黑匣子

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黑匣子

黑匣“”

黑匣子是飛機專用的電子記錄設備之一,其真名叫航空飛行記錄器。里面裝有飛行數(shù)據(jù)記錄器和艙聲錄音器,飛機各機械部位和電子儀器儀表都裝有傳感器與之相連,這好比人體各部位的神經(jīng)與大腦相通一樣。它能把飛機停止工作或失事墜毀前半小時的有關技術參數(shù)和駕駛艙內(nèi)的聲音記錄下來,需要時把所記錄的參數(shù)重新放出來,供飛行實驗、事故分析之用。黑匣子具有極強的抗火、耐壓、耐沖擊振動、耐海水(或煤油)浸泡、抗磁干擾等能力,即便飛機已完全損壞黑匣子里的記錄數(shù)據(jù)也能完好保存。世界上所有的空難原因都是通過黑匣子找出來的,因此它就成了事故的見證,也成了“前車之鑒”,避免同樣事故發(fā)生,更好地采取安全措施。

目錄 外形特征 座航話音記錄儀 飛行數(shù)據(jù)記錄儀 信息記錄 水下信標 保存方法 歷史來源 參考資料 黑匣子 - 外形特征

黑匣子是飛行數(shù)據(jù)記錄儀黑匣子外殼堅實,為長方體,約等于四、五塊磚頭壘在一起一般大。內(nèi)部凈是些電氣器件,實質(zhì)上是一臺收發(fā)信機。在飛機飛行過程中,它能將機內(nèi)傳感器所收集到的各種信息及時接收下來,并自動轉(zhuǎn)換成相應的數(shù)字信號連續(xù)進行記錄;當飛機失事時,依靠黑匣子的緊急定位發(fā)射機自動向四面八方發(fā)射出特定頻率(例如37.5千赫),類似心跳般有規(guī)律的無線電信號,“宣告”自己所處的方位,以便搜尋者溯波尋找。

黑匣子現(xiàn)在實際上卻被漆成明亮的桔紅色。這種明亮顯眼的顏色,以及記錄儀外部的反射條帶,都使得事故調(diào)查員們可以在飛機失事后很快的找到記錄儀,特別是當飛機墜落在水上時。

根據(jù)歐洲的標準,黑匣子必須能夠抵受2.25噸的撞擊力,在1100℃高溫下10小時仍不會受損。要符合以上的標準.黑匣子通常是用鐵金屬和一些高性能的耐熱材料做成。具有極強的抗火、耐壓、耐沖擊振動、耐海水(或煤油)浸泡、抗磁干擾等能力,即便飛機已完全損壞黑匣子里的記錄數(shù)據(jù)也能完好保存。

黑匣子 - 座航話音記錄儀

座艙聲音記錄儀

座艙話音記錄儀(CVR)實際上就是一個無線電通話記錄器,可以記錄飛機上的各種通話。這一儀器上的4條音軌分別記錄飛行員與地面指揮機構的通話,正、副駕駛員之間的對話,機長、空中小姐對乘客的講話.威脅、爆炸、發(fā)動機聲音異常,以及駕駛艙內(nèi)各種聲音。黑匣子能夠向調(diào)查者提供飛機出事故前各系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)情況。因為空難發(fā)生在短暫的瞬間,有時飛行員和全部乘務員同時遇難,調(diào)查事故的原因會有很大困難,座艙語言記錄儀能幫助人們根據(jù)機上人員的各種對話分析事故原因,以便對事故作出正確的結(jié)論。

為了承受飛機墜毀時的猛烈撞擊和高溫烈焰,黑匣子的外殼具有很厚的鋼板和許多層絕熱防沖擊保護材料。而且為了盡可能的安全,黑匣子通常安裝在飛機尾部最安全的部位,也就是失事時最不易損壞的部位,在飛機墜毀時,黑匣子在1100攝氏度的火焰中能經(jīng)受30分鐘的燒烤,能承受2噸重的物體擠壓5分鐘,能夠在汽油、機油、油精、電池、酸液、海水中浸泡幾個月,總之,它能在許多惡劣的條件安然無恙。就算這樣的保護,仍然在有些空難中黑匣子遭到了損壞,所以國際航空機構又規(guī)定了更加嚴格的標準,而且記錄介質(zhì)也從磁帶式改進成為能承受更大沖擊的靜態(tài)存儲記錄儀,類似于計算機里的存儲芯片。

座艙話音記錄器主要記錄機組人員和地面人員的通話、機組人員之間的對話以及駕駛艙內(nèi)出現(xiàn)的各種音響(包括飛機發(fā)動機的運轉(zhuǎn)聲音)等。它的工作原理類似普通磁帶錄音機,磁帶周而復始運行不停地洗舊錄新,總是錄留下最后半小時的各種聲音。一次飛行通常要經(jīng)歷8個階段(起飛、初始爬升、爬升、巡航、下降、開始進場、最后進場、著陸),每一階段的情況,都逃不過黑匣子的“耳朵”。

