波音飛機機載氣象雷達典型故障排除

謝旺華

摘要：機載氣象雷達對保障飛行安全具有十分重要的作用。氣象雷達系統故障經常造成飛機滑回甚至返航或備降等后果。本文對氣象雷達故障部件數據進行分析，通過典型案例提出針對性的維修排故建議，總結氣象雷達故障多發原因。

關鍵詞：氣象雷達；典型故障；分析

Keywords：weather radar；typical trouble；analysis

1 機載氣象雷達功能和原理

1.1 功能

機載氣象雷達是人們為防范氣象風險，保證飛行安全而應用現代科學技術成果而研制的航空電子設備。機載氣象雷達對保障飛行安全具有十分重要的作用，目前裝備飛機的最新氣象雷達除了能探測雷雨等氣象區域外，已經實現了對風切變、湍流以及地形特征的有效探測，進一步提高了在各種氣象條件下的飛行安全性，如果發生故障，將嚴重影響機組對前方氣象狀況的判斷，遇到雷雨或者風切變氣象時，沒有及時避開，可能發生危險。同時依據最低設備清單MEL，氣象雷達系統故障時，飛機放行較為困難。

1.2 原理

氣象雷達的工作原理和回波一樣，氣象雷達系統向飛機前方180°區域發射射頻脈沖，目標物將脈沖反射回接收機，接收機處理返回的信號顯示氣象、地形和風切變事件。

1.3 顯示及警告

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

1.4主要系統部件及功能

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動組件。平板天線發射和接收射頻脈沖，平板天線是一個輻射裂縫相控陣天線，射頻脈沖從每個裂縫中發射出來；天線驅動組件包含掃描馬達、天線位置監視器、俯仰和掃描斷開電門。

3）WXR收發機重量大約31.5磅，由來自收發機支架的氣流對其進行冷卻。收發機功能包括發射射頻信號、處理回波信號、提供氣象雷達顯示數據、提供天線穩定修正以及在探測到風切變事件時向機組發送警告等。

氣象雷達是民航飛機上重要的機載系統，是保障民航飛機安全飛行的基礎。氣象雷達系統失效在MEL中的要求十分嚴格。因此，采取有效措施解決飛機氣象雷達故障尤為重要。圖1所示為廈航機隊2015～2019年可靠性數據統計故障情況，氣象雷達故障報告數呈波動狀，一般3～9月（雨季+夏季）的總體故障報告數明顯多于其他月份，這與雨水天氣氣象雷達使用頻繁有關。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，氣象雷達收發機故障共計7起，氣象雷達天線驅動組件故障共計8起，尤其是2019年就高達3起。下面將對這兩類故障分別進行分析。

2 WXR收發機故障分析

2.1 WXR收發機的故障拆換統計

如圖3所示，WXR收發機的更換整體上與系統故障報告次數趨于一致。自2015年以來，我司737NG機隊氣象雷達收發機非計劃拆換率呈緩慢波動狀，在每年的雨季和夏季同樣表現為較典型的多發性故障。分析2018年WXR系統故障報告，4～11月高于其他月，峰值出現在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月的臺風影響是原因之一。

從圖4可以看出，故障原因主要集中在新件和修理件的質量問題上，占比達到總故障次數的50%。另外，瞬間故障的報錯占比達到20%。因此，維修人員需要排除收發機瞬間故障情況，以節約更換件成本。

2.2 典型案例分析

1）排故案例一

4月某日，一架737NG飛機推出起動后，機組反映氣象雷達故障，出現PWS FAIL、WXR FAIL信息，飛機滑回。機務人員按AMM34-43-00更換氣象雷達收發機，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，Fault列為故障代碼，Temp列為收發機的溫度監控。故障代碼中的latched以及Att、DSP0 ST故障記錄指向雷達收發機異常，因此更換收發機是有效的排故方法。

第三天，該飛機在航前關艙等待時，機組反映出現PWS FAIL信息，機組重置氣象雷達跳開關后信息消除；后續航班機組反映空中出現WXR FAIL信息，氣象雷達的工作時斷時續。航后歷史故障記錄如圖6所示，從中可以看出大多數故障都是在航段3發生的，同時航段7中收發機溫度為51℃，判斷可能是風扇問題。按FIM34-43task 801檢查氣象雷達風扇失效，因此按AMM34-43-31更換WXR支架。為證實故障，按AMM34-43-41更換WXR收發機，按AMM34-43-00進行測試，工作正常，恢復系統后檢測支架與飛機結構間電阻滿足要求，實測值為0.0005Ω。

該機第四天執行航班，第一段短停落地后機組反映滑跑階段出現PWS FAIL信息，打開氣象雷達后有WXR FAIL信息。地面檢查支架風扇工作正常，氣象雷達操作測試正常，復位跳開關后多次測試檢查正常；與機組溝通，在跑道頭打開氣象雷達觀察1min正常，航后地面檢查支架風扇工作正常，氣象雷達操作測試正常；為隔離故障，將該機氣象雷達收發機與另一架飛機的收發機對調，測試均正常。

2）排故案例二

另一架737NG型飛機執行航班時，機組反映飛機滑出后兩次出現WXR FAIL信息，導致飛機滑回。按照手冊FIM34-43-TASK801檢查氣象雷達工作正常，為證實故障，讀取氣象雷達歷史有Scan和Tilt信息，按照AMM34-43-41更換了氣象雷達收發機，通電測試正常。機務人員欲通過打高壓進行驗證測試，但需向塔臺申請后方可進行。塔臺僅同意飛機滑行至跑道頭進行打高壓測試，后經溝通在地面完成了10次操作，測試均正常，雷達罩內無異響。之后飛機正常執行航班，后續航班運行正常。航后測試氣象雷達工作正常，讀取WXR歷史，無任何新增信息。

