【摘要】現(xiàn)代機載氣象雷達在現(xiàn)代氣象探測中應(yīng)用非常廣泛，多用于探測風(fēng)切變，依據(jù)的是多普勒頻移原理。波音737NG飛機PWS FAIL搭載的WXR-2100型機載氣象雷達是常見的一種機載雷達。本文對該類機載氣象雷達常見的故障進行了詳細分析，供業(yè)內(nèi)同行維修時進行參考，希望有所幫助。

【關(guān)鍵詞】氣象雷達；前視風(fēng)切變探測；設(shè)備故障

引言

風(fēng)切變，指的是在時間范圍內(nèi)或者空間范圍內(nèi)，風(fēng)速發(fā)生了劇烈的變化，在氣象上，指的是一種大氣擾動現(xiàn)象。一旦發(fā)生風(fēng)切變，會對飛機的航行造成非常嚴(yán)重的威脅，特別是低空中發(fā)生的風(fēng)切變，嚴(yán)重威脅到飛機的起飛或著陸，因為風(fēng)切變導(dǎo)致機毀人亡的事故發(fā)生并不鮮見。WXR-2100型氣象雷達是應(yīng)付該類問題專門設(shè)計的，和一般的氣象雷達相比，它增加了一項前視風(fēng)切變（PWS）警告功能，能時刻監(jiān)測飛機前方的大氣信息，一旦前方發(fā)生風(fēng)切變，系統(tǒng)將第一時間向飛行員提出警告，使飛行員能有足夠的時間處理危機，化險為夷。

1、前視風(fēng)切變警告原理概述

氣象雷達探測風(fēng)切變的基本原理是多普勒頻移原理。當(dāng)飛機迎著強風(fēng)飛行時，產(chǎn)生的多普勒頻移為正，當(dāng)飛機順著風(fēng)向飛行時，產(chǎn)生的多普勒頻移為負。當(dāng)飛機飛行，周圍存在一個立體的、瞬時變化的風(fēng)場時，能量得到平衡。結(jié)合風(fēng)切變知識和飛行動力學(xué)，可以將危險因子F的關(guān)系推導(dǎo)出：

（1）

在飛機飛行的過程中，氣象雷達在不斷的檢測飛機前方的氣流運動，根據(jù)多普勒頻移原理，檢測氣流的速度大小變化以及氣流的方向變化，據(jù)此可以計算出Wh和V，Wh為水平方向上的氣流速度變化率，V為下沖氣流的垂直速度。g和As為重力加速度和飛機的空速，是已知量。知道這四個參數(shù)，根據(jù)公式（1）可以計算出危險因子F，根據(jù)FAA（國航空聯(lián)邦航空局）頒布的相關(guān)航空條例規(guī)定，在F>0.13時，機載遠距前視風(fēng)切變系統(tǒng)必須戒備飛機縱軸兩側(cè)各25以及正前方最低5公里范圍內(nèi)的風(fēng)切變信息，并提出警報。當(dāng)系統(tǒng)與地面相距360m以上時，沒有風(fēng)切變警報。在探測風(fēng)切變時，WXR-2100型機載氣象雷達的天線掃描范圍是±600，能捕捉±300內(nèi)的風(fēng)切變目標(biāo)，最大顯示距離為9km。

2、機載氣象雷達系統(tǒng)的PWS接口

從機載氣象雷達的前視風(fēng)切變報警原理可知，風(fēng)切變探測的實現(xiàn)，系統(tǒng)部件對其的支持以及數(shù)據(jù)交互顯得舉足輕重。WXR-2100型氣象雷達收發(fā)機PWS部分與其他飛機系統(tǒng)和部件聯(lián)系非常密切，圖1顯示了各個接口。

通過關(guān)系式（1）可知，飛機的空速As是計算危險因子F的必要數(shù)據(jù)，我們可以通過檢測大氣數(shù)據(jù)再結(jié)合慣性基準(zhǔn)組件得到飛機的空速數(shù)據(jù)。另外，機載氣象雷達系統(tǒng)能通過大氣數(shù)據(jù)與慣性基準(zhǔn)組件計算得到飛機航行的姿態(tài)數(shù)據(jù)和航向數(shù)據(jù)，結(jié)合大氣數(shù)據(jù)、飛機航行的姿態(tài)數(shù)據(jù)以及航向數(shù)據(jù)，雷達系統(tǒng)可以對前方風(fēng)切變進行計算，從而根據(jù)情況提出警告，并且保證了機載氣象雷達天線的信號穩(wěn)定。機載氣象雷達接收無線電高度表提供的數(shù)據(jù)自動開啟或者關(guān)閉PWS功能還有禁止顯示和警告功能。機載雷達接收自動油門微動電門組件傳來的離散信號，用來啟動PWS。機載雷達上的PWS是智能化的，自動檢測飛機狀態(tài)，開啟或關(guān)閉某項功能，機載雷達系統(tǒng)PWS對油門桿的狀態(tài)進行檢測，當(dāng)其中一個油門桿前推角度超過53°時，機載氣象雷達啟動風(fēng)切變探測功能。當(dāng)無線電的高度在701m上時，機載氣象雷達將PWS功能關(guān)閉。當(dāng)飛機的運行高度低于701m而高于366m時，氣象雷達開啟懂風(fēng)切變的檢測，但是不報警。機載氣象雷達系統(tǒng)接收起落架控制手柄傳來的模擬離散信號來啟動或者關(guān)閉飛機起飛或近地時的警告。近地警告由計算機、交通警告和防撞系統(tǒng)（TCAS）計算機與機載氣象雷達系統(tǒng)進行交聯(lián)，然后輸出音頻警告信息，如果出現(xiàn)幾種不同級別的警告信息，高一級的警告信息將優(yōu)于第一級的警告信息。飛機探測雷達將所有的PWS警告信息、失效以及告誡信息等傳輸?shù)斤@示組件上來。

