(shù)”會發(fā)生溢出翻轉(zhuǎn)，即從0開始計數(shù)，從而導(dǎo)致接收機直接解算出來的時間回退到1024周之前。這一問題是由GPS系統(tǒng)本身的設(shè)計決定的，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。

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

2 787-9飛機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，北京時間上午8：00（UTC時間零點）后，某航空公司787-9機隊共6架飛機通電遇到GPS“周期翻轉(zhuǎn)”問題，如圖3a）所示，飛機主顯示器上顯示當(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則顯示正常。初步分析認為，飛機在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系統(tǒng)作為日期基準，導(dǎo)致飛機時鐘系統(tǒng)顯示日期錯誤。8：00點前完成通電的飛機由于在通電時尚未發(fā)生周期翻轉(zhuǎn)，系統(tǒng)日期顯示正確，當(dāng)?shù)竭_周期翻轉(zhuǎn)時刻時，飛機時鐘系統(tǒng)使用自身的計時功能，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)布的多運營商信息（Multi Operator Message），當(dāng)飛機系統(tǒng)使用錯誤的日期時，將有以下安全隱患：

1）飛機的導(dǎo)航數(shù)據(jù)庫顯示超期。

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

3）飛機的故障歷史記錄出現(xiàn)錯誤。

4）飛機健康管理（AHM）出現(xiàn)錯誤。

5）飛機發(fā)動機監(jiān)控數(shù)據(jù)無法獲取。

6）飛機氣象雷達在80海里范圍時可能顯示過強或過弱。

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）時出現(xiàn)連接困難。

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

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，將跨線的藍線端插入TB00025-1Q01接線樁的“B”口。

5）通過CDU進入MAINT頁，手動在日期欄輸入當(dāng)前日期，在時間欄輸入00/00/00，由于此時INR電源已被隔離，不會自動搜索GPS信號，飛機系統(tǒng)時間和日期以手動輸入的為準（即顯示為當(dāng)前日期和0時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插頭實物圖

圖8 接線樁TB00025-1Q01實物圖

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，自動更新飛機時鐘，顯示正確日期和時間，完成GPS周期翻轉(zhuǎn)錯誤的故障排除。

7）修正右INR的日期時，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，但在實際運行中仍然出現(xiàn)787-9型飛機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型飛機此類問題并對庫存航材進行在翼修正，既能解決飛機運行的問題也可縮短航材送修時間，提高飛機可用率和航材的周轉(zhuǎn)率。