关于TCAS故障定位及排故的相关探讨

关于TCAS故障定位及排故的相关探讨

摘要

交通告警和防撞系统TCAS是飞机飞行中的关键系统，对飞机飞行安全有很

大的影响。本文通过研究TCAS线路及工作原理，从分系统、结构特性以及与实

际应用结合，明确TCAS系统遇到故障时采取归类判断分析，并进一步结合故障

发生时飞机的实际状态，争取能够快速定位故障，减短飞机停场时间。

一、概述

交通告警和防撞系统TCAS是飞机飞行中的关键系统，对飞机飞行安全有很

大的影响。TCAS是一种机载系统，可帮助飞行机组与地面空中交通管制维持安全

间隔。它与空中交通管制应答机一起联合工作，为驾驶员提供附近空域飞机的飞

行情况，预测飞机之间的潜在威胁，在飞机之间可能出现冲突时给予驾驶员提示，避免撞机事件的发生。

二、TCAS组成和工作原理

（一）TCAS组成

某型民机TCAS由1个交通告警和防撞系统收发机、一个定向天线和一个全

向天线（选装时将以一个定向天线替代）组成。

（二）TCAS工作原理

TCAS系统通过探测附近空间飞机的存在，在附近有飞机与本机距离过近存在

安全威胁时，发出警告信息来提示驾驶员。TCAS发射询问信号到附近飞机上的空

中交通管制应答机，并利用应答机的应答信息进行处理得出附近飞机的航迹。通

过这一数据，TCAS能估算出潜在的威胁。TCAS利用发射信号和应答信号间的时

间间隔来计算距离，同时根据方向天线确定方位，从而得到附近每架应答飞机的相对位置。高度信息由应答机提供。

（三）应答机引发的故障

应答机是TCAS系统正常运行的关键交联系统，在某型民机中，应答机装有两部且功能一致。TDR的故障类型大致分为：内部故障、S模式地址无效输入、RIU（即无线电接口装置）信号无输入、TDR输出信号无效。此类故障在排故时较为简单判断，即使驾驶舱页面无有效反馈，也可通过地面试验：TCAS的自测试以及ATC的自测试来判断，另两部TDR功能和件号一致，也可通过对串1号和2号TDR来辨别故障位置是否转移。

（四）AHRS和RA引发的故障

飞机的姿态和高度数据分别由AHRS（即姿态和航向基准系统）和RA（即无线电高度表)提供。姿态航向计算机AHC通过处理所测量到的飞机机体轴的角速率和轴向线性加速度来获得数字的三轴的角度、速率和加速度信息。姿态和高度数据通过数据线传输到收发机，收发机内部与收到的其他飞机的数据进行对比从而计算并预测飞机运行轨迹的潜在威胁。如果姿态和高度数据失效，将会使本机TCAS计算机失去飞行基准信号，从而导致无法进行常规的轨迹预测计算和避撞指引。

（五）TTR故障

TTR全称TCAS Transmitter/Receiver，交通告警和防撞系统收发机。TTR是整个TCAS系统的核心部件，不仅承担着大量数据计算功能，还要将信号接收回来并传达出去。

一类如空中出现TCAS TA/RA告警与飞行空况不一致，可怀疑为TCAS同轴电缆故障问题，排故思路是拆开并检查同轴电缆情况。

另外几类TTR内部故障包括TTR输出无效、收发机CHANNEL A/B总线输出故障、通道A/B输出不可用、显示信息报无效等都以TTR关联线路量线为主要排故思路，量线通过可更换TTR来进一步确认。

因收发机精度较高，在飞机上易受颠簸气流、高速振动、电磁辐射等恶劣环

境因素干扰。其故障可分为持续故障和偶发性故障。持续故障的判断较为容易，

在地面可通过量线、TCAS自检等步骤排故。偶发性故障则需要较为完整的环境表达，如发生时飞机的状态，包括空速、高度甚至地理位置都有可能影响判断。分

析该类故障通常要结合收发机信号的编码译码、调制解调方式综合考虑是否为其

他无线电设备干扰。

（六）天线故障

两部天线分别位于顶部和底部。底部的方向天线用于确定方位，从而得到附

近每架应答飞机的相对位置。天线故障的判断较为直观，遇到此类故障首先执行TCAS TTR前面板上的自检测开关，其次可更换天线来判断，最后再考虑查询线路

图执行量线确认故障。

三、一例实际故障的排故应用

（一）故障现象：

某次航班运行中空中机组卫星电话反馈：有TCAS FAIL故障旗，无CAS信息，远程监控正常。短停执行自检时，故障指向下部天线，航后拆下下部天线后，检

查发现下部天线同轴电缆插头内有残留焊锡球，去除焊锡球并更换下部TCAS天

线后飞机恢复正常。

次日飞机执行航班时空中均出现TCAS故障旗，询问机组当时无CAS信息，

两次故障旗均在机组降低高度后自动消失，地面检查无CAS和CMS信息，TCAS自

检正常，检查同轴电缆内无碎屑无焊锡球，清洁RTU面板电插头，预防性更换TCAS计算机，测试正常。

数日后执行2个航段，空中均出现TCAS FAIL故障旗，无CAS信息，降低高

度后消失，故障现象和此前一致，航后检查有CMS历史信息TTR：NO TTR-TX-1 BUS OUTPUT及TTR：NO OUTPUT，按这两条故障信息进行排故，航后测量了跳开

关至TCAS计算机的供电线路，供电正常；测量TCAS计算机至ATC，计算机至

PFD和MFD之间的线路，并测量跳开关至计算机的供电线路，均正常。然后对

TCAS天线连接机身的同轴电缆做进一步的检查：重新焊接下部4个焊点，上部1个焊点，测试正常，航后放行。

至此，收发机、下天线都换过了，收发机到ATC，收发机到显示器的线路，跳开关到收发机的供电线路经检查也都是正常的。

一周后执行航班。机组卫星电话告知，TCAS FAIL信息故障依旧。

（二）初步排故方案

由上述故障现象可得知本次故障较为隐蔽，几次更换和检查未能解决根本问题，根据TCAS系统线路图和相关手册制定如下排故方案：

1、测量TCAS收发机至应答机TDR线路。

2、测量TCAS收发机供电段线路。上电检查 TCAS 28V DC 供电正常稳定，确认断路器和线路通路正常，执行BITE测试正常。

3、模拟振动检查接线模块正常；

4、更换应答机TDR，更换断路器，TDR连接器等。

5、测试检查TCAS 到RA、显示、惯导的线路：

6、检查TCAS托架及锁扣，发现锁扣损坏；根据TCAS锁扣松脱对故障情况进行多次地面模拟，复现故障。根据供应商提供的地面软件下载TCAS内部NVM 数据发给供应商译码。到此发现锁扣故障是高度怀疑对象。为进一步确认故障现场完成所有TACS同轴电缆驻波比测试工作。

（三）终端故障确认

后继续执行调机航班爬升阶段TCAS时好时坏，且都是在起飞爬升阶段出现FAIL，巡航阶段常驻，下降到一定高度后故障消失，交通信息恢复。下载TCAS 的NVM数据，NVM数据让供应商加急分析。现场综合分析并重新制定排故方案如下：