波音737NG 氣象雷達故障分析與預防

白健康，劉群坡

（1.河南理工大學電氣工程與自動化學院，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

隨著我國航空業的飛速發展，我國從民航大國逐步向了民航強國，中國民航的發展史是建立在無數的血淚教訓之上，航空安全問題自然也成為一個重中之重的話題。飛機機載氣象雷達系統在航空安全運行中有著重要作用，波音737NG 氣象雷達系統用于在飛行中實時地探測飛機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。伴隨著航空業嚴格安全的要求，氣象雷達的維修在民航飛機制造領域以及相關學術領域也引起了廣泛的關注。

飛機在飛行時氣象環境變幻不定，特別是在起飛和著陸階段，對于飛機機載氣象雷達故障診斷有較高的要求。飛機在機場停留維修的時間有限，使飛機維修人員沒有足夠的時間對飛機進行部件檢查并及時排除故障，保障航班正常運行。基于此，本文對氣象雷達常見的故障進行分析總結，并提出有效的預防措施，有助于飛機維修人員及時排除故障，有效防止氣象雷達故障。

2 飛機氣象雷達工作方式

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

2.1 氣象雷達系統結構

機載氣象雷達的基本組件有雷達收發機、雷達天線、顯示器、控制面板和波導系統（圖1）。

2.2 氣象雷達工作方式

現代氣象雷達的工作方式有氣象、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 機載氣象雷達的基本工作方式。此方式可以在駕駛艙ND 顯示器上向飛行員提供飛機前方航路狀況和危險信息、兩側扇形區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，湍流活動區域中的氣流運動速度和方向變化較快。當飛機在飛行中遇湍流時，不僅難于控制駕駛，而且飛機本身還會經受很大的外力，可能導致飛機的結構遭到損壞。

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

2.2.3 地圖（MAP）方式

地圖（MAP）工作方式常用于觀測飛機前下方的地表情況。在該工作方式，雷達天線將向下俯一定的角度，天線輻射相應的錐形波束照射到飛機前下方區域，利用地表不同物體對雷達波反射的不同（不同物質對電波的反射的強度不同），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）方式用以判斷雷達的性能狀態，并在ND 上顯示輪廓。

3 氣象雷達常見故障及排故思路

3.1 常見故障總結

本文統計了某航基地所執管5 年時間30 架飛機波音737NG 有關氣象雷達維修相關記錄，共記303 項，剔除常規維修和預防性維修，剩余100 項有用維修信息。對這些故障進行整理和歸類，統計各個故障出現的頻次，經過統計分析發現故障現象主要可以分為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、圖像雜亂等；③飛機維修人員與機組進行交接時，機組所飛行時所反映的故障現象多為實際現實與飛行天氣不一致等。經過分類整理，主要統計了5 種出現頻次較高的故障現象（圖2）。

圖2 故障類型統計

3.2 排故案例

以出現頻率最高的回波弱故障為例，當飛行員反應飛行中氣象雷達信號弱現象時，應采取以下措施。

（1）應當詳細詢問機組人員當時的天氣情況，例如是否有雨、雨的大小以及雷達實際顯示情況，如綠色、無顯示和近距離有顯示遠距離無顯示等。其次應當判斷是否屬于飛行員的操作不當問題，如增益調節、俯仰調節和距離選擇等。由于航空公司一般會有2～3種氣象雷達型號，飛行員的誤操作也會引起這種故障現象，故一定要首先排除這種情況。

（2）測試雷達系統，檢測系統部件是否處于正常工作狀態。需要注意的是，如果不出現WXR WEAK 信息，即說明雷達收發機發射功率在正常范圍內，建議采取互串收發機的方法隔離收發機，確保收發機是否良好。

（3）檢查收發機濾網，如果灰塵過多，應立即清洗。同時檢查收發機冷卻風扇是否工作正常，確保收發機冷卻效果良好。

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

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

（6）檢查雷達天線外表是否有損傷。拆下雷達天線和驅動組件，檢查天線波導系統、驅動組件與波導管連接處是否有積碳、灰塵和水汽，如果有這些問題應立即更換。波導系統進入灰塵、水汽，經雷達波加溫形成積炭，嚴重影響雷達波的傳輸，是造成回波弱的主要原因，其主要表現是遠距離氣象看得見，近距離看不見。這一表現主要是由于雷達波遠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）檢查波導管連接處是否結合緊密，有無錯位，連接螺絲是否有松動現象。拆下波導管，檢查波導管內部是否有積碳、臟物、水汽，否則應立即更換或修復。兩段波導管連接有錯位、波導管連接處4 個緊固螺絲力矩不一致造成波導管變形，將影響雷達波的傳輸失真。另外，如果波導管密封圈老化，水汽也容易進入波導系統。

（8）檢查相關線路是否有嚴重腐蝕、短路、斷路和接觸不良現象。

氣象雷達回波弱故障現象是機組反應最多的故障現象之一，按照以上8 個步驟逐步進行故障排查并采取相應維修措施，基本能解決此類故障現象。

3.3 氣象雷達排故流程（圖3）

圖3 故障排除流程

當遇到氣象雷達故障時，飛機維修人員可以在收發機的前面板做自檢或在駕駛艙的雷達控制面板上自檢，結合故障現象大多能較準確迅速地判斷故障部件。目前波音737NG 飛機氣象雷達大部分公司會使用2～3 種型號，當機組反應飛機故障時最好能和機組當面溝通，詢問當時的使用情況。由于型號之間的差別，機組使用不當也可能造成暫時的系統顯示故障，對于這一類情況可以不必采取維護措施，與機組進行說明即可。如果無法順利排除故障，需檢查冷卻風扇及相關線路故障，雖然這類原因故障發生的概率較小，但不能忽視其可能性。

4 氣象雷達故障的預防

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。近年來，某航波音737NG 機隊共報告氣象雷達故障上百起，對公司航空安全造成了很大的安全隱患，所以有必要進行預防。

4.1 氣象雷達故障與氣候的相關性分析

雷達系統可靠性易受到季節氣候影響，在每年雨季潮濕季節，如果電子艙密封不嚴或雷達罩密封不嚴，會導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，如果散熱不良也將導致氣象雷達故障（圖5）。

圖5 高溫故障

4.2 其他可能因素

（1）零件老化會導致天線驅動組件的機械部件性能衰退，如雷達罩、電子艙密封條失效和散熱風扇卡阻等。

（2）運行中的振動會導致機械部件運轉誤差、電纜損傷、接口接觸不良和機架破損。

4.3 預防措施

南方地域以防潮為主，可對氣象雷達密封情況做定期檢查，夏季加強維護收發機散熱系統。北方地域以清潔維護收發機散熱系統為主。無論南方或北方，潮濕季節都應在執行航前工作時提前進行通電測試、預熱驅潮，以便提前發現處理故障，并建立清潔前電子艙任務，改善雷達收發機工作環境。

5 結論

飛機氣象雷達對于飛行安全有著舉足輕重的作用，本文分析了波音737NG 飛機的常見故障，并給出排故思路，同時提出相應解決方法與預防性維修方案，為飛機維修人員處理氣象雷達故障提供參考。航線飛機維修人員在發現和解決故障的同時，也需要關注故障發生的原因，并進行有效預防，只有這樣才能確保飛機運行時的安全。