由于該故障為短時、間歇性出現，地面測試正常，后續該收發機裝于其他飛機時故障又出現，測試仍然正常，且后續航班均正常，經綜合分析，認為該故障屬于瞬間故障。

3）案例分析小結

上述兩個排故案例的主要故障表現都是空中出現WXR FAIL及PWS FAIL信息，排故措施主要是更換WXR收發機。對于案例一，更換WXR收發機后測試良好，但依然存在其他一些部件的故障會影響WXR收發機，如氣象雷達風扇和天線驅動組件等，需要對這些部件進行排查。而案例二瞬時故障居多，多采取串件、進行相應測試等手段來排除瞬時故障。因此，對于氣象雷達故障，在更換WXR收發機前，針對其系統的維修方案或維修計劃項目給出如下維修建議。

2.3 維修建議

1）根據波音維修提示737 MT34-028，安裝了相關件號的氣象雷達天線驅動組件的737NG飛機，在起飛階段或降落時（2400ft以下）容易出現PWS FAIL信息。波音公司建議出現該信息后不必急于換件，可對氣象雷達系統進行操作性測試，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。只有當該信息短時多次重復出現在同一架飛機上時才需要進行天線驅動組件的更換。

2）根據波音維修提示737 MT34-026，安裝了多路掃描氣象雷達的 737NG飛機，容易出現由于電源轉換導致的瞬時故障及故障信息。出現這種情況時，波音公司建議不必急于換件，只需要將氣象雷達跳開關拔出，等待不短于90s后重新閉合跳開關，系統會恢復正常。

3）根據XD-34-817-A 對氣象雷達收發機及其安裝架進行除塵處理。

結合以上波音飛機維修提示以及維修經驗，得出關于737NG飛機氣象雷達虛假故障信息的簡要應對辦法：當氣象雷達出現故障信息時，可先拔出氣象雷達跳開關，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，可以認為是瞬時故障，不影響設備的使用。同時需對如雷達風扇等易發生干擾的部件，進行維護清理和故障排除。條件允許情況下，可以對系統進行操作性測試，以進一步確認氣象雷達系統的狀態。

3 WXR天線驅動組件故障分析

3.1 WXR天線驅動組件故障拆換統計

表1所示為根據廈航可靠性數據統計的波音737機隊2018～2019年14起氣象雷達天線驅動組件拆換情況。

表1中，Tsn H為故障件初始使用時長（h）；Tsr H為故障件送修后繼續使用時長（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）屬于較新引進飛機的附件，累計數據少，不適用于壽命分析，計算的故障件平均使用時間（含首次和修后）為2579h，初始可靠性和修后可靠性均偏低。根據622-5135-802件號的每次使用數據進行壽命分析，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區間。其中有3件表現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飛機執行航班，短停滑出后機組報告氣象雷達故障，出現WXR FAIL和PWS FAIL信息，之后飛機滑回。機務人員檢查氣象雷達風扇正常、收發機溫度正常，重置氣象雷達跳開關，完成氣象雷達操作測試正常，飛機重新投入航班，延誤1h31min。

針對該故障，航后讀取氣象雷達歷史記錄，歷史信息均指向驅動組件，如圖9所示。氣象雷達故障歷史大多數出現scan、Tilt信息，信息指向氣象雷達驅動組件的掃描和俯仰功能。為徹底排除故障，航后更換氣象雷達收發機及天線驅動組件，測試氣象雷達工作正常。

上述案例說明：WXR雷達驅動組件故障中，除了出現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驅動組件后故障就消除了，說明該維護信息相對可靠，盡管存在有瞬時故障的可能，但誤警率比較低。

3.3 維修建議

波音737飛機氣象雷達驅動組件失效故障的統計分析表明，出現故障信息時多指向驅動組件，一般需要更換驅動組件，以避免故障反復出現。同時，從圖2可以看出，WXR系統故障報告的百時率呈上升趨勢，且2019年驅動組件故障在相關附件中占比居首。因此，針對驅動組件的初始可靠性及維修后可靠性低問題，需要繼續與廠家溝通，關注其發布的相關改進信息以及修理情況報告。

4 總結

氣象雷達對于飛機的正常工作有著不可忽略的重要性，但在維護工作中應當注意故障的多發性和一致性。

1）WXR系統在每年的雨季和夏季表現出多發性故障特點，其中WXR的收發機在此階段由于頻繁使用，更需要注意檢查和及時更換。

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

3）通過數據分析可知，WXR收發機及天線驅動組件均存在初始和修后可靠性低問題，相關單位應與廠家及時溝通，提高附件的初始和修后可靠性，應將集中出現的故障情況及時向廠家反饋，尋求解決方案。

參考文獻

[1] Boeing. B737-800 Aircraft Maintenance Manual [Z]. 2019，10.

[2] Boeing. B737-800 System Schematic Manual [Z]. 2019，10.

[3] Boeing. B737-800 Fault Isolation Manual [Z]. 2019，10.

[4] Boeing. B787-8 Aircraft Maintenance Manual [Z]. 2019，10.

[5] Boeing. B737-8 System Schematic Manual [Z]. 2019，10.

[6] Boeing. B737-8 Fault Isolation Manual [Z]. 2019，10.