机载气象雷达电磁辐射问题分析.docx

机载气象雷达电磁辐射问题分析Analysis of Electromagnetic Radiation about Airborne Weather Radar 万晓云/南航深圳分公司飞机维修厂摘要：机载气象雷达工作时具有一定的电磁辐射能力，本文针对气象雷达的工作特点、发射条件、扫掠模式、辐射范围和危险区域等问题进行深入分析，并提出维修时工作人员自我防护的建议。关键词：气象雷达；电磁辐射Keywords：weather radar；electromagnetic radiation0 引言机载气象雷达是飞机上重要的气象探测设备，系统工作时天线发射很高频 率的电磁波，具有一定的电磁辐射能力。 由于担心受到雷达的电磁辐射，维修人 员尤其是接机人员的工作情绪常会因机 上雷达未关而受到影响。全面了解雷达的发射条件与扫掠模 式，知晓雷达的辐射范围与危险区域， 对于正确认识机载气象雷达电磁辐射， 避免不必要的心理恐慌具有积极意义。峰值功率只有一百多瓦，电磁辐射也随之大为减小。条件时，雷达工作在气象 / 风切变扫掠模式。对于气象或气象 / 风切变扫掠，天 线左右扫掠范围为 90，而对于风切 变扫掠，扫掠范围只有 45左右。不 管是何种扫掠，天线波束在所有扫掠方 位上始终与水平面保持控制面板设定的 俯仰角度。为避免地面雷达意外工作，机组检 查单要求飞机起飞时才将风切变电门置 AUTO 位，一旦飞机落地，应及时将雷 达电门与风切变电门置 OFF 位。2 雷达发射条件与扫掠模式目前，机载气象雷达控制面板上普遍安装了两个开关电门，即雷达电门和 风切变电门，两个电门相互独立，能各 自控制雷达的发射工作。雷达工作时， 天线左右来回扫掠，扫掠有多种模式， 取决于雷达控制面板上这两个电门的位 置和一些触发条件。1） 当 雷 达 电 门 置 ON 位、 风 切 变 电门置 OFF 位时，雷达工作在气象扫掠 模式。2）当雷达电门置 OFF 位、风切变 电 门 置 AUTO 位， 满 足 一 定 的 触 发 条 件时，雷达工作在风切变扫掠模式。对 于 霍 尼 韦 尔 RDR-4B 雷 达， 触 发 条 件 为 Qa、Qb 离 散 信 号 均 有 效，Qa 信 号 指 ATC/TCAS 控 制 面 板 接 通 在 ON 或 AUTO 位，Qb 信号来自发动机低滑油压 力传感器，发动机起动后信号有效 ；而 对于柯林斯 WXR-2100 雷达，触发条件 为 Qb 与 Qc 信号有效，或 Qb 与 Qd 信号 有效，Qc 数字信号要求飞机地速超过 30 节，Qd 数字信号要求飞机纵向加速度大 于 0.07g 且至少持续 0.5 秒。3） 当 雷 达 电 门 置 ON 位、 风 切 变 电门置 AUTO 位，满足风切变使能触发1 机载气象雷达基本情况机载气象雷达主要用于探测航路上含水气象目标，如降雨、湿性湍流和风 切变等，系统由收发机、控制面板、天 线、天线驱动组件、波导管、波导开关 及雷达罩等部件组成。雷达工作在脉冲 方 式， 发 射 频 率 为 9.3GHz 左 右， 在 超 高频（SHF）波段，又属微波中的 X 波段， 波长为厘米级。老式气象雷达使用磁控管和抛物面 天 线， 发 射 功 率 达 上 千 瓦， 辐 射 较 强。 而现代气象雷达普遍采用频率合成技术 和平板缝隙天线，天线发射圆锥形波束， 波束的主瓣很窄，主瓣宽度一般在 3 5之间，天线发射 的能量主要集中 在主瓣宽度内，由于天线的方向性强、 增益大，使得雷达发射功率大大降低，3 雷达辐射盲区飞机在地面上，如果雷达工作时，飞机前方存在一定范围的辐射盲区，即 人员站在飞机前方某些位置处将不会被 天线波束的主瓣照射到。忽略地面反射 影响，对雷达盲区的求解过程如下。图 1 为地面雷达辐射示意图，其中 h 为天线高度，L 为目标到天线距离， 为天线波束垂直面内主瓣宽度， 为天 线俯仰角（设上仰为正、下俯为负，选 择范围 15 15）。那么，距离天线 L 处雷达辐射的高 度范围从 Hmin 到 Hmax，其中，H min = h Ltan ( ) （1）2 Hmax = h +Ltan ( + )2（2）航空维修与工程40AVIATION MAINTENANCE & ENGINEERING2013/1平均能量密度应不大于 10mW/cm2，该数据已被世界许多工业组织接受，并成 为人体耐受雷达辐射的标准。4.1 安全距离根据 AC 20-68B 附录 1，雷达辐射 安全距离的确定需计算并比较 Rs、Ri 两 个数值，取其中较大的值作为安全距离。 Ri 为天线到近场区 / 远场区交叉点的距HmaxHminhL图 1 地面雷达辐射示意图2离，Ri = G/ 8 ；Rs 为天线到 10 mW/cm能 量 密 度 处 的 距 离，Rs GP/400。HhH其 中，G 为 天 线 增 益 ； 为 雷 达 波 长，单位 m ；P 为发射平均功率，单位 W ；Ri 、Rs 单位均为 m。以 霍 尼 韦 尔 RDR-4B 雷 达 为 例，该 雷 达 的 工 作 频 率 为 9.345GHz， 峰 值 功率为 125W，平均功率为 600mW，天 线 尺 寸 为 30in， 增 益 为 35db， 计 算 可L1L2处于雷达辐射盲区。