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摘要：对波音787飞机WXR2100气象雷达系统日常出现的故障进行了介绍，并针对每种故障进行了分析和总结，提出了建议维护措施，可供该雷达系统的日常排故和维护参考。
关键词：气象雷达；WXR2100；维护；排故
Keywords：weather radar；WXR2100；maintenance；troubleshooting
机载气象雷达系统用于在飞行中实时探测飞机前方航路上的危险气象区域，以供机组选择安全的回避航路，保障飞行安全。当雷达故障时，驾驶舱内显示的气象信息出现丢失或错误，会影响机组对航路上天气状况的判断，导致飞行路线偏移，甚至出现雷击事件。
1 WXR2100雷达系统介绍
WXR2100采用MultiScan技术，用两个不同俯仰角度的雷达波束扫描并收集飞机前方的所有地面和气象信息，信息被存储在临时缓存中，然后用一个内部地形数据表画出飞机前方地面的地表曲线，通过回波功率比对的方式区分地面杂波和天气回波，从而使雷达能探测到距离飞机机头320nm之内的天气状况。
南航波音787飞机装有两套WXR2100雷达系统（见图1），主要部件包括综合监控系统处理组件ISSPU（WXR板卡）、雷达收发机RTM、雷达天线驱动组件DRV、雷达控制面板和天线。其中，DRV和天线由两套雷达系统共用。
2 故障现象及分析
根据机组反映，波音787飞机经常出现的EICAS信息有Weather Radar SYS、Weather Radar SYS L/R、WINDSHEAR SYS、WINDSHEAR PREDICTIVE等，另外，当机组选择左右两侧不同的雷达系统时，显示的气象信息颜色会有不一致现象。
从现有数据来看，可将目前出现的雷达故障现象分为以下三类。
2.1 雷达故障并显示状态信息
当空中或地面出现雷达状态信息后，可以在CMCF中找到相应的维护代码，并根据FIM手册进行排故。目前出现较多的维护代码有两种。
1）Maintenance Message 34-60111
具体的排故措施包括：
a. 测试。
b. 若左右双侧雷达故障，则更换驱动组件。
c. 若左/右单侧雷达故障，则清洁或修理ISSPU的光纤销钉，并视情更换ISSPU；清洁或修理收发机的光纤销钉；更换收发机；更换驱动组件。
2）Maintenance Message 34-60121/ 34-60122
具体的排故措施包括：a. 测试。
b. 检查收发组件的电压。
c. 检查收发机线路，并视情更换ISSPU。
d. 清洁或修理收发机的光纤销钉。
e. 清洁或修理ISSPU的光纤销钉。
f. 更换收发机。
g. 检查光纤连接。
h. 更换ISSPU。
在以上排故过程中，会视情对ISSPU、收发机、驱动组件進行拆换。但从实际修理结果来看，大多数拆下的ISSPU是NFF件，拆下的收发机中50%是内部板卡故障，拆下的驱动组件中75%是编码器故障。因此，对于驱动组件，波音及厂家曾发布技术通告进行件号升级，其改装包括对编码器的改进。目前看来，改装后的编码器仍有缺陷，控制俯仰的编码器可靠性较差，无法承受飞机运行环境。对于收发机，其内部的A3板存在潜在焊接问题（如图2中的箭头所指），随着使用时间的增加，电子器件容易与电路板脱开，出现虚焊，导致收发机故障。
以上两种排故措施都涉及光纤销钉的清洁，而且拆下的大部分收发机和ISSPU都存在光纤销钉受污或破损的情况，如图3所示。
从图3可以看出，光纤的不同区域会出现不同程度的损坏，A区域中有多处长度大于5μm的磨损（蓝色点状），且磨损面积超过了A区域面积的5%，B、D区域也出现磨损（蓝色点状）和划痕（黑色点状）。根据AMM手册，上述情况已超出可接受范围（见表1），必须进行清洁或修理。
光纤问题虽不是部件故障的主要原因，但是随着使用时间的增加，光纤磨损会逐渐累积，从而造成部件之间的连接不稳定，导致雷达系统出现虚假/瞬时故障信息，降低雷达系统的可靠性。
