机载气象雷达故障诊断研究

【摘要】机载气象雷达系统是人们为了防范气象风险，保证飞行安全研制的航空电子系统。文章以 RDR-4B气象雷达为研究对象，简单介绍了其工作原理及结构，重点针对天线典型故障进行排故，对常见的雷达故障进行分析总结，得到排故方法及日常勤务维护检查的要点，为从事该项维护工作的机务工作人员提供思路和方法。

【关键词】RDR-4B机载气象雷达;排故;维护;手册

引言

机载气象雷达的基本功能是探测航路上的雷暴雨、冰雹、湍流、风切变等恶劣气象区域。飞行员根据气象雷达提供的飞机前方空中危险气象区域的平面位置图像，可及时地选择安全的路径避绕各种危险的气象区域，以保障飞行安全和飞行的经济性、舒适性。

RDR-4B气象雷达是目前世界上最先进、可靠的机载气象雷达之一。掌握该系统的常见故障原因及其排除方法，对于提高飞机的维护质量，确保飞机安全大有裨益。

1.雷达原理及结构

1.1 雷达探测原理

雷达是通过发射、接收一定频率的雷达波来探测气象状况的。波束发射越远，其半径也随之增大。机载气象雷达可以探测降雨区域。其基本原理如图1所示。

图1 气象雷达基本原理

包含有较大的雨滴的空中降雨区域，能够对机载气象雷达天线所辐射的X波段电磁波产生一定程度的反射，形成降雨区域的雷达回波。对降雨区而言，雨滴的直径越大，则该雨区所产生的雷达回波越强。

当飞机在较高的高度层上飞行时，在天线的俯仰旋钮置于0波束所照射到的巡航高度层中的干性冰雹区域一般不会形成很强的雷达回波。但若此时将天线略微下俯，即可使波束照射到较低高度上已融化的冰雹及大雨区，在屏幕上方产生强烈红色图像。

图2 RDR-4B型气象雷达安装图

湍流区域是对飞行安全具有很大威胁性的气象区域之一。被湍流所夹杂的水粒在反射雷达波时，由于其急速多变的运动特性，会形成一个偏离雷达发射频率而且频谱宽度较宽的多普勒频谱，它与一般降雨区所产生的反射回波是顯著不同的。气象雷达正是根据这一特性来检测湍流。

前视风切变检测雷达检测风切变的原理与雷达检测湍流目标的原理基本相似，依据风切变区域产生的雷达回波的多普勒频率偏移来实现前视风切变检测[1]。

1.2 RDR-4B 气象雷达结构及组成

RDR-4B型气象雷达是美国联信公司于二十世纪九十年代中期研制开发的产品，不仅具有普通气象雷达对降雨、地形和湿性湍流的探测功能，还具有对低空风切变的预警能力。其主要部件有：收发机、天线、波导管及显示器（驾驶室内），如图2所示。

2.RDR-4B气象雷达典型故障排故及维护

2.1 雷达平板天线线路故障

故障现象：WXR WEAK信息显示，且雷达探测距离有明显降低。

排故流程：查阅FIM手册34章导航中的故障索引找到相符合的故障隔离程序。

图3 排故流程图

第一步，对气象雷达收发机进行自测程序，若故障信息不显示则认为此次故障为间歇性故障并做好记录以便下次参考，若故障信息显示则排故继续。现对气象雷达收发机做自测，结果显示有故障信息，则开始进行故障隔离程序。

第二步，由于随后的各项测试都要依赖于雷达收发机自测显示，所以必须首先保证雷达收发机是无故障的。因此，首先更换气象雷达收发机，完成后，按压气象雷达收发机面板上的测试电门进行测试，故障信息仍然显示。表明收发机无故障，继续排故。

第三步，根据以往维护经验，天线导致此故障的概率比较大，所以更换雷达天线，完成后进行测试，故障仍未消失，继续排故。

第四步，现在只剩下气象雷达天线驱动机构未进行故障隔离，于是更换雷达天线驱动机构，完成后，继续测试，故障仍然存在，所以故障很可能出在线路上，继续排故。

第五步，为定位线路故障，首先拆卸气象雷达收发机和天线驱动器。查阅WDM手册得知，故障可能出现在气象雷达收发器连接端（D189B）和天线驱动机构连接端（D119）之间的线路上。用专用仪表进行线路测试，发现有线路存在断路现象，于是根据SWPM手册要求更换导线，然后将气象雷达收发机与气象雷达天线驱动机构按手册要求安装，并在气象雷达收发机前面板进行测试，显示“雷达正常”信息，故障消失，排故结束 [2-3]。

综上所述，排故流程如图3所示。

排故过程中多次需要换件，拆卸与安装步骤必须严格按照AMM手册程序要求进行，且机务人员应注意排查装机可用件的可靠性，不要受定势思维的影响。针对可用件可靠性问题的判断，常用的方法是查看部件的维修履历本，查阅修理报告，有无升级改装过，若有，则查阅同型号可用件装机后的工作表现，通过对比得出正确的结论，还要尽量避免把因同样故障现象而导致上一次送修的部件再次装机。在维修工作中，可用件故障是小概率事件，但往往可能因为忽视了这一点，把简单的故障演变成疑难故障。

2.2 机载气象雷达常规维护

雷达维护中的注意事项：

（1）散热问题。如显示器散热不好会导致超温，从而导致图像丢失。雷达图像在CRT显示的图像中属于背景色，需要大面积着色，对显示器的发热影响很大，当显示器温度达到大约80℃后就会切断气象雷达的显示。影响其通风散热的原因主要是后部的滤纸堵塞。在737系列飞机上，如果电子舱通风的抽气和排气扇均放于超控位，也会影响到CRT的散热从而切断雷达图像的显示。

（2）环境的影响。例如，雨水进入波导管可能会导致波导管烧毁。平板天线均采用缝隙天线阵，每一个缝隙作为一个半波对称振子，水的存在会改变天线的介电常数，使得每一个缝隙的等效长度不再为一个半波振子，导致在天线法线方向上得不到最大辐射电场。天线接收到的目标反射波能量也就很小，导致雷达接收机处理信号后误认为前方雷雨或天线故障。因此，在日常维护中要特别注意雷达罩密封条有无破损。

（3）防磁。工作中应注意避免影响雷达收发组的磁性，防止其它元件被磁化。

（4）电磁辐射。维护、使用雷达时要特别注意天线及发射机的电磁辐射，微波波束会伤害人体的健康，还容易引起易燃蒸气的燃烧。

3.总结

文章以RDR-4B气象雷达故障排除及维护经验为例，可以得出以下几点经验：

（1）熟练掌握飞机维护手册使用，加上丰富的排故经验会使机务维修人员在排故过程中少走弯路，当然也不能因为经验落入思维定势的“怪圈”;

（2）扎实的理论知识在飞机排故过程中非常重要，对系统工作原理的充分掌握和理解，有助于机务维修人员找到排故的捷径;

（3）细节决定成败，机务维修工作需要谨小慎微，不放过每一个小细节;

（4）细致规范的维护工作是减少故障的保障。

总之，主观能动性及对相关系统、相关理论知识的准确把握是排除故障的重要基础，机务人员只有充分理解飞机系统工作原理、不断积累排故经验，才可以提高飞行安全系数，节约维护成本，提高经济效益。

参考文献

[1]何小薇，许亚军.航空电子设备（第二版）[M].成都：西南交通大学出版社，2004.

[2]波音737飞机维护手册[M].美国：波音飞机公司，AMM34章.

[3]波音737飞机故障隔离手册[M].美国：波音飞机公司，FIM34章.

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