波音737NG 气象雷达故障分析与预防

白健康，刘群坡

（1.河南理工大学电气工程与自动化学院，河南焦作 454150；2.中国南方航空河南航空有限公司，河南郑州 451162）

1 研究背景

随着我国航空业的飞速发展，我国从民航大国逐步向了民航强国，中国民航的发展史是建立在无数的血泪教训之上，航空安全问题自然也成为一个重中之重的话题。飞机机载气象雷达系统在航空安全运行中有着重要作用，波音737NG 气象雷达系统用于在飞行中实时地探测飞机前方航路上的气象信息，以选择安全可靠的航路，确保飞行中的舒适和安全。伴随着航空业严格安全的要求，气象雷达的维修在民航飞机制造领域以及相关学术领域也引起了广泛的关注。

飞机在飞行时气象环境变幻不定，特别是在起飞和着陆阶段，对于飞机机载气象雷达故障诊断有较高的要求。飞机在机场停留维修的时间有限，使飞机维修人员没有足够的时间对飞机进行部件检查并及时排除故障，保障航班正常运行。基于此，本文对气象雷达常见的故障进行分析总结，并提出有效的预防措施，有助于飞机维修人员及时排除故障，有效防止气象雷达故障。

2 飞机气象雷达工作方式

飞机机载气象雷达系统（WXR）在飞行中即时地探测飞机前方复杂多变的气象环境。飞机机载气象雷达可以实时监控探测飞机前方降水量的大小、雨雪和湍流情况，也可以探测飞机前下方复杂的地形地貌等情况，在飞机驾驶舱显示器上用不同的颜色来反映降雨强度和复杂地形的分布情况。此外，波音737NG 气象雷达还拥有预测风切变（PWS）的功能，可以检测飞机前方是否有风切变，提示机组及时避让，使飞机起飞、降落阶段更安全。

2.1 气象雷达系统结构

机载气象雷达的基本组件有雷达收发机、雷达天线、显示器、控制面板和波导系统（图1）。

2.2 气象雷达工作方式

现代气象雷达的工作方式有气象、气象与湍流、地图和测试等。

2.2.1 气象（WX）工作方式

气象（WX）方式是波音737NG 机载气象雷达的基本工作方式。此方式可以在驾驶舱ND 显示器上向飞行员提供飞机前方航路状况和危险信息、两侧扇形区域中的气象情况和其他障碍物的图像信息。

2.2.2 气象与湍流（WX+T）方式

气象与湍流（WX+T）模式是波音737NG 的典型工作方式。湍流是对航空安全威胁非常大的气象状况，湍流活动区域中的气流运动速度和方向变化较快。当飞机在飞行中遇湍流时，不仅难于控制驾驶，而且飞机本身还会经受很大的外力，可能导致飞机的结构遭到损坏。

当工作在湍流方式时，飞机气象雷达能检测出湍流的活动区域，并在驾驶舱ND 显示器上显示出红色区域图像。湍流探测的最大区域是40 海里，如果EFIS 控制面板上选定区域超过40 海里，则EHSI 在最大40 海里范围内显示气象和湍流信息，超过40 海里的地方，则仅显示气象数据。

2.2.3 地图（MAP）方式

地图（MAP）工作方式常用于观测飞机前下方的地表情况。在该工作方式，雷达天线将向下俯一定的角度，天线辐射相应的锥形波束照射到飞机前下方区域，利用地表不同物体对雷达波反射的不同（不同物质对电波的反射的强度不同），在驾驶舱ND 上显示地面和地形情况，如山脉、江河、海岸、都市等地形外貌的平面位置分布图。

2.2.4 测试（TEST）方式

测试（TEST）方式用以判断雷达的性能状态，并在ND 上显示轮廓。

3 气象雷达常见故障及排故思路

3.1 常见故障总结

本文统计了某航基地所执管5 年时间30 架飞机波音737NG 有关气象雷达维修相关记录，共记303 项，剔除常规维修和预防性维修，剩余100 项有用维修信息。对这些故障进行整理和归类，统计各个故障出现的频次，经过统计分析发现故障现象主要可以分为3 类：①直接显示故障信息，即在屏幕显示出故障代码或故障信息；②显示异常，例如回波异常、扫描迟钝或断续、图像杂乱等；③飞机维修人员与机组进行交接时，机组所飞行时所反映的故障现象多为实际现实与飞行天气不一致等。经过分类整理，主要统计了5 种出现频次较高的故障现象（图2）。

