波音飞机机载气象雷达典型故障排除

谢旺华

摘要：机载气象雷达对保障飞行安全具有十分重要的作用。气象雷达系统故障经常造成飞机滑回甚至返航或备降等后果。本文对气象雷达故障部件数据进行分析，通过典型案例提出针对性的维修排故建议，总结气象雷达故障多发原因。

关键词：气象雷达；典型故障；分析

Keywords：weather radar；typical trouble；analysis

1 机载气象雷达功能和原理

1.1 功能

机载气象雷达是人们为防范气象风险，保证飞行安全而应用现代科学技术成果而研制的航空电子设备。机载气象雷达对保障飞行安全具有十分重要的作用，目前装备飞机的最新气象雷达除了能探測雷雨等气象区域外，已经实现了对风切变、湍流以及地形特征的有效探测，进一步提高了在各种气象条件下的飞行安全性，如果发生故障，将严重影响机组对前方气象状况的判断，遇到雷雨或者风切变气象时，没有及时避开，可能发生危险。同时依据最低设备清单MEL，气象雷达系统故障时，飞机放行较为困难。

1.2 原理

气象雷达的工作原理和回波一样，气象雷达系统向飞机前方180°区域发射射频脉冲，目标物将脉冲反射回接收机，接收机处理返回的信号显示气象、地形和风切变事件。

1.3 显示及警告

气象雷达收到的回馈信号转换成四种不同的颜色出现在导航显示器（ND），这四种不同颜色给机组提供了回波信号的强度。前视风切变提醒和警告在ND和PFD上显示为琥珀色和红色。同样前视风切变提醒和警告也伴随音响警告。

1.4主要系统部件及功能

1）控制面板，具备方式选择、俯仰角度控制、增益控制等功能。

2）天线包括平板天线和天线驱动组件。平板天线发射和接收射频脉冲，平板天线是一个辐射裂缝相控阵天线，射频脉冲从每个裂缝中发射出来；天线驱动组件包含扫描马达、天线位置监视器、俯仰和扫描断开电门。

3）WXR收发机重量大约31.5磅，由来自收发机支架的气流对其进行冷却。收发机功能包括发射射频信号、处理回波信号、提供气象雷达显示数据、提供天线稳定修正以及在探测到风切变事件时向机组发送警告等。

气象雷达是民航飞机上重要的机载系统，是保障民航飞机安全飞行的基础。气象雷达系统失效在MEL中的要求十分严格。因此，采取有效措施解决飞机气象雷达故障尤为重要。图1所示为厦航机队2015～2019年可靠性数据统计故障情况，气象雷达故障报告数呈波动状，一般3～9月（雨季+夏季）的总体故障报告数明显多于其他月份，这与雨水天气气象雷达使用频繁有关。其中涉及的故障部件分布如图2所示，故障部件主要集中在两类，其中，气象雷达收发机故障共计7起，气象雷达天线驱动组件故障共计8起，尤其是2019年就高达3起。下面将对这两类故障分别进行分析。

2 WXR收发机故障分析

2.1 WXR收发机的故障拆换统计

如图3所示，WXR收发机的更换整体上与系统故障报告次数趋于一致。自2015年以来，我司737NG机队气象雷达收发机非计划拆换率呈缓慢波动状，在每年的雨季和夏季同样表现为较典型的多发性故障。分析2018年WXR系统故障报告，4～11月高于其他月，峰值出现在7月和10月。其中，第四季度故障无明显下降，与往年存在差异，10月的台风影响是原因之一。

从图4可以看出，故障原因主要集中在新件和修理件的质量问题上，占比达到总故障次数的50%。另外，瞬间故障的报错占比达到20%。因此，维修人员需要排除收发机瞬间故障情况，以节约更换件成本。

2.2 典型案例分析

1）排故案例一

4月某日，一架737NG飞机推出起动后，机组反映气象雷达故障，出现PWS FAIL、WXR FAIL信息，飞机滑回。机务人员按AMM34-43-00更换气象雷达收发机，测试检查正常。次日读取的故障记录如图5所示。其中，Leg列指航段，Fault列为故障代码，Temp列为收发机的温度监控。故障代码中的latched以及Att、DSP0 ST故障记录指向雷达收发机异常，因此更换收发机是有效的排故方法。