从图4可以看出，清洁/修理后光纤的情况良好。因此，当对雷达进行排故或者部件拆换时，可适当对光纤进行清洁，能有效减少不必要的拆换。
2.2 左右雷达显示不一致
有时飞机在空中左侧雷达显示图像与右侧雷达显示的不一致。据机组反映，当飞机一直使用左侧雷达时，雷达显示的天气情况比目视更为严重，这时如果切换到右侧雷达，其显示会缓和很多，很多极端天气信息也会消失。图5中左侧雷达十点钟方向出现了带有威胁性的红色雷达天气，且飞机附近会显示若干小部分黄色区域，若此时切换至右雷达，危险的红色天气及若干黄色天气却从显示器上消失。
这是因为在雷达系统中采用了基于温度的自动增益补偿技术来自动控制增益并帮助预防从雷暴顶部穿越。雷暴顶部主要由冰晶组成，这些冰晶对雷达波束的反射性非常差，容易导致机组误穿雷暴顶部发生危险。随着高度上升，外界空气温度下降，该技术可使雷达自动提高增益以提高对弱反射性的雷暴顶部的探测，这样就将雷暴的弱反射高度（雷达顶）升高，使雷达能够探测到雷暴单体的更多顶部区域，从而防止出现误穿越雷暴单体顶部。因此，在所有飞行阶段都推荐机组对雷达采用AUTO模式+CAL增益（见图6）。 但是，此技术存在以下问题：
1）雷达开启后，自动增益补偿技术需要根据温度等外部条件将增益从默认值调整至目标值，这个过程一般需要几分钟或更长时间。若机组一直使用的是左侧雷达，突然转换至右雷达后（同样是AUTO模式+CAL增益），其增益会恢复至默认值，雷达的显示变得缓和，几分钟后右雷达增益才会提高到目标值。
2）随着时间累计，增益会逐渐增大到超过期望值，使显示的天气变得严重，从而导致不必要的绕飞。
以上原因导致机组反映左右雷达显示不一致。根据调查，左右雷达切换后显示不一致只是增益调整时间的问题，并不是设备故障。
当机组反映左右雷达不一致时，一般不会有状态信息及维护代码，需要根据AMM对雷达系统进行操作测试，再根据测试产生的维护代码进行排故。
波音公司曾发布《FTD：787-FTD-34-18005》对此问题进行说明，指出是由于系统基于温度的过增益导致天气显示严重，这也证实左右雷达显示不一致与系统硬件无关。
2.3 无效故障信息
目前出现的雷达故障中，若通过测试可以去除，则可认为是无效故障信息。
3 相关信息
目前，全球范围内普遍存在因雷达收发机A3板及驱动组件编码器缺陷导致的故障，厂家已针对收发机A3板发布了相关服务通告RTM-2100-34-8进行改装，改装效果还需验证。
另外，波音公司将发布《SB：B787-81205-SB340045》升级ISS软件，解决雷达过增益及无效故障信息问题。
4 维护建议
1）当雷达系统出现状态信息和维护代码时，应严格按照排故手册进行排故。
2）在有工具的条件下对飞机的ISSPU或收发机进行更换时，需对飞机端插头的光纤进行检查并清洁；对飞机的ISSPU或收发机进行串件时，需对飞机端和设备端插头的光纤进行检查并清洁。
3）當机组反映左右雷达显示不一致时，应根据AMM手册对雷达系统进行操作测试，不建议对ISSPU进行预防性更换。
4）机组飞行时，在雷达系统一切正常的情况下，出于安全角度考虑，建议机组以使用较长时间一侧的雷达显示为准。
5）当外站按照FIM手册排故（测试未通过）但没有相关光纤工具时，若当前维护代码是34-60111，建议重点关注驱动组件状态，若当前维护代码是34-60121/34-60122，建议重点关注收发机状态。
5 结束语
波音787飞机电子系统集成化较高，雷达系统组件较多。本文以航空公司现有的故障为例对故障进行了分类及分析，可以帮助机务工作者快速判断故障类型，定位故障部件并排故。
参考文献
[1] COLLINS. MultiScanTM（V1）和MultiScanThreatTrackTM雷达 [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.