黑匣子 - 飛行數(shù)據(jù)記錄儀

埃及航空公司990航班損壞的飛行數(shù)據(jù)記錄儀

飛行數(shù)據(jù)記錄儀(FDR)主要記錄飛機的各種飛行數(shù)據(jù),包括飛行姿態(tài)、飛行軌跡(航跡)、飛行速度、加速度、經(jīng)緯度、航向以及作用在飛機上的各種外力,如阻力、升力、推力等,共約200多種數(shù)據(jù),可保留20多小時的飛行參數(shù)。超過這個時間,數(shù)據(jù)記錄儀就自動吐故納新,舊數(shù)據(jù)被新數(shù)據(jù)覆蓋。

飛行數(shù)據(jù)記錄儀可以向人們提供飛機失事瞬間和失事前一段時間里,飛機的飛行狀況、機上設備的工作情況等。它能將飛機的高度、速度、航向、爬升率、下降率、加速情況、耗油量、起落架放收、格林威治時間,還有飛機系統(tǒng)工作狀況和發(fā)動機工作參數(shù)等飛行參數(shù)都記錄下來。

記錄飛機系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。傳感器從不同的區(qū)域連接到飛行數(shù)據(jù)獲取單元,再連接到FDR。當一個開關動作時,都將被FDR記錄下來。電子記錄儀由于數(shù)據(jù)傳輸快,從而比磁帶記錄儀記錄更多的參數(shù)。電子FDR可以記錄25小時的飛行數(shù)據(jù)。每一個FDR記錄的附加參數(shù)都可能提供調(diào)查員們事故的更多的線索。

在美國,聯(lián)邦航空管理局(FAA)要求商用航空公司根據(jù)飛機的大小,至少記錄11-29種參數(shù)。磁帶記錄儀可以記錄到100個參數(shù),而電子記錄儀可以記錄超過700個參數(shù)。1997年7月17日,F(xiàn)AA出版了聯(lián)邦標準,標準要求在2002年8月19日以后制造的飛機至少要記錄88個參數(shù)。

黑匣子 - 信息記錄

1999年10月31日墜毀的埃及航空公司記錄磁帶

懷特兄弟公司曾第一次使用L-3通訊公司的這種黑匣子儀器來記錄飛機螺旋槳的旋轉(zhuǎn)。然而,直到第二次世界大戰(zhàn)以后,航空記錄儀才得到更為廣泛的使用。從那以后,為得到更多的關于飛機工作的信息,黑匣子的記錄媒介得到了很大發(fā)展。

目前大多數(shù)的飛機黑匣子使用兩種記錄媒介,一種是磁帶,發(fā)明于20世紀60年代;另一種是電晶存儲板,發(fā)明于90年代。磁帶工作起來就像是磁帶錄音機。聚酯薄膜磁帶牽引電磁頭,磁頭在磁帶上記錄數(shù)據(jù)。由于航空公司開始全面轉(zhuǎn)向電子技術,黑匣子制造商已不再制造磁帶記錄儀。

黑匣子制造商Honeywell的發(fā)言人Ron Crotty表示,電子記錄儀的可靠性要遠遠高于磁帶記錄儀。電子記錄儀使用堆疊排列的內(nèi)存芯片,所以它們沒有任何的可移動裝置,這樣也就減少了日常的維護工作和事故發(fā)生過程中突然中斷的幾率。

CVR和FDR采集的數(shù)據(jù)都記錄在墜毀生存記憶單元(CSMU)中的堆疊內(nèi)存片中。根據(jù)L-3通訊公司制造的記錄儀,CSMU呈圓柱體。堆疊內(nèi)存片直徑大約1.75 英寸(4.45cm),高1英寸(2.54cm)。

內(nèi)存片具有足夠的數(shù)字存儲空間來記錄CVR提供的2小時的音頻信息和FDR提供的25小時的飛行數(shù)據(jù)。

飛機上安裝了采集數(shù)據(jù)的傳感器。這些傳感器探測飛機的加速度、空速、海拔高度、機翼設置、外界溫度、機艙溫度和壓力、發(fā)動機性能等等。磁帶記錄儀可以追蹤大約100個參數(shù),而電子記錄儀則可以記錄更大的飛機上超過700個參數(shù)。

所有這些傳感器采集來的數(shù)據(jù)都被送到飛機前端的飛行數(shù)據(jù)獲取單元(FDAU)。這一儀器常常安放在駕駛員座艙下的電子設備隔離艙中。飛行數(shù)據(jù)獲取單元在整個數(shù)據(jù)記錄過程中起到中間管理者的作用,也就是從傳感器獲取信息,然后送往黑匣子。

黑匣子一般由一到兩個從發(fā)動機引擎獲取能源的動力發(fā)生器驅(qū)動。一個是28伏特的直流電源,另一個是115伏特、400赫茲的交流電源。L-3通訊公司的工程主管Frank Doran表示,這些都是標準的飛機電源配置。

