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黑匣子
黑匣“”
黑匣子是飛機(jī)專用的電子記錄設(shè)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(jī)各機(jī)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(jī)停止工作或失事墜毀前半小時的有關(guān)技術(shù)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(jī)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(biāo) 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(jī)。在飛機(jī)飛行過程中，它能將機(jī)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(yīng)的數(shù)字信號連續(xù)進(jìn)行記錄；當(dāng)飛機(jī)失事時，依靠黑匣子的緊急定位發(fā)射機(jī)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(jī)失事后很快的找到記錄儀，特別是當(dāng)飛機(jī)墜落在水上時。
根據(jù)歐洲的標(biāo)準(zhǔn)，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(biāo)準(zhǔn).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(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)的通話，正、副駕駛員之間的對話，機(jī)長、空中小姐對乘客的講話．威脅、爆炸、發(fā)動機(jī)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(jī)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(wù)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(jī)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(jī)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(hù)材料。而且為了盡可能的安全，黑匣子通常安裝在飛機(jī)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(jī)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(jī)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(hù)，仍然在有些空難中黑匣子遭到了損壞，所以國際航空機(jī)構(gòu)又規(guī)定了更加嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，而且記錄介質(zhì)也從磁帶式改進(jìn)成為能承受更大沖擊的靜態(tài)存儲記錄儀，類似于計算機(jī)里的存儲芯片。
座艙話音記錄器主要記錄機(jī)組人員和地面人員的通話、機(jī)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(jī)發(fā)動機(jī)的運轉(zhuǎn)聲音）等。它的工作原理類似普通磁帶錄音機(jī)，磁帶周而復(fù)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(jìn)場、最后進(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)失事瞬間和失事前一段時間里，飛機(jī)的飛行狀況、機(jī)上設(shè)備的工作情況等。它能將飛機(jī)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(jī)系統(tǒng)工作狀況和發(fā)動機(jī)工作參數(shù)等飛行參數(shù)都記錄下來。
記錄飛機(jī)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(dāng)一個開關(guān)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)要求在2002年8月19日以后制造的飛機(jī)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(jī)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(guān)于飛機(jī)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(jī)黑匣子使用兩種記錄媒介，一種是磁帶，發(fā)明于20世紀(jì)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(jī)。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(shù)，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(yuǎn)遠(yuǎn)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(hù)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(jī)上安裝了采集數(shù)據(jù)的傳感器。這些傳感器探測飛機(jī)的加速度、空速、海拔高度、機(jī)翼設(shè)置、外界溫度、機(jī)艙溫度和壓力、發(fā)動機(jī)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(jī)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(jī)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(shè)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)的飛機(jī)電源配置。
黑匣子 - 水下信標(biāo)密閉的水下信標(biāo)
除了顏料和反射條帶外，記錄儀還裝備了水下信標(biāo)（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(biāo)。
當(dāng)飛機(jī)墜入水中時，信標(biāo)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(xué)定位儀探測到。在信標(biāo)的一端有像公牛眼一樣的水下傳感器。當(dāng)水接觸到傳感器，信標(biāo)就會被激活而發(fā)出超聲波脈沖。
信標(biāo)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(biāo)開始工作，它會每秒發(fā)送一次信號并持續(xù)30天。信標(biāo)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(biāo)才可能被強大的力量沖擊而折斷。
在美國，當(dāng)事故調(diào)查員們找到黑匣子后，它被立即送到NTSB的計算機(jī)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(hù)。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(dá)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(hù)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(hù)。其保護(hù)內(nèi)存片防止事故后的火災(zāi)。
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(jìn)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(jī)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(zāi)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(jī)飛行的情況儲存下來的儀器，當(dāng)以后需要了解飛行情況時，可以通過重放設(shè)備把它們放出來。
在一個匣子里，裝上磁記錄設(shè)備，它可以實時地把飛行員說的話，飛行員機(jī)外通訊及飛行數(shù)據(jù)記錄下來。一般在飛機(jī)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(jī)。為了保證這種設(shè)備在飛機(jī)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。“黑匣子”并不是根據(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(jī)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(jī)上使用。戰(zhàn)后，開始用到民航飛機(jī)上。早期的記錄方式比較落后，用的是機(jī)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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