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降低波音737-300机队无线电高度系统故障率偏高的解决方案 作者：丁磊 Schemeto Reduce Fault Rate of BENDIX LRRA on B737-300 Fleet 针对波音737-300飞机无线电高度收发机故障率高的共性，提出改进该收发机外围工作环境的解决方案。该方案在东航云南公司的波音737-300机队推广运用后，取得良好的效果。
在对东航云南公司波音737-300机队航线维护中,机组经常反映低范围无线电高度表（LRRA） 指示不稳定、时好时坏、空中乱指、显示闪动、出现"RA (无线电高度)"故障旗、左右高度指示不一致等情况。收发机(R/T)的更换率始终居高不下,严重影响波音737-300机队的飞行安全和航班正点率。经过深入的调查研究，最终提出相应的解决方案并在波音737-300机队航线维护中取得了良好效果。
调查研究
东航云南公司波音737-300机队有9架选装了本迪克斯公司件号为2067631-5154的R/T,4架飞机安装霍尼韦尔的R/T，且两种R/T之间不能互换。而空中LRRA故障绝大多数是本迪克斯公司的R/T,相比较可靠性较差,采用非常数差频脉冲记数技术,属于老式测高技术,设计上存在缺陷,所以可靠性相对较差,而622-3890-02x的R/T采用较为先进的常数差频调频技术,可靠性相对较高。
故障较为频繁的R/T又集中在某几台序号的机器上,有的送修达21次之多。空中反映LRRA故障,而地面测试又正常，导致判断故障的不确定性,致使一架飞机同一故障多次反映,另一方面某几台故障率较高的R/T短期内的反复更换、装机再更换的恶性循环致使波音737-300机队中选装本迪克斯R/T飞机的LRRA故障率始终居高不下，例如，B2589飞机安装序号7353的R/T,从2004年8月至11月期间机组先后4次反映空中"RA"故障旗出现。经厂家对R/T进行检修通电测试未发现任何问题,未做任何修理。由此可见，对机组反映R/T故障而且特别是反映RA指示不稳定时好时坏、空中乱指、显示闪动等不稳定故障时,R/T本身不一定存在问题，而是本迪克斯件号为2067631-5154本身的设计原理及设计缺陷所造成的。
LRRA在波音737-300飞机上的应用、设计原理及缺陷
1. LRRA在飞机上的应用
LRRA在波音737-300飞机上主要向FCC、EFIS、A/T、EGPWS、TCAS、Y/D提供信号。LRRA在起飞过程中要向机组提供400英尺HDG SEL(航向选择)衔接和1000英尺MCP板调速210 KNOT的目视参考等,但LRRA最主要的作用是参与飞机进近着陆时自动驾驶(A/P)、飞行指引(F/D)的制导计算并向机组提供目视着陆高度基准，如平飘高度等,所以LRRA-R/T可称为外环路(DFCSOUTER LOOP) 制导计算传感器或自动着陆传感器,任意一部LRRA的失效将导致A/P倾斜通道和俯仰通道进近(APP)、航向道(LOC)工作方式的断开和两边F/D在APP、LOC工作方式时飞行指引的飞掉,导致飞机不能完成正常的仪表着陆或自动着陆,特别在恶劣的天气条件下将严重影响飞行安全。
2. LRRA设计原理
考虑到LRRA 的-10到2500英尺的低测高范围,对其设计时并未使用精度较高的脉冲调制测高设计原理,因为即使在0.05微秒的脉冲宽度下,最小测高高度也不会小于7.5米,所以LRRA使用等幅调频连续波(FMCW)原理进行无线电小高度测量, 最小测高高度为0.5~1.5米。因为无线电小高度测量,所以LRRA工作频率需在4200MHz到4400MHz的微波频段上,可使用设计原理相对落后的普通等幅频率调制或技术上较为先进的常数差频调频连续波方式进行无线电小高度测量，并且都是利用发射信号频率和接收信号频率差频计算飞机的高度。
（1）普通等幅频率调制方式
发射信号使用普通正玄或余玄谐波信号进行频率调制，接收机带状传输线平衡混频器与发射机耦合采样信号混频产生差频，差频经宽带放大器、限幅器、脉冲计数器处理后提供与平均差拍频率相应的直流电压作为测量到的无线电高度。
测高原理公式：Fh=8·△fc·Fm·H/C（Fh：差拍频率；△fc：频偏；Fm调制频率；H： 测量高度；C：无线电波传播速度）。
测高范围：H=2HKP-λｍ/4*9穴ＨＫＰ：临界高度，调制周期内增加一个脉冲计数需改变的高度；λｍ： 频率调制信号波长*9雪。
（2）常数差频调频连续波方式
发射信号使用三角波信号进行频率调制，接收机带状传输线平衡混频器与发射机耦合采样信号混频产生差频，差频经窄带放大器（因为保持混频产生的差频不变，所以可使用窄带放大器从而改善接收机灵敏度及高度增益控制。）、鉴频器、环路控制器，其中鉴频器将差拍频率与基准频率比较产生误差信号，送到环路控制器，环路控制器根据鉴频器产生的误差信号改变发射信号的调制频率或频偏，使得差拍频率始终能跟踪基准频率，跟踪过程的环路控制信号就代表飞机高度。