图2 故障类型统计

3.2 排故案例

以出现频率最高的回波弱故障为例，当飞行员反应飞行中气象雷达信号弱现象时，应采取以下措施。

（1）应当详细询问机组人员当时的天气情况，例如是否有雨、雨的大小以及雷达实际显示情况，如绿色、无显示和近距离有显示远距离无显示等。其次应当判断是否属于飞行员的操作不当问题，如增益调节、俯仰调节和距离选择等。由于航空公司一般会有2～3种气象雷达型号，飞行员的误操作也会引起这种故障现象，故一定要首先排除这种情况。

（2）测试雷达系统，检测系统部件是否处于正常工作状态。需要注意的是，如果不出现WXR WEAK 信息，即说明雷达收发机发射功率在正常范围内，建议采取互串收发机的方法隔离收发机，确保收发机是否良好。

（3）检查收发机滤网，如果灰尘过多，应立即清洗。同时检查收发机冷却风扇是否工作正常，确保收发机冷却效果良好。

（4）检查气象雷达控制板增益、俯仰旋钮工作是否正常。增益旋钮通常放在校准位，如果稍微偏离校准位、旋钮松动或失效，应立即修复或更换。

（5）检查雷达罩外部是否有明显损伤或裂纹。打开雷达罩，检查雷达罩内壁是否潮湿，如有则应立即烘干或更换。另外，雷达罩透过率不均匀也是造成回波弱的一个原因。

（6）检查雷达天线外表是否有损伤。拆下雷达天线和驱动组件，检查天线波导系统、驱动组件与波导管连接处是否有积碳、灰尘和水汽，如果有这些问题应立即更换。波导系统进入灰尘、水汽，经雷达波加温形成积炭，严重影响雷达波的传输，是造成回波弱的主要原因，其主要表现是远距离气象看得见，近距离看不见。这一表现主要是由于雷达波远距离探测的波长较长，不容易受积碳等微小颗粒的影响，近距离探测波长较短，容易被积碳等微小颗粒吸收。

（7）检查波导管连接处是否结合紧密，有无错位，连接螺丝是否有松动现象。拆下波导管，检查波导管内部是否有积碳、脏物、水汽，否则应立即更换或修复。两段波导管连接有错位、波导管连接处4 个紧固螺丝力矩不一致造成波导管变形，将影响雷达波的传输失真。另外，如果波导管密封圈老化，水汽也容易进入波导系统。

（8）检查相关线路是否有严重腐蚀、短路、断路和接触不良现象。

气象雷达回波弱故障现象是机组反应最多的故障现象之一，按照以上8 个步骤逐步进行故障排查并采取相应维修措施，基本能解决此类故障现象。

3.3 气象雷达排故流程（图3）

图3 故障排除流程

当遇到气象雷达故障时，飞机维修人员可以在收发机的前面板做自检或在驾驶舱的雷达控制面板上自检，结合故障现象大多能较准确迅速地判断故障部件。目前波音737NG 飞机气象雷达大部分公司会使用2～3 种型号，当机组反应飞机故障时最好能和机组当面沟通，询问当时的使用情况。由于型号之间的差别，机组使用不当也可能造成暂时的系统显示故障，对于这一类情况可以不必采取维护措施，与机组进行说明即可。如果无法顺利排除故障，需检查冷却风扇及相关线路故障，虽然这类原因故障发生的概率较小，但不能忽视其可能性。

4 气象雷达故障的预防

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。近年来，某航波音737NG 机队共报告气象雷达故障上百起，对公司航空安全造成了很大的安全隐患，所以有必要进行预防。

4.1 气象雷达故障与气候的相关性分析

雷达系统可靠性易受到季节气候影响，在每年雨季潮湿季节，如果电子舱密封不严或雷达罩密封不严，会导致潮气入侵潮湿引起故障（图4）。

图4 潮湿故障

夏季高温干燥季节，如果散热不良也将导致气象雷达故障（图5）。

图5 高温故障

4.2 其他可能因素

（1）零件老化会导致天线驱动组件的机械部件性能衰退，如雷达罩、电子舱密封条失效和散热风扇卡阻等。

（2）运行中的振动会导致机械部件运转误差、电缆损伤、接口接触不良和机架破损。

4.3 预防措施

南方地域以防潮为主，可对气象雷达密封情况做定期检查，夏季加强维护收发机散热系统。北方地域以清洁维护收发机散热系统为主。无论南方或北方，潮湿季节都应在执行航前工作时提前进行通电测试、预热驱潮，以便提前发现处理故障，并建立清洁前电子舱任务，改善雷达收发机工作环境。

5 结论

飞机气象雷达对于飞行安全有着举足轻重的作用，本文分析了波音737NG 飞机的常见故障，并给出排故思路，同时提出相应解决方法与预防性维修方案，为飞机维修人员处理气象雷达故障提供参考。航线飞机维修人员在发现和解决故障的同时，也需要关注故障发生的原因，并进行有效预防，只有这样才能确保飞机运行时的安全。