黑匣子 - 水下信標

密閉的水下信標

除了顏料和反射條帶外,記錄儀還裝備了水下信標(ULB)。如果你看過黑匣子的照片,一定可以觀察到在盒體的一端有一個小的,圓柱體的物體。它看起來是黑匣子把手的兩倍大,實際上它就是信標。

當飛機墜入水中時,信標開始發(fā)送人耳聽不到的超聲波脈沖,這種脈沖可以被聲納和聲學定位儀探測到。在信標的一端有像公牛眼一樣的水下傳感器。當水接觸到傳感器,信標就會被激活而發(fā)出超聲波脈沖。

信標通常發(fā)送37.5kHz的脈沖信號,并能從深為14000英尺(4267m)的水下傳遞聲音。一旦信標開始工作,它會每秒發(fā)送一次信號并持續(xù)30天。信標由可以連續(xù)工作6年的電池驅(qū)動。在十分罕見的情況下,信標才可能被強大的力量沖擊而折斷。

在美國,當事故調(diào)查員們找到黑匣子后,它被立即送到NTSB的計算機實驗室中。為了避免對記錄媒介的任何損壞,在運輸過程中這種裝置受到特殊的保護。在發(fā)生水下事故時,記錄儀會被保存在冷水中以防止烘干。

“所作的一切都是為了保存記錄儀的狀態(tài)直到其被妥善的處理,”Daron說,“把記錄儀放置在一桶水中,通常是冷水,也就是保持黑匣子被找到的地方的環(huán)境,直到被送達可以充分分析黑匣子的地方!

黑匣子 - 保存方法

黑匣子的各個部分

在大多數(shù)的空難中,可以保存下來的裝置是飛行數(shù)據(jù)記錄儀和座艙聲音記錄儀的墜毀生存記錄單元(CSMU)。通常的,記錄儀底盤和內(nèi)部裝置的其它部分都被撕裂了。CSMU是緊固在記錄儀的平臺部分的一個巨大的圓柱體。這種裝置能夠承受很高的壓力,非常大的撞擊和成噸的壓力。在老式的磁帶記錄儀中,CSMU安放在一個長方形的匣子中。

電子黑匣子的CSMU使用三層材料將存儲數(shù)字信息的內(nèi)存片隔離和保存起來。下面我們來討論一下,先來從內(nèi)到外看一下保護內(nèi)存的材料。

鋁殼,環(huán)繞內(nèi)存卡有一鋁薄層。

高溫絕緣體,1英寸(2.54cm)的干石英材料提供高溫保護。其保護內(nèi)存片防止事故后的火災。

不銹鋼外殼,高溫絕緣體安放在0.25英(0.64cm)厚的不銹鋼外殼中,通常用鈦合金制成。

為了確保黑匣子的質(zhì)量和生存能力,制造廠商對CSMU進行了徹底的測試。記住,在空難中只有CSMU可以生存下來――如果事故調(diào)查員能夠得到它,就可以獲得他們所希望得到的信息。為了測試CSMU,工程師們將數(shù)據(jù)存儲于CSMU的內(nèi)存中。L-3通訊公司使用隨機模型將數(shù)據(jù)存儲于每一塊內(nèi)存片中。這一模型可以由讀出器讀出以確定在墜毀后的沖擊,火災和壓力下數(shù)據(jù)是否被損壞。

黑匣子 - 歷史來源

黑匣子是俗名,它的真名很普通:飛行數(shù)據(jù)記錄儀。它是一種將飛機飛行的情況儲存下來的儀器,當以后需要了解飛行情況時,可以通過重放設備把它們放出來。

在一個匣子里,裝上磁記錄設備,它可以實時地把飛行員說的話,飛行員機外通訊及飛行數(shù)據(jù)記錄下來。一般在飛機出事前30分鐘的各種信息,它都可以保留下來。這樣,就為事后分析故障提供了方便。最早利用黑匣子的是軍用飛機。為了保證這種設備在飛機出事故后不被破壞,特地為它制作了一個堅固的匣子。這種匣子耐高溫(600攝氏度~800攝氏度),高壓(可承受1噸重的壓力),不怕腐蝕,由金屬材料做成。其實,這種金屬制作的“黑匣子”并非黑色!昂谙蛔印辈⒉皇歉鶕(jù)其本身顏色命名的,而是人們視它為空難的不祥之物,故定名為“黑匣子”。

1908年,美國發(fā)生了第一起軍用飛機事故。以后,隨著飛行事故增加,迫切需要有一種研究事故原因的儀器。二戰(zhàn)時,飛行記錄儀正式在軍用飛機上使用。戰(zhàn)后,開始用到民航飛機上。早期的記錄方式比較落后,用的是機械記錄的方法,記錄在照相紙上。磁記錄方式發(fā)明后,才變得方便可靠了。

黑匣子 - 參考資料

[1]中國科普博覽 http://kepu.jsinfo.gov.cn/news/blackbox/

[2]旗艦航空 http://www.qjccff.com/server/meno.asp?id=126

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