淺析波音787飛機WXR2100雷達故障

何侃 張敦煜

摘要：對波音787飛機WXR2100氣象雷達系統(tǒng)日常出現(xiàn)的故障進行了介紹，并針對每種故障進行了分析和總結(jié)，提出了建議維護措施，可供該雷達系統(tǒng)的日常排故和維護參考。

關(guān)鍵詞：氣象雷達；WXR2100；維護；排故

Keywords：weather radar；WXR2100；maintenance；troubleshooting

機載氣象雷達系統(tǒng)用于在飛行中實時探測飛機前方航路上的危險氣象區(qū)域，以供機組選擇安全的回避航路，保障飛行安全。當(dāng)雷達故障時，駕駛艙內(nèi)顯示的氣象信息出現(xiàn)丟失或錯誤，會影響機組對航路上天氣狀況的判斷，導(dǎo)致飛行路線偏移，甚至出現(xiàn)雷擊事件。

1 WXR2100雷達系統(tǒng)介紹

WXR2100采用MultiScan技術(shù)，用兩個不同俯仰角度的雷達波束掃描并收集飛機前方的所有地面和氣象信息，信息被存儲在臨時緩存中，然后用一個內(nèi)部地形數(shù)據(jù)表畫出飛機前方地面的地表曲線，通過回波功率比對的方式區(qū)分地面雜波和天氣回波，從而使雷達能探測到距離飛機機頭320nm之內(nèi)的天氣狀況。

南航波音787飛機裝有兩套WXR2100雷達系統(tǒng)（見圖1），主要部件包括綜合監(jiān)控系統(tǒng)處理組件ISSPU（WXR板卡）、雷達收發(fā)機RTM、雷達天線驅(qū)動組件DRV、雷達控制面板和天線。其中，DRV和天線由兩套雷達系統(tǒng)共用。

2 故障現(xiàn)象及分析

根據(jù)機組反映，波音787飛機經(jīng)常出現(xiàn)的EICAS信息有Weather Radar SYS、Weather Radar SYS L/R、WINDSHEAR SYS、WINDSHEAR PREDICTIVE等，另外，當(dāng)機組選擇左右兩側(cè)不同的雷達系統(tǒng)時，顯示的氣象信息顏色會有不一致現(xiàn)象。

從現(xiàn)有數(shù)據(jù)來看，可將目前出現(xiàn)的雷達故障現(xiàn)象分為以下三類。

2.1 雷達故障并顯示狀態(tài)信息

當(dāng)空中或地面出現(xiàn)雷達狀態(tài)信息后，可以在CMCF中找到相應(yīng)的維護代碼，并根據(jù)FIM手冊進行排故。目前出現(xiàn)較多的維護代碼有兩種。

1）Maintenance Message 34-60111

具體的排故措施包括：

a. 測試。

b. 若左右雙側(cè)雷達故障，則更換驅(qū)動組件。

c. 若左/右單側(cè)雷達故障，則清潔或修理ISSPU的光纖銷釘，并視情更換ISSPU；清潔或修理收發(fā)機的光纖銷釘；更換收發(fā)機；更換驅(qū)動組件。

2）Maintenance Message 34-60121/ 34-60122

具體的排故措施包括：a. 測試。

b. 檢查收發(fā)組件的電壓。

c. 檢查收發(fā)機線路，并視情更換ISSPU。

d. 清潔或修理收發(fā)機的光纖銷釘。

e. 清潔或修理ISSPU的光纖銷釘。

f. 更換收發(fā)機。

g. 檢查光纖連接。

h. 更換ISSPU。

在以上排故過程中，會視情對ISSPU、收發(fā)機、驅(qū)動組件進行拆換。但從實際修理結(jié)果來看，大多數(shù)拆下的ISSPU是NFF件，拆下的收發(fā)機中50%是內(nèi)部板卡故障，拆下的驅(qū)動組件中75%是編碼器故障。因此，對于驅(qū)動組件，波音及廠家曾發(fā)布技術(shù)通告進行件號升級，其改裝包括對編碼器的改進。目前看來，改裝后的編碼器仍有缺陷，控制俯仰的編碼器可靠性較差，無法承受飛機運行環(huán)境。對于收發(fā)機，其內(nèi)部的A3板存在潛在焊接問題（如圖2中的箭頭所指），隨著使用時間的增加，電子器件容易與電路板脫開，出現(xiàn)虛焊，導(dǎo)致收發(fā)機故障。

以上兩種排故措施都涉及光纖銷釘?shù)那鍧崳也鹣碌拇蟛糠质瞻l(fā)機和ISSPU都存在光纖銷釘受污或破損的情況，如圖3所示。

從圖3可以看出，光纖的不同區(qū)域會出現(xiàn)不同程度的損壞，A區(qū)域中有多處長度大于5μm的磨損（藍色點狀），且磨損面積超過了A區(qū)域面積的5%，B、D區(qū)域也出現(xiàn)磨損（藍色點狀）和劃痕（黑色點狀）。根據(jù)AMM手冊，上述情況已超出可接受范圍（見表1），必須進行清潔或修理。

光纖問題雖不是部件故障的主要原因，但是隨著使用時間的增加，光纖磨損會逐漸累積，從而造成部件之間的連接不穩(wěn)定，導(dǎo)致雷達系統(tǒng)出現(xiàn)虛假/瞬時故障信息，降低雷達系統(tǒng)的可靠性。

