波音飛機機載氣象雷達典型故障排除

1、PAGE 8 -波音飛機機載氣象雷達典型故障排除摘要：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(tǒng)故障經(jīng)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(shù)據(jù)進行分析，通過典型案例提出針對性的維修排故建議，總結(jié)氣象雷達故障多發(fā)原因。關(guān)鍵詞：氣象雷達；典型故障；分析Keywords：weatherradar；typicaltrouble；analysis1機載氣象雷達功能和原理1.1功能機載氣象雷達是人們?yōu)榉婪稓庀箫L(fēng)險，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(qū)域外，

2、已經(jīng)實現(xiàn)了對風(fēng)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(fā)生故障，將嚴(yán)重影響機組對前方氣象狀況的判斷，遇到雷雨或者風(fēng)切變氣象時，沒有及時避開，可能發(fā)生危險。同時依據(jù)最低設(shè)備清單MEL，氣象雷達系統(tǒng)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(tǒng)向飛機前方180區(qū)域發(fā)射射頻脈沖，目標(biāo)物將脈沖反射回接收機，接收機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組提供了回波信號的強度。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

3、。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)動組件。平板天線發(fā)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(fā)射出來；天線驅(qū)動組件包含掃描馬達、天線位置監(jiān)視器、俯仰和掃描斷開電門。3）WXR收發(fā)機重量大約31.5磅，由來自收發(fā)機支架的氣流對其進行冷卻。收發(fā)機功能包括發(fā)射射頻信號、處理回波信號、提供氣象雷達顯示數(shù)據(jù)、提供天線穩(wěn)定修正以及在探測到風(fēng)切變事件時向機組發(fā)送警告等。氣象雷達是民航飛機上重要的機載系統(tǒng)，是保障民航飛機安全飛行的基礎(chǔ)。氣象雷達系統(tǒng)失效在MEL中

4、的要求十分嚴(yán)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20222022年可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計故障情況，氣象雷達故障報告數(shù)呈波動狀，一般39月（雨季+夏季）的總體故障報告數(shù)明顯多于其他月份，這與雨水天氣氣象雷達使用頻繁有關(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，氣象雷達收發(fā)機故障共計7起，氣象雷達天線驅(qū)動組件故障共計8起，尤其是2022年就高達3起。下面將對這兩類故障分別進行分析。2WXR收發(fā)機故障分析2.1WXR收發(fā)機的故障拆換統(tǒng)計如圖3所示，WXR收發(fā)機的更換整體上與系統(tǒng)故障報告次數(shù)趨于一致。自2022年以來，我司737NG機隊氣象雷達收發(fā)機非

5、計劃拆換率呈緩慢波動狀，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2022年WXR系統(tǒng)故障報告，411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，占比達到總故障次數(shù)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(fā)機瞬間故障情況，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飛機推出起動后，機組反映氣象雷達故障，出現(xiàn)PWSFAIL、WXRFAIL信息，飛機滑回。機務(wù)人員按AMM34-43-00更換氣象雷達收發(fā)

6、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，F(xiàn)ault列為故障代碼，Temp列為收發(fā)機的溫度監(jiān)控。故障代碼中的latched以及Att、DSP0ST故障記錄指向雷達收發(fā)機異常，因此更換收發(fā)機是有效的排故方法。第三天，該飛機在航前關(guān)艙等待時，機組反映出現(xiàn)PWSFAIL信息，機組重置氣象雷達跳開關(guān)后信息消除；后續(xù)航班機組反映空中出現(xiàn)WXRFAIL信息，氣象雷達的工作時斷時續(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，同時航段7中收發(fā)機溫度為51，判斷可能是風(fēng)扇問題。按FIM34-43task801檢查氣象雷達風(fēng)扇失效，因此按AMM34-43-3

7、1更換WXR支架。為證實故障，按AMM34-43-41更換WXR收發(fā)機，按AMM34-43-00進行測試，工作正常，恢復(fù)系統(tǒng)后檢測支架與飛機結(jié)構(gòu)間電阻滿足要求，實測值為0.0005。該機第四天執(zhí)行航班，第一段短停落地后機組反映滑跑階段出現(xiàn)PWSFAIL信息，打開氣象雷達后有WXRFAIL信息。地面檢查支架風(fēng)扇工作正常，氣象雷達操作測試正常，復(fù)位跳開關(guān)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(fēng)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(fā)機與另一架飛機的收發(fā)機對調(diào)，測試均正常。2）排故案例二另一架737NG型飛機執(zhí)行航班時，機組反映

