白健康，劉群坡

（1.河南理工大學(xué)電氣工程與自動化學(xué)院，河南焦作 454150；2.中國南方航空河南航空有限公司，河南鄭州 451162）

1 研究背景

隨著我國航空業(yè)的飛速發(fā)展，我國從民航大國逐步向了民航強(qiáng)國，中國民航的發(fā)展史是建立在無數(shù)的血淚教訓(xùn)之上，航空安全問題自然也成為一個重中之重的話題。飛機(jī)機(jī)載氣象雷達(dá)系統(tǒng)在航空安全運(yùn)行中有著重要作用，波音737NG 氣象雷達(dá)系統(tǒng)用于在飛行中實(shí)時地探測飛機(jī)前方航路上的氣象信息，以選擇安全可靠的航路，確保飛行中的舒適和安全。伴隨著航空業(yè)嚴(yán)格安全的要求，氣象雷達(dá)的維修在民航飛機(jī)制造領(lǐng)域以及相關(guān)學(xué)術(shù)領(lǐng)域也引起了廣泛的關(guān)注。

飛機(jī)在飛行時氣象環(huán)境變幻不定，特別是在起飛和著陸階段，對于飛機(jī)機(jī)載氣象雷達(dá)故障診斷有較高的要求。飛機(jī)在機(jī)場停留維修的時間有限，使飛機(jī)維修人員沒有足夠的時間對飛機(jī)進(jìn)行部件檢查并及時排除故障，保障航班正常運(yùn)行?；诖耍疚膶庀罄走_(dá)常見的故障進(jìn)行分析總結(jié)，并提出有效的預(yù)防措施，有助于飛機(jī)維修人員及時排除故障，有效防止氣象雷達(dá)故障。

2 飛機(jī)氣象雷達(dá)工作方式

飛機(jī)機(jī)載氣象雷達(dá)系統(tǒng)（WXR）在飛行中即時地探測飛機(jī)前方復(fù)雜多變的氣象環(huán)境。飛機(jī)機(jī)載氣象雷達(dá)可以實(shí)時監(jiān)控探測飛機(jī)前方降水量的大小、雨雪和湍流情況，也可以探測飛機(jī)前下方復(fù)雜的地形地貌等情況，在飛機(jī)駕駛艙顯示器上用不同的顏色來反映降雨強(qiáng)度和復(fù)雜地形的分布情況。此外，波音737NG 氣象雷達(dá)還擁有預(yù)測風(fēng)切變（PWS）的功能，可以檢測飛機(jī)前方是否有風(fēng)切變，提示機(jī)組及時避讓，使飛機(jī)起飛、降落階段更安全。

2.1 氣象雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

機(jī)載氣象雷達(dá)的基本組件有雷達(dá)收發(fā)機(jī)、雷達(dá)天線、顯示器、控制面板和波導(dǎo)系統(tǒng)（圖1）。

2.2 氣象雷達(dá)工作方式

現(xiàn)代氣象雷達(dá)的工作方式有氣象、氣象與湍流、地圖和測試等。

2.2.1 氣象（WX）工作方式

氣象（WX）方式是波音737NG 機(jī)載氣象雷達(dá)的基本工作方式。此方式可以在駕駛艙ND 顯示器上向飛行員提供飛機(jī)前方航路狀況和危險信息、兩側(cè)扇形區(qū)域中的氣象情況和其他障礙物的圖像信息。

2.2.2 氣象與湍流（WX+T）方式

氣象與湍流（WX+T）模式是波音737NG 的典型工作方式。湍流是對航空安全威脅非常大的氣象狀況，湍流活動區(qū)域中的氣流運(yùn)動速度和方向變化較快。當(dāng)飛機(jī)在飛行中遇湍流時，不僅難于控制駕駛，而且飛機(jī)本身還會經(jīng)受很大的外力，可能導(dǎo)致飛機(jī)的結(jié)構(gòu)遭到損壞。

當(dāng)工作在湍流方式時，飛機(jī)氣象雷達(dá)能檢測出湍流的活動區(qū)域，并在駕駛艙ND 顯示器上顯示出紅色區(qū)域圖像。湍流探測的最大區(qū)域是40 海里，如果EFIS 控制面板上選定區(qū)域超過40 海里，則EHSI 在最大40 海里范圍內(nèi)顯示氣象和湍流信息，超過40 海里的地方，則僅顯示氣象數(shù)據(jù)。