第三天，该飞机在航前关舱等待时，机组反映出现PWS FAIL信息，机组重置气象雷达跳开关后信息消除；后续航班机组反映空中出现WXR FAIL信息，气象雷达的工作时断时续。航后历史故障记录如图6所示，从中可以看出大多数故障都是在航段3发生的，同时航段7中收发机温度为51℃，判断可能是风扇问题。按FIM34-43task 801检查气象雷达风扇失效，因此按AMM34-43-31更换WXR支架。为证实故障，按AMM34-43-41更换WXR收发机，按AMM34-43-00进行测试，工作正常，恢复系统后检测支架与飞机结构间电阻满足要求，实测值为0.0005Ω。

该机第四天执行航班，第一段短停落地后机组反映滑跑阶段出现PWS FAIL信息，打开气象雷达后有WXR FAIL信息。地面检查支架风扇工作正常，气象雷达操作测试正常，复位跳开关后多次测试检查正常；与机组沟通，在跑道头打开气象雷达观察1min正常，航后地面检查支架风扇工作正常，气象雷达操作测试正常；为隔离故障，将该机气象雷达收发机与另一架飞机的收发机对调，测试均正常。

2）排故案例二

另一架737NG型飞机执行航班时，机组反映飞机滑出后两次出现WXR FAIL信息，导致飞机滑回。按照手册FIM34-43-TASK801检查气象雷达工作正常，为证实故障，读取气象雷达历史有Scan和Tilt信息，按照AMM34-43-41更换了气象雷达收发机，通电测试正常。机务人员欲通过打高压进行验证测试，但需向塔台申请后方可进行。塔台仅同意飞机滑行至跑道头进行打高压测试，后经沟通在地面完成了10次操作，测试均正常，雷达罩内无异响。之后飞机正常执行航班，后续航班运行正常。航后测试气象雷达工作正常，读取WXR历史，无任何新增信息。

由于该故障为短时、间歇性出现，地面测试正常，后续该收发机装于其他飞机时故障又出现，测试仍然正常，且后续航班均正常，经综合分析，认为该故障属于瞬间故障。

3）案例分析小结

上述两个排故案例的主要故障表现都是空中出现WXR FAIL及PWS FAIL信息，排故措施主要是更换WXR收发机。对于案例一，更换WXR收发机后测试良好，但依然存在其他一些部件的故障会影响WXR收发机，如气象雷达风扇和天线驱动组件等，需要对这些部件进行排查。而案例二瞬时故障居多，多采取串件、进行相应测试等手段来排除瞬时故障。因此，对于气象雷达故障，在更换WXR收发机前，针对其系统的维修方案或维修计划项目给出如下维修建议。

2.3 维修建议

1）根据波音维修提示737 MT34-028，安装了相关件号的气象雷达天线驱动组件的737NG飞机，在起飞阶段或降落时（2400ft以下）容易出现PWS FAIL信息。波音公司建议出现该信息后不必急于换件，可对气象雷达系统进行操作性测试，如果能够通过测试，则可以将该信息看作是虚假故障信息不予理会。只有当该信息短时多次重复出现在同一架飞机上时才需要进行天线驱动组件的更换。

2）根据波音维修提示737 MT34-026，安装了多路扫描气象雷达的 737NG飞机，容易出现由于电源转换导致的瞬时故障及故障信息。出现这种情况时，波音公司建议不必急于换件，只需要将气象雷达跳开关拔出，等待不短于90s后重新闭合跳开关，系统会恢复正常。