飞机停稳后，距离机头 6m 内的维修人员则不会受到雷达图 2 雷达辐射盲区辐射。如果天线俯仰设置在 1.75 或以上时，天线波束主瓣的下沿已平行地面 或上翘，地面人员在任何距离处均不会 被雷达波束主瓣照射到。假 设 地 面 目 标 高 度 为 H， 当 HminH 或 Hmax H （3）2h + Ltan ( + ) 0得 Ri= G / 8=4m，Rs=GP/400 =1.2m。所以安全距离取 Ri 值，即 4 米。4.2 危险区域空 客 飞 机 维 修 手 册（AMM） 的 雷 达操作测试程序要求 2，雷达发射时严 禁地面人员位于机头两侧 135、距离天 线 5m 的范围内，这个范围即是雷达辐 射的危险区域，如图 3 所示。对比以上 安全距离数据与雷达扫掠角度，空客规 定的危险区域范围更广，对人员保护要 求更高。对于工作人员误入雷达辐射危险区 域，空客公司表示如果时间很短应不会 感觉到身体上的任何不适，但是否已对 身体造成伤害，则需由专业医生来诊断。（4）24 雷达辐射危险区域以上两个不等式分别对应两个距离临界值 L1、L2 ：1FAA 在 1980 年颁发的 AC 20-68B中提到，人体接受气象雷达电磁辐射的h HL1 =tan ( )表 1不同 角对应的 L 、L 值2hH 15 = 1 22h=H 152 h15 = L2 =2tan ( + )2当 距 离 天 线 L L2 时， 目标不会被天线波束的主瓣照射到，这些 区域即为雷达辐射盲区，如图 2 所示。当 h、H、 为定值时，L1 f 1 ()，L2 f 2 ()。以 安 装 霍 尼 韦 尔 RDR-4B 雷 达 的 A320 飞 机 为 例， 飞 机 满 载 时 天 线 高 度 h=3m，雷达波束主瓣宽度 =3.5，设目 标高度 H=1.75m，则可计算不同 角对 应的 L1、L2 值，如表 1 所示。假设飞机落地后雷达未关，如果此时雷达天线俯仰设置为 -10，根据表 1数据，距离天线 21m 外的接机人员始终5 维修建议工作人员在地面一旦发现机组未关雷达，需根据雷达电门与风切变电门位 置、天线俯仰角度等情况来确定雷达的 扫掠模式与辐射范围，结合自身地面活 动轨迹判断是否受到雷达辐射。为 避 免 维 修 中 可 能 受 到 的 雷 达 辐 射，提示并强调如下。1）接机后工作者应尽快进入驾驶航空维修与工程41AVIATION MAINTENANCE & ENGINEERING2013/1天线俯仰角 （）L1（m）L2（m）-154.213-144.414-134.715-125.117-115.518-10621-96.624-87.327-78.133-69.240-51153-41276-315137-219688-126N/A041N/A195N/A2 15N/AN/A维 修 MAINTENANCE波音飞机和空客飞机金属结构修理基本原则对比分析和研究Comparison of Structure Repair Guideline on Boeing and Airbus Aircraft 栗明勇/山东太古飞机工程有限公司摘要：虽然波音飞机和空客飞机结构修理的基本方法大同小异，但在细节问题上仍然有所区别，本文对这些区别进行了对比、分析和研究，总结了两大机型结构修理的异同，有利于提高结构修理的效率， 并为相关维护人员的培训提供借鉴。关键词：波音飞机；空客飞机；结构修理；基本原则；对比Keywords：Boeing aircraft；Airbus aircraft；structure repair；basic rules；comparison0 引言波音飞机和空客飞机是国内各大航空公司的主力机型，主要作为干线飞机 来运营。随着机龄的增加，这些飞机进 行结构修理的次数也越来越多。而结构 修理和普通的维护工作不同，具有专业 化程度高，耗时长，工作不可逆等特点。一旦操作失误，往往需要扩大修理范围或更换部件，导致维修成本和停场周期 的增加。飞机结构修理的目的是恢复结构的 原始静强度，并能满足疲劳和损伤容限 的要求。在满足以上要求的前提下，损 伤的修理方案并不是唯一的，这就导致不同的航空器制造商对损伤修理基本原则的把握有所不同。但无论是波音飞机 还是空客飞机，在金属结构修理上都是 按照损伤的去除、修理件的制作、紧固件 安排、修理件安装等几个步骤来执行。本 文通过对这些步骤的对比分析，说明波音 和空客飞机在金属结构修理方面的差异。进行维修工作时，建议拔去雷达跳开关，并安装跳开关夹子，防止误触发。4）严禁在雷达工作时拆装波导管 等部件、开关雷达罩以及目视波导管口。1355m参考文献1 AC 20-68B,Recommended radiation safety precautions for ground operation of airborne weather radarZ. FAA, 1980.2 A320/A330 AMM 34-41-00 weatherradar systemZ. Airbus, 2012.135图 3 AMM 手册上的雷达辐射危险区域舱，了解机组有无故障反映，并检查雷