2.2.3 地圖（MAP）方式

地圖（MAP）工作方式常用于觀測飛機(jī)前下方的地表情況。在該工作方式，雷達(dá)天線將向下俯一定的角度，天線輻射相應(yīng)的錐形波束照射到飛機(jī)前下方區(qū)域，利用地表不同物體對雷達(dá)波反射的不同（不同物質(zhì)對電波的反射的強(qiáng)度不同），在駕駛艙ND 上顯示地面和地形情況，如山脈、江河、海岸、都市等地形外貌的平面位置分布圖。

2.2.4 測試（TEST）方式

測試（TEST）方式用以判斷雷達(dá)的性能狀態(tài)，并在ND 上顯示輪廓。

3 氣象雷達(dá)常見故障及排故思路

3.1 常見故障總結(jié)

本文統(tǒng)計了某航基地所執(zhí)管5 年時間30 架飛機(jī)波音737NG 有關(guān)氣象雷達(dá)維修相關(guān)記錄，共記303 項，剔除常規(guī)維修和預(yù)防性維修，剩余100 項有用維修信息。對這些故障進(jìn)行整理和歸類，統(tǒng)計各個故障出現(xiàn)的頻次，經(jīng)過統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)故障現(xiàn)象主要可以分為3 類：①直接顯示故障信息，即在屏幕顯示出故障代碼或故障信息；②顯示異常，例如回波異常、掃描遲鈍或斷續(xù)、圖像雜亂等；③飛機(jī)維修人員與機(jī)組進(jìn)行交接時，機(jī)組所飛行時所反映的故障現(xiàn)象多為實(shí)際現(xiàn)實(shí)與飛行天氣不一致等。經(jīng)過分類整理，主要統(tǒng)計了5 種出現(xiàn)頻次較高的故障現(xiàn)象（圖2）。

圖2 故障類型統(tǒng)計

3.2 排故案例

以出現(xiàn)頻率最高的回波弱故障為例，當(dāng)飛行員反應(yīng)飛行中氣象雷達(dá)信號弱現(xiàn)象時，應(yīng)采取以下措施。

（1）應(yīng)當(dāng)詳細(xì)詢問機(jī)組人員當(dāng)時的天氣情況，例如是否有雨、雨的大小以及雷達(dá)實(shí)際顯示情況，如綠色、無顯示和近距離有顯示遠(yuǎn)距離無顯示等。其次應(yīng)當(dāng)判斷是否屬于飛行員的操作不當(dāng)問題，如增益調(diào)節(jié)、俯仰調(diào)節(jié)和距離選擇等。由于航空公司一般會有2～3種氣象雷達(dá)型號，飛行員的誤操作也會引起這種故障現(xiàn)象，故一定要首先排除這種情況。

（2）測試?yán)走_(dá)系統(tǒng)，檢測系統(tǒng)部件是否處于正常工作狀態(tài)。需要注意的是，如果不出現(xiàn)WXR WEAK 信息，即說明雷達(dá)收發(fā)機(jī)發(fā)射功率在正常范圍內(nèi)，建議采取互串收發(fā)機(jī)的方法隔離收發(fā)機(jī)，確保收發(fā)機(jī)是否良好。

（3）檢查收發(fā)機(jī)濾網(wǎng)，如果灰塵過多，應(yīng)立即清洗。同時檢查收發(fā)機(jī)冷卻風(fēng)扇是否工作正常，確保收發(fā)機(jī)冷卻效果良好。

（4）檢查氣象雷達(dá)控制板增益、俯仰旋鈕工作是否正常。增益旋鈕通常放在校準(zhǔn)位，如果稍微偏離校準(zhǔn)位、旋鈕松動或失效，應(yīng)立即修復(fù)或更換。

（5）檢查雷達(dá)罩外部是否有明顯損傷或裂紋。打開雷達(dá)罩，檢查雷達(dá)罩內(nèi)壁是否潮濕，如有則應(yīng)立即烘干或更換。另外，雷達(dá)罩透過率不均勻也是造成回波弱的一個原因。

（6）檢查雷達(dá)天線外表是否有損傷。拆下雷達(dá)天線和驅(qū)動組件，檢查天線波導(dǎo)系統(tǒng)、驅(qū)動組件與波導(dǎo)管連接處是否有積碳、灰塵和水汽，如果有這些問題應(yīng)立即更換。波導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)入灰塵、水汽，經(jīng)雷達(dá)波加溫形成積炭，嚴(yán)重影響雷達(dá)波的傳輸，是造成回波弱的主要原因，其主要表現(xiàn)是遠(yuǎn)距離氣象看得見，近距離看不見。這一表現(xiàn)主要是由于雷達(dá)波遠(yuǎn)距離探測的波長較長，不容易受積碳等微小顆粒的影響，近距離探測波長較短，容易被積碳等微小顆粒吸收。