3）根据XD-34-817-A 对气象雷达收发机及其安装架进行除尘处理。

结合以上波音飞机维修提示以及维修经验，得出关于737NG飞机气象雷达虚假故障信息的简要应对办法：当气象雷达出现故障信息时，可先拔出气象雷达跳开关，等待超过90s，然后闭合，检查故障信息是否依然存在。如果故障信息不再出现，可以认为是瞬时故障，不影响设备的使用。同时需对如雷达风扇等易发生干扰的部件，进行维护清理和故障排除。条件允许情况下，可以对系统进行操作性测试，以进一步确认气象雷达系统的状态。

3 WXR天线驱动组件故障分析

3.1 WXR天线驱动组件故障拆换统计

表1所示为根据厦航可靠性数据统计的波音737机队2018～2019年14起气象雷达天线驱动组件拆换情况。

表1中，Tsn H为故障件初始使用时长（h）；Tsr H为故障件送修后继续使用时长（h）。

由表1可知，14起故障件拆换中，件号622-5135-802和622-5135-822各占一半。件号为622-5135-822的故障件（非改装）属于较新引进飞机的附件，累计数据少，不适用于寿命分析，计算的故障件平均使用时间（含首次和修后）为2579h，初始可靠性和修后可靠性均偏低。根据622-5135-802件号的每次使用数据进行寿命分析，如图7所示，寿命满足威布尔分布，故障件较为密集地分布在3000～30000h区间。其中有3件表现出明显的修后可靠性低，TSR分别为6h、139h和0h。

3.2 典型案例及分析

一架波音737-800飛机执行航班，短停滑出后机组报告气象雷达故障，出现WXR FAIL和PWS FAIL信息，之后飞机滑回。机务人员检查气象雷达风扇正常、收发机温度正常，重置气象雷达跳开关，完成气象雷达操作测试正常，飞机重新投入航班，延误1h31min。

针对该故障，航后读取气象雷达历史记录，历史信息均指向驱动组件，如图9所示。气象雷达故障历史大多数出现scan、Tilt信息，信息指向气象雷达驱动组件的扫描和俯仰功能。为彻底排除故障，航后更换气象雷达收发机及天线驱动组件，测试气象雷达工作正常。

上述案例说明：WXR雷达驱动组件故障中，除了出现WXR FAIL、PWS FAIL、ANT FAIL故障信息外，还多次读出Tilt和Scan历史，基本是在更换WXR驱动组件后故障就消除了，说明该维护信息相对可靠，尽管存在有瞬时故障的可能，但误警率比较低。

3.3 维修建议

波音737飞机气象雷达驱动组件失效故障的统计分析表明，出现故障信息时多指向驱动组件，一般需要更换驱动组件，以避免故障反复出现。同时，从图2可以看出，WXR系统故障报告的百时率呈上升趋势，且2019年驱动组件故障在相关附件中占比居首。因此，针对驱动组件的初始可靠性及维修后可靠性低问题，需要继续与厂家沟通，关注其发布的相关改进信息以及修理情况报告。

4 总结

气象雷达对于飞机的正常工作有着不可忽略的重要性，但在维护工作中应当注意故障的多发性和一致性。

1）WXR系统在每年的雨季和夏季表现出多发性故障特点，其中WXR的收发机在此阶段由于频繁使用，更需要注意检查和及时更换。

2）从故障现象看，仍是WXR FAIL/ PWS FAIL信息、气象虚假信息居多，软性故障占比大，维护中需注意瞬时故障的排查。

3）通过数据分析可知，WXR收发机及天线驱动组件均存在初始和修后可靠性低问题，相关单位应与厂家及时沟通，提高附件的初始和修后可靠性，应将集中出现的故障情况及时向厂家反馈，寻求解决方案。

参考文献

[1] Boeing. B737-800 Aircraft Maintenance Manual [Z]. 2019，10.

[2] Boeing. B737-800 System Schematic Manual [Z]. 2019，10.

[3] Boeing. B737-800 Fault Isolation Manual [Z]. 2019，10.

[4] Boeing. B787-8 Aircraft Maintenance Manual [Z]. 2019，10.

[5] Boeing. B737-8 System Schematic Manual [Z]. 2019，10.

[6] Boeing. B737-8 Fault Isolation Manual [Z]. 2019，10.