测高原理公式：Fh=8·△fc·Fm·H/C
测高范围：H=0-λｍ/4
（3）本迪克斯2067631-5154的R/T测高原理
通过分析本迪克斯2067631-5154的R/T测高原理，发现虽然该机器采用三角波信号进行频率调制，但未采用环路控制改变发射信号调制频率或频偏的等差频窄带技术，而是采用典型的直接对差拍频率进行脉冲计数产生直流电压的宽带技术，所以应属于普通等幅频率调制方式，设计上存在一定的技术缺陷。
3. 影响调频小高度表性能的因素
（1）系统原理设计和设备质量
普通等幅调频小高度表的设计缺陷为：一是使用宽带放大器会影响接收机灵敏度；二是宽带放大器的频率特性对补偿反射信号随高度变化产生的信号强弱变化，难以实现匹配和满足动态要求；三是差拍信号的宽带性，需要在一个很宽的频率范围内获得稳定的鉴频特性，技术上难以办到。
（2）设备外围工作环境
对普通等幅调频或常数差频小高度表都要求具有良好的外围工作环境，但对于飞机特殊的测高安装位置要求恰恰又使它们处于相对较差的测高环境当中。
● 呈喇叭状的微波波导天线虽然具有较强的向下发射的方向性图，但是难免会有发射信号泄漏到接收机,所以需要严格保障天线屏蔽垫圈的完好性，保证垫圈无皱褶和生锈腐蚀；同时要求保证安装天线时定位销安装位置的准确性；
● 波导天线的安装位置处于机身腹部，机身两侧雨水顺机身流下后容易在天线周围堆积，另外当飞机从较低温度的高空返回相对温度较高的低空或地面时，飞机上高空冷凝的水气又容易蒸发，使天线周围的工作环境处于潮湿状态；
● 低范围测高的微波工作频段对波导与传输电缆的的阻抗匹配要求更高，微波波导和传输电缆更容易在潮湿的工作环境下产生特性阻抗的匹配失谐，从而影响发射机信号的传输功率，并且影响R/T工作的稳定性及测量精度，所以应严格保证馈线电缆头接触良好，无锈蚀、松动和水分。
● R/T电子架天线电缆插座的安装采用弹簧加载紧固后再使用挡片固定，由于安装R/T时的多次插拔或振动，会使得收发天线插座向后退缩，造成机器安装时接触不良，信号不稳定。
● 飞机的俯仰、倾斜以及发射信号的多路径反射、散射也都会影响测高的精度，特别对普通调频小高度表影响较大。
解决方案
（1）拆下天线并使用干净棉布清洁天线表面，使用AV8防腐剂对天线进行严格防腐处理(仅做天线机身内部部分的防腐，天线表面禁止喷涂防腐漆)。
（2）对天线和机身结合面进行清洁和防腐处理。
（3）使用BMS3-24油脂对天线耦合电缆接头和天线电缆接头进行涂层相对较厚的密封处理。
（4）严格检查天线屏蔽封圈的完好情况，视情更换。
（5）安装天线时确保定位销安装位置的准确性。
（6）安装天线时确保天线与机身的良好接触，要求阻值小于1毫欧，保证天线静电良好的放电回路。
（7）最后安装天线时使用较厚的BMS5-95气动密封胶密封天线四周。
（8）检查并要求上紧收发机收发天线电缆弹簧加载插座。
以上解决方案充分保证了LRRA-R/T具有良好的外部工作环境。
实际应用
应用此解决方案先后对B2958和B2985飞机第二部LRRA的工作环境进行彻底整治，并于2005年5月12日将短期内连续反映三次故障但送修时又没有发现任何问题的本迪克斯P/N:2067631-5154 S/N:3780的LRRA-R/T第四次装于B2958的第二部LRRA位置，并将故障率也较高的S/N:7199的LRRA-R/T装于B2985的第二部LRRA位置，进行对LRRA工作环境整治后的效果测试。两台设备工作数月，机组反映良好，甚至从未反映过类似R/A指示不稳定、时好时坏、空中乱指、显示闪动等不稳定故障。经过实践证明，该解决方案对降低波音737-300机队本迪克斯无线电高度收发机故障率偏高的问题行之有效，证实随着设备的老化，设计原理相对落后的本迪克斯P/N:2067631-5154相对于技术上较为先进的霍尼韦尔P/N:622-3890-02x的R/T需要更为良好的工作环境才能保证更好的稳定的工作，同时也证实霍尼韦尔等修理公司的判断是正确的，即送修的R/T并不存在故障。除解决好LRRA-R/T具有良好的外部工作环境外，对于R/A指示不稳定时好时坏、空中乱指、显示闪动等可能是测高信号较弱的故障,因为本迪克斯R/T机器面板无天线故障失效灯，所以维护人员还要注意检查天线及电缆接头的完好性、电缆接头有无松脱，天线及接头有无腐蚀等，避免无谓的更换R/T送修，节约维成本。
至此该解决方案已在整个东航云南公司波音737-300机队的无线电高度收发机外围工作环境整治中推广应用，波音737-300机队LRRA的故障率由原来平均每月8次左右降为正常的2次左右，而且严格控制了对R/T的误更换，彻底解决了波音737-300机队无线电高度系统故障率偏高的问题。 |
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发表于 2009-12-1 14:48:37