3、PWS FAIL故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計與原因分析

在航線維護中，PWS FAIL頻頻發(fā)生故障。2008年4月～2012年4月，根據(jù)國航工程技術(shù)維修公司的報告，波音737NG飛機WXR-2100型氣象雷總共出過43次故障，其故障類型分類如圖2所示。

從圖2上可以看出，引發(fā)機載氣象雷達PWS FAIL故障的主要原因有三個：第一，瞬時故障；第二，氣象雷達收發(fā)機（WXRR/T）故障；第三，無線電高度表（RA）故障。分析故障統(tǒng)計數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生具有一定的規(guī)律。

1）機載氣象雷達PWS FAIL發(fā)生最多的故障類型是瞬時故障。WXRR/T是機載氣象雷達系統(tǒng)的最關(guān)鍵的部分。同時進行氣象探測和大量的邏輯運算。一旦WXRR/T內(nèi)部邏輯電路發(fā)生瞬時沖突，極有可能引發(fā)PWS FAIL發(fā)生故障。通常有以下兩種解決方案：第一是將氣象雷達跳開關(guān)重置將雷達收發(fā)機重啟。第二是，通過雷達系統(tǒng)的自檢軟件測試機載氣象雷達的系統(tǒng)，排除故障。本人對B-5053進行航前維護時出現(xiàn)過類似故障，通過重置跳開關(guān)的方式解決了問題。

2）PWS FAIL由WXRR/T本身故障引起的概率是23%，在測試氣象雷達系統(tǒng)時，如果自檢程序不能通過，就可以斷定WXRR/T發(fā)生了故障。在工作的過程中，機載氣象雷達會產(chǎn)生大量的熱，在對氣象雷達手法組件進行更換時，要注意提前檢查WXRR/T的冷卻風(fēng)扇有沒有發(fā)生故障以及出風(fēng)口有沒有被堵塞，如果存在以上兩個問題，WXRR/T變化就會出現(xiàn)過熱的情況，高溫使內(nèi)部邏輯電路失效，從而發(fā)生PWS FAIL。如果氣象雷達PWS FAIL故障是由散熱問題導(dǎo)致的，機器也會出現(xiàn)WXR FAIL故障信息。本人對B-5059進行航后維護時出現(xiàn)過上述情況，清潔冷卻風(fēng)扇后，故障得以排除。

3）PWS FAIL有三次是由RA引起的，發(fā)生的概率是7%。故障報告指出，RA引發(fā)機器故障時，飛機的飛行高度都在701m以上，在故障發(fā)生的同時，一側(cè)的RA數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤。根據(jù)前面對的分析可知，機載氣象雷達只有在701m以下才會啟動系統(tǒng)探測風(fēng)切變。如果輸入機載系統(tǒng)的任意一側(cè)RA有問題，輸入錯誤的高度數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將會報錯，出現(xiàn)PWS FAIL故障信息。解決辦法有兩個：一個是更換相應(yīng)的RA收發(fā)機，另外一個是更換RA天線。除了以上原因，其他還有氣象雷達天線驅(qū)動組件故障、自動油門微動電門組件故障以及大氣數(shù)據(jù)慣性基準(zhǔn)組件故障等，都可能導(dǎo)致錯誤。

4、結(jié)語

諸多因素導(dǎo)致機載雷達發(fā)生PWS FAIL故障。維修人員應(yīng)該對機載氣象雷達系統(tǒng)PWS的工作原理非常熟悉，能掌握其工作方式，對機載氣象雷達系統(tǒng)PWS功能部分于其他系統(tǒng)的交聯(lián)要非常的了解。在對機器進行維修時，應(yīng)該事先了解故障現(xiàn)象，查閱機器故障歷史，對故障發(fā)生原因進行認真分析，以期能準(zhǔn)確找到原因，排除故障，避免更換不必要的零件和無用工耗的產(chǎn)生。

參考文獻

[1]胡朝江，李曉沖，袁有志.大飛機風(fēng)切變探測告警系統(tǒng)[J].中國民航大學(xué)學(xué)報，2013（05）.