（7）檢查波導(dǎo)管連接處是否結(jié)合緊密，有無錯位，連接螺絲是否有松動現(xiàn)象。拆下波導(dǎo)管，檢查波導(dǎo)管內(nèi)部是否有積碳、臟物、水汽，否則應(yīng)立即更換或修復(fù)。兩段波導(dǎo)管連接有錯位、波導(dǎo)管連接處4 個緊固螺絲力矩不一致造成波導(dǎo)管變形，將影響雷達(dá)波的傳輸失真。另外，如果波導(dǎo)管密封圈老化，水汽也容易進(jìn)入波導(dǎo)系統(tǒng)。

（8）檢查相關(guān)線路是否有嚴(yán)重腐蝕、短路、斷路和接觸不良現(xiàn)象。

氣象雷達(dá)回波弱故障現(xiàn)象是機(jī)組反應(yīng)最多的故障現(xiàn)象之一，按照以上8 個步驟逐步進(jìn)行故障排查并采取相應(yīng)維修措施，基本能解決此類故障現(xiàn)象。

3.3 氣象雷達(dá)排故流程（圖3）

圖3 故障排除流程

當(dāng)遇到氣象雷達(dá)故障時，飛機(jī)維修人員可以在收發(fā)機(jī)的前面板做自檢或在駕駛艙的雷達(dá)控制面板上自檢，結(jié)合故障現(xiàn)象大多能較準(zhǔn)確迅速地判斷故障部件。目前波音737NG 飛機(jī)氣象雷達(dá)大部分公司會使用2～3 種型號，當(dāng)機(jī)組反應(yīng)飛機(jī)故障時最好能和機(jī)組當(dāng)面溝通，詢問當(dāng)時的使用情況。由于型號之間的差別，機(jī)組使用不當(dāng)也可能造成暫時的系統(tǒng)顯示故障，對于這一類情況可以不必采取維護(hù)措施，與機(jī)組進(jìn)行說明即可。如果無法順利排除故障，需檢查冷卻風(fēng)扇及相關(guān)線路故障，雖然這類原因故障發(fā)生的概率較小，但不能忽視其可能性。

4 氣象雷達(dá)故障的預(yù)防

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。近年來，某航波音737NG 機(jī)隊共報告氣象雷達(dá)故障上百起，對公司航空安全造成了很大的安全隱患，所以有必要進(jìn)行預(yù)防。

4.1 氣象雷達(dá)故障與氣候的相關(guān)性分析

雷達(dá)系統(tǒng)可靠性易受到季節(jié)氣候影響，在每年雨季潮濕季節(jié)，如果電子艙密封不嚴(yán)或雷達(dá)罩密封不嚴(yán)，會導(dǎo)致潮氣入侵潮濕引起故障（圖4）。

圖4 潮濕故障

夏季高溫干燥季節(jié)，如果散熱不良也將導(dǎo)致氣象雷達(dá)故障（圖5）。

圖5 高溫故障

4.2 其他可能因素

（1）零件老化會導(dǎo)致天線驅(qū)動組件的機(jī)械部件性能衰退，如雷達(dá)罩、電子艙密封條失效和散熱風(fēng)扇卡阻等。

（2）運(yùn)行中的振動會導(dǎo)致機(jī)械部件運(yùn)轉(zhuǎn)誤差、電纜損傷、接口接觸不良和機(jī)架破損。

4.3 預(yù)防措施

南方地域以防潮為主，可對氣象雷達(dá)密封情況做定期檢查，夏季加強(qiáng)維護(hù)收發(fā)機(jī)散熱系統(tǒng)。北方地域以清潔維護(hù)收發(fā)機(jī)散熱系統(tǒng)為主。無論南方或北方，潮濕季節(jié)都應(yīng)在執(zhí)行航前工作時提前進(jìn)行通電測試、預(yù)熱驅(qū)潮，以便提前發(fā)現(xiàn)處理故障，并建立清潔前電子艙任務(wù)，改善雷達(dá)收發(fā)機(jī)工作環(huán)境。

5 結(jié)論

飛機(jī)氣象雷達(dá)對于飛行安全有著舉足輕重的作用，本文分析了波音737NG 飛機(jī)的常見故障，并給出排故思路，同時提出相應(yīng)解決方法與預(yù)防性維修方案，為飛機(jī)維修人員處理氣象雷達(dá)故障提供參考。航線飛機(jī)維修人員在發(fā)現(xiàn)和解決故障的同時，也需要關(guān)注故障發(fā)生的原因，并進(jìn)行有效預(yù)防，只有這樣才能確保飛機(jī)運(yùn)行時的安全。