带你了解飞机黑匣子里面的存储知识

近来飞机失事的事故越来越多，也使人们对飞机的黑匣子越来越关注。大家都知道黑匣子是飞机出事后纪录自己最后情况变化的仪器，但是究竟黑匣子的工作原理是什么，由哪些材料构成，又是如何存储数据的，可能还是觉得很陌生，所以今天我们就简单介绍一下飞机的黑匣子。

“黑匣子”(英文：black box)，是飞机专用的电子记录设备之一。黑匣子有两个，为