作者简介
何侃，资深工程师，从事工程技术管理工作。
张敦煜，资深工程师，从事工程技术管理工作。
关键词：气象雷达；WXR2100；维护；排故
Keywords：weather radar；WXR2100；maintenance；troubleshooting
机载气象雷达系统用于在飞行中实时探测飞机前方航路上的危险气象区域，以供机组选择安全的回避航路，保障飞行安全。当雷达故障时，驾驶舱内显示的气象信息出现丢失或错误，会影响机组对航路上天气状况的判断，导致飞行路线偏移，甚至出现雷击事件。
1 WXR2100雷达系统介绍
WXR2100采用MultiScan技术，用两个不同俯仰角度的雷达波束扫描并收集飞机前方的所有地面和气象信息，信息被存储在临时缓存中，然后用一个内部地形数据表画出飞机前方地面的地表曲线，通过回波功率比对的方式区分地面杂波和天气回波，从而使雷达能探测到距离飞机机头320nm之内的天气状况。
南航波音787飞机装有两套WXR2100雷达系统（见图1），主要部件包括综合监控系统处理组件ISSPU（WXR板卡）、雷达收发机RTM、雷达天线驱动组件DRV、雷达控制面板和天线。其中，DRV和天线由两套雷达系统共用。
2 故障现象及分析
根据机组反映，波音787飞机经常出现的EICAS信息有Weather Radar SYS、Weather Radar SYS L/R、WINDSHEAR SYS、WINDSHEAR PREDICTIVE等，另外，当机组选择左右两侧不同的雷达系统时，显示的气象信息颜色会有不一致现象。
从现有数据来看，可将目前出现的雷达故障现象分为以下三类。
2.1 雷达故障并显示状态信息
当空中或地面出现雷达状态信息后，可以在CMCF中找到相应的维护代码，并根据FIM手册进行排故。目前出现较多的维护代码有两种。
1）Maintenance Message 34-60111
具体的排故措施包括：
a. 测试。
b. 若左右双侧雷达故障，则更换驱动组件。
c. 若左/右单侧雷达故障，则清洁或修理ISSPU的光纤销钉，并视情更换ISSPU；清洁或修理收发机的光纤销钉；更换收发机；更换驱动组件。
2）Maintenance Message 34-60121/ 34-60122
具体的排故措施包括：a. 测试。
b. 检查收发组件的电压。
c. 检查收发机线路，并视情更换ISSPU。
d. 清洁或修理收发机的光纤销钉。
e. 清洁或修理ISSPU的光纤销钉。
f. 更换收发机。
g. 检查光纤连接。
h. 更换ISSPU。
在以上排故过程中，会视情对ISSPU、收发机、驱动组件進行拆换。但从实际修理结果来看，大多数拆下的ISSPU是NFF件，拆下的收发机中50%是内部板卡故障，拆下的驱动组件中75%是编码器故障。因此，对于驱动组件，波音及厂家曾发布技术通告进行件号升级，其改装包括对编码器的改进。目前看来，改装后的编码器仍有缺陷，控制俯仰的编码器可靠性较差，无法承受飞机运行环境。对于收发机，其内部的A3板存在潜在焊接问题（如图2中的箭头所指），随着使用时间的增加，电子器件容易与电路板脱开，出现虚焊，导致收发机故障。
以上两种排故措施都涉及光纤销钉的清洁，而且拆下的大部分收发机和ISSPU都存在光纤销钉受污或破损的情况，如图3所示。
从图3可以看出，光纤的不同区域会出现不同程度的损坏，A区域中有多处长度大于5μm的磨损（蓝色点状），且磨损面积超过了A区域面积的5%，B、D区域也出现磨损（蓝色点状）和划痕（黑色点状）。根据AMM手册，上述情况已超出可接受范围（见表1），必须进行清洁或修理。
光纤问题虽不是部件故障的主要原因，但是随着使用时间的增加，光纤磨损会逐渐累积，从而造成部件之间的连接不稳定，导致雷达系统出现虚假/瞬时故障信息，降低雷达系统的可靠性。
从图4可以看出，清洁/修理后光纤的情况良好。因此，当对雷达进行排故或者部件拆换时，可适当对光纤进行清洁，能有效减少不必要的拆换。