從圖4可以看出，清潔/修理后光纖的情況良好。因此，當(dāng)對雷達進行排故或者部件拆換時，可適當(dāng)對光纖進行清潔，能有效減少不必要的拆換。

2.2 左右雷達顯示不一致

有時飛機在空中左側(cè)雷達顯示圖像與右側(cè)雷達顯示的不一致。據(jù)機組反映，當(dāng)飛機一直使用左側(cè)雷達時，雷達顯示的天氣情況比目視更為嚴(yán)重，這時如果切換到右側(cè)雷達，其顯示會緩和很多，很多極端天氣信息也會消失。圖5中左側(cè)雷達十點鐘方向出現(xiàn)了帶有威脅性的紅色雷達天氣，且飛機附近會顯示若干小部分黃色區(qū)域，若此時切換至右雷達，危險的紅色天氣及若干黃色天氣卻從顯示器上消失。

這是因為在雷達系統(tǒng)中采用了基于溫度的自動增益補償技術(shù)來自動控制增益并幫助預(yù)防從雷暴頂部穿越。雷暴頂部主要由冰晶組成，這些冰晶對雷達波束的反射性非常差，容易導(dǎo)致機組誤穿雷暴頂部發(fā)生危險。隨著高度上升，外界空氣溫度下降，該技術(shù)可使雷達自動提高增益以提高對弱反射性的雷暴頂部的探測，這樣就將雷暴的弱反射高度（雷達頂）升高，使雷達能夠探測到雷暴單體的更多頂部區(qū)域，從而防止出現(xiàn)誤穿越雷暴單體頂部。因此，在所有飛行階段都推薦機組對雷達采用AUTO模式+CAL增益（見圖6）。

但是，此技術(shù)存在以下問題：

1）雷達開啟后，自動增益補償技術(shù)需要根據(jù)溫度等外部條件將增益從默認(rèn)值調(diào)整至目標(biāo)值，這個過程一般需要幾分鐘或更長時間。若機組一直使用的是左側(cè)雷達，突然轉(zhuǎn)換至右雷達后（同樣是AUTO模式+CAL增益），其增益會恢復(fù)至默認(rèn)值，雷達的顯示變得緩和，幾分鐘后右雷達增益才會提高到目標(biāo)值。

2）隨著時間累計，增益會逐漸增大到超過期望值，使顯示的天氣變得嚴(yán)重，從而導(dǎo)致不必要的繞飛。

以上原因?qū)е聶C組反映左右雷達顯示不一致。根據(jù)調(diào)查，左右雷達切換后顯示不一致只是增益調(diào)整時間的問題，并不是設(shè)備故障。

當(dāng)機組反映左右雷達不一致時，一般不會有狀態(tài)信息及維護代碼，需要根據(jù)AMM對雷達系統(tǒng)進行操作測試，再根據(jù)測試產(chǎn)生的維護代碼進行排故。

波音公司曾發(fā)布《FTD：787-FTD-34-18005》對此問題進行說明，指出是由于系統(tǒng)基于溫度的過增益導(dǎo)致天氣顯示嚴(yán)重，這也證實左右雷達顯示不一致與系統(tǒng)硬件無關(guān)。

2.3 無效故障信息

目前出現(xiàn)的雷達故障中，若通過測試可以去除，則可認(rèn)為是無效故障信息。

3 相關(guān)信息

目前，全球范圍內(nèi)普遍存在因雷達收發(fā)機A3板及驅(qū)動組件編碼器缺陷導(dǎo)致的故障，廠家已針對收發(fā)機A3板發(fā)布了相關(guān)服務(wù)通告RTM-2100-34-8進行改裝，改裝效果還需驗證。

另外，波音公司將發(fā)布《SB：B787-81205-SB340045》升級ISS軟件，解決雷達過增益及無效故障信息問題。

4 維護建議

1）當(dāng)雷達系統(tǒng)出現(xiàn)狀態(tài)信息和維護代碼時，應(yīng)嚴(yán)格按照排故手冊進行排故。

2）在有工具的條件下對飛機的ISSPU或收發(fā)機進行更換時，需對飛機端插頭的光纖進行檢查并清潔；對飛機的ISSPU或收發(fā)機進行串件時，需對飛機端和設(shè)備端插頭的光纖進行檢查并清潔。

3）當(dāng)機組反映左右雷達顯示不一致時，應(yīng)根據(jù)AMM手冊對雷達系統(tǒng)進行操作測試，不建議對ISSPU進行預(yù)防性更換。

4）機組飛行時，在雷達系統(tǒng)一切正常的情況下，出于安全角度考慮，建議機組以使用較長時間一側(cè)的雷達顯示為準(zhǔn)。

5）當(dāng)外站按照FIM手冊排故（測試未通過）但沒有相關(guān)光纖工具時，若當(dāng)前維護代碼是34-60111，建議重點關(guān)注驅(qū)動組件狀態(tài)，若當(dāng)前維護代碼是34-60121/34-60122，建議重點關(guān)注收發(fā)機狀態(tài)。

5 結(jié)束語

波音787飛機電子系統(tǒng)集成化較高，雷達系統(tǒng)組件較多。本文以航空公司現(xiàn)有的故障為例對故障進行了分類及分析，可以幫助機務(wù)工作者快速判斷故障類型，定位故障部件并排故。

參考文獻

[1] COLLINS. MultiScanTM（V1）和MultiScanThreatTrackTM雷達 [Z]. 2016.

[2] COLLINS. RTM-2100-34-8 ROBUSTNESS IMPROVEMENT，MIDDLE HOUSING UPDATE [Z]. 2020.

[3] Boeing. Fleet Team Digest 787-FTD-34-18005 Integrated Surveillance System（ISS） -SoftwareBlockPoint [Z]. 2019.

作者簡介

何侃，資深工程師，從事工程技術(shù)管理工作。

張敦煜，資深工程師，從事工程技術(shù)管理工作。