8、飛機滑出后兩次出現(xiàn)WXRFAIL信息，導(dǎo)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(fā)機，通電測試正常。機務(wù)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(jīng)溝通在地面完成了10次操作，測試均正常，雷達罩內(nèi)無異響。之后飛機正常執(zhí)行航班，后續(xù)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(xiàn)，地面測試正常，后續(xù)該收發(fā)機裝于其他飛機時故障又出現(xiàn)，測試仍然正常，且后續(xù)航班均正

9、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)上述兩個排故案例的主要故障表現(xiàn)都是空中出現(xiàn)WXRFAIL及PWSFAIL信息，排故措施主要是更換WXR收發(fā)機。對于案例一，更換WXR收發(fā)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(fā)機，如氣象雷達風(fēng)扇和天線驅(qū)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(yīng)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(fā)機前，針對其系統(tǒng)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(jù)波音維修提示737MT34-028，安裝了相關(guān)件號的氣象雷達天線驅(qū)動組件的737NG飛機，在起飛階段或

10、降落時（2400ft以下）容易出現(xiàn)PWSFAIL信息。波音公司建議出現(xiàn)該信息后不必急于換件，可對氣象雷達系統(tǒng)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(dāng)該信息短時多次重復(fù)出現(xiàn)在同一架飛機上時才需要進行天線驅(qū)動組件的更換。2）根據(jù)波音維修提示737MT34-026，安裝了多路掃描氣象雷達的737NG飛機，容易出現(xiàn)由于電源轉(zhuǎn)換導(dǎo)致的瞬時故障及故障信息。出現(xiàn)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(guān)拔出，等待不短于90s后重新閉合跳開關(guān)，系統(tǒng)會恢復(fù)正常。3）根據(jù)XD-34-817-A對氣象雷達收發(fā)機及其安裝架進行除塵處理。結(jié)合以上波音飛機維修提

11、示以及維修經(jīng)驗，得出關(guān)于737NG飛機氣象雷達虛假故障信息的簡要應(yīng)對辦法：當(dāng)氣象雷達出現(xiàn)故障信息時，可先拔出氣象雷達跳開關(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)為是瞬時故障，不影響設(shè)備的使用。同時需對如雷達風(fēng)扇等易發(fā)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(tǒng)進行操作性測試，以進一步確認(rèn)氣象雷達系統(tǒng)的狀態(tài)。3WXR天線驅(qū)動組件故障分析3.1WXR天線驅(qū)動組件故障拆換統(tǒng)計表1所示為根據(jù)廈航可靠性數(shù)據(jù)統(tǒng)計的波音737機隊20222022年14起氣象雷達天線驅(qū)動組件拆換情況。表1中，TsnH為故障件初始使用時長（h）；TsrH為故障件送

12、修后繼續(xù)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(shù)據(jù)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(jù)622-5135-802件號的每次使用數(shù)據(jù)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300030000h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飛機執(zhí)行航班，短?；龊髾C組報告氣象雷達故

13、障，出現(xiàn)WXRFAIL和PWSFAIL信息，之后飛機滑回。機務(wù)人員檢查氣象雷達風(fēng)扇正常、收發(fā)機溫度正常，重置氣象雷達跳開關(guān)，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(qū)動組件，如圖9所示。氣象雷達故障歷史大多數(shù)出現(xiàn)scan、Tilt信息，信息指向氣象雷達驅(qū)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(fā)機及天線驅(qū)動組件，測試氣象雷達工作正常。上述案例說明：WXR雷達驅(qū)動組件故障中，除了出現(xiàn)WXRFAIL、PWSFAIL、ANTFAIL故障信息外，還多次讀出Tilt和Scan歷史，基本是在更換WXR驅(qū)動組件后故

14、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(qū)動組件失效故障的統(tǒng)計分析表明，出現(xiàn)故障信息時多指向驅(qū)動組件，一般需要更換驅(qū)動組件，以避免故障反復(fù)出現(xiàn)。同時，從圖2可以看出，WXR系統(tǒng)故障報告的百時率呈上升趨勢，且2022年驅(qū)動組件故障在相關(guān)附件中占比居首。因此，針對驅(qū)動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)改進信息以及修理情況報告。4總結(jié)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(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，其中WXR的收發(fā)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(xiàn)象看，仍是WXRFAIL/PWSFAIL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(shù)據(jù)分析可知，WXR收發(fā)機及天線驅(qū)動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)的故障情況及時向廠家反饋，尋求解決方案。參考文獻1Boeing.B737-800AircraftMaintenanceManualZ.2022，1