2.2 左右雷达显示不一致
有时飞机在空中左侧雷达显示图像与右侧雷达显示的不一致。据机组反映，当飞机一直使用左侧雷达时，雷达显示的天气情况比目视更为严重，这时如果切换到右侧雷达，其显示会缓和很多，很多极端天气信息也会消失。图5中左侧雷达十点钟方向出现了带有威胁性的红色雷达天气，且飞机附近会显示若干小部分黄色区域，若此时切换至右雷达，危险的红色天气及若干黄色天气却从显示器上消失。
这是因为在雷达系统中采用了基于温度的自动增益补偿技术来自动控制增益并帮助预防从雷暴顶部穿越。雷暴顶部主要由冰晶组成，这些冰晶对雷达波束的反射性非常差，容易导致机组误穿雷暴顶部发生危险。随着高度上升，外界空气温度下降，该技术可使雷达自动提高增益以提高对弱反射性的雷暴顶部的探测，这样就将雷暴的弱反射高度（雷达顶）升高，使雷达能够探测到雷暴单体的更多顶部区域，从而防止出现误穿越雷暴单体顶部。因此，在所有飞行阶段都推荐机组对雷达采用AUTO模式+CAL增益（见图6）。 但是，此技术存在以下问题：
1）雷达开启后，自动增益补偿技术需要根据温度等外部条件将增益从默认值调整至目标值，这个过程一般需要几分钟或更长时间。若机组一直使用的是左侧雷达，突然转换至右雷达后（同样是AUTO模式+CAL增益），其增益会恢复至默认值，雷达的显示变得缓和，几分钟后右雷达增益才会提高到目标值。
2）随着时间累计，增益会逐渐增大到超过期望值，使显示的天气变得严重，从而导致不必要的绕飞。
以上原因导致机组反映左右雷达显示不一致。根据调查，左右雷达切换后显示不一致只是增益调整时间的问题，并不是设备故障。
当机组反映左右雷达不一致时，一般不会有状态信息及维护代码，需要根据AMM对雷达系统进行操作测试，再根据测试产生的维护代码进行排故。
波音公司曾发布《FTD：787-FTD-34-18005》对此问题进行说明，指出是由于系统基于温度的过增益导致天气显示严重，这也证实左右雷达显示不一致与系统硬件无关。
2.3 无效故障信息
目前出现的雷达故障中，若通过测试可以去除，则可认为是无效故障信息。
3 相关信息
目前，全球范围内普遍存在因雷达收发机A3板及驱动组件编码器缺陷导致的故障，厂家已针对收发机A3板发布了相关服务通告RTM-2100-34-8进行改装，改装效果还需验证。
另外，波音公司将发布《SB：B787-81205-SB340045》升级ISS软件，解决雷达过增益及无效故障信息问题。
4 维护建议
1）当雷达系统出现状态信息和维护代码时，应严格按照排故手册进行排故。
2）在有工具的条件下对飞机的ISSPU或收发机进行更换时，需对飞机端插头的光纤进行检查并清洁；对飞机的ISSPU或收发机进行串件时，需对飞机端和设备端插头的光纤进行检查并清洁。
3）當机组反映左右雷达显示不一致时，应根据AMM手册对雷达系统进行操作测试，不建议对ISSPU进行预防性更换。
4）机组飞行时，在雷达系统一切正常的情况下，出于安全角度考虑，建议机组以使用较长时间一侧的雷达显示为准。
5）当外站按照FIM手册排故（测试未通过）但没有相关光纤工具时，若当前维护代码是34-60111，建议重点关注驱动组件状态，若当前维护代码是34-60121/34-60122，建议重点关注收发机状态。
5 结束语
波音787飞机电子系统集成化较高，雷达系统组件较多。本文以航空公司现有的故障为例对故障进行了分类及分析，可以帮助机务工作者快速判断故障类型，定位故障部件并排故。
参考文献
[1] COLLINS. MultiScanTM（V1）和MultiScanThreatTrackTM雷达 [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.
作者简介
何侃，资深工程师，从事工程技术管理工作。
张敦煜，资深工程师，从事工程技术管理工作。