黑匣子是干嘛用的(黑匣子工作原理)

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2018年10月29日,印尼潜水员终于找到了狮航客机上的一个飞行数据记录器。这架飞机在爪哇海坠毁,机上载有189人。飞行数据记录器可以帮助调查人员找到导致这架两个月大的波音737 MAX 8飞机起飞后坠毁的原因。语音记录器还应提供驾驶舱机组人员的声音、引擎声音、仪表警告和飞行期间的其他音频记录。


当一架飞机坠毁时,通常会有许多未解之谜。这就是为什么调查人员求助于飞机的飞行数据记录器(FDR)和驾驶舱语音记录器(CVR),也被称为“黑匣子”来寻找答案。在美国发生任何飞机事故后,美国国家运输安全委员会(NTSB)的安全调查人员都会立即开始搜索飞机的黑匣子。


不幸的是,答案并不总是来得很快。调查人员花了近两年时间才找到法航447航班的黑匣子,该航班于2009年6月1日在南大西洋坠毁。箱子不仅没被撞到,还被淹没在近1.3万英尺高的咸水和腐蚀性海水中。最终,数据证明飞行员的失误导致了失速,最终导致了坠机。


这些记录设备每台花费在1万到1.5万美元之间,可以揭示事故发生前的详细情况。


黑匣子的起源


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直到第二次世界大战后,航空记录仪才开始广泛使用。从那时起,为了记录更多的飞机运行信息,黑匣子的记录媒介也发生了变化。


老式的黑匣子使用的是磁带,这项技术在20世纪60年代首次被引入。磁带的工作原理和任何录音机一样。聚酯薄膜磁带被拉过一个电磁磁头,在磁带上留下一些数据。如今,黑匣子使用的是上世纪90年代出现的固态存储板。


固态录音机被认为比磁带录音机可靠得多。固态使用堆叠的存储芯片阵列,所以它们没有移动部件。由于没有移动部件,维护问题更少,在撞车时发生故障的几率也降低了。CVR和FDR的数据都存储在CSMU (crash-survivable memory unit)内的堆叠内存板上。内存板有足够的数字存储空间,可以容纳两小时的音频数据的CVRs和25小时的飞行数据的FDR。飞机配备了传感器,可以收集加速度、空速、高度、襟翼设置、外部温度、发动机性能、座舱温度和压力等数据。磁带录音机可以跟踪大约100个参数,而固态录音机可以跟踪的参数更多。


例如,在波音787飞机上,这些单元可以记录多达146,000个参数,每次飞行都能产生数tb的数据。令人难以置信的数据负荷是一把双刃剑;它很适合监控飞机,但它会让工程师和维护人员不堪重负。为了管理所有这些数据,他们需要复杂的数据管理软件。


无论该系统是老式的还是完全现代化的,飞机传感器收集的所有数据都被发送到飞机前部的飞行数据采集单元(FDAU)。这种装置经常被发现在驾驶舱下的电子设备舱。飞行数据采集单元是整个数据记录过程的中层管理者。它从传感器获取信息,并将其发送到黑匣子。


两个黑匣子都是由两个发电机中的一个提供动力的,这些发电机从飞机的引擎中获取能量。一个发电机是28伏直流电源,另一个是115伏,400赫兹(Hz)交流电源。


驾驶舱通话记录器


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几乎每一架商用飞机的驾驶舱都内置了几个麦克风,用来收听机组人员的谈话。这些麦克风还能追踪驾驶舱内的任何环境噪音,如开关被甩动或任何敲击或重击。飞机的驾驶舱内可能有多达四个麦克风,每个都连接到驾驶舱内的语音记录器(CVR)。


麦克风将音频发送到CVR, CVR将信号数字化并存储。在座舱中,也有一个设备称为相关的控制单元,它提供了音频预放大到CVR。这四个麦克风分别安装在飞行员、副驾驶、第三名机组成员(如果有第三名机组成员)的耳机中,并位于驾驶舱中心附近,用于接收音频警报和其他声音。


大多数的磁带录音机存储最后30分钟的声音。他们使用连续循环的磁带,每30分钟完成一个循环。随着新材料的记录,最古老的材料被取代。使用固态存储的cvr可以录制两个小时的音频。与磁带录音机类似,固态录音机也可以记录旧材料。


飞行数据记录器


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飞行数据记录器(FDR)被设计用来记录飞机系统的运行数据。飞机上的各个区域都有传感器连接到飞行数据采集单元上,而飞行数据采集单元又连接到FDR上。因此,每当飞行员按下开关或拨动旋钮时,FDR就会记录下每一个动作。在美国,联邦航空管理局(FAA)要求商业航空公司根据飞机的大小记录至少11到29个参数。磁带录音机有可能记录多达100个参数。固态FDRs可以记录数百甚至数千个数据。


固态录音机可以比磁带跟踪更多的参数,因为它们允许更快的数据流。固态FDRs可以存储长达25小时的飞行数据。


为了生存


飞机失事是很严重的事。在许多这样的事故中,唯一幸存下来的设备是飞行数据记录器和驾驶舱语音记录器的坠机幸存记忆单元(csmu)。通常情况下,记录器的其余底盘和内部组件都损坏了。CSMU是一个大圆柱体,用螺栓固定在记录仪的平坦部分上。这个装置能承受极高的温度,剧烈的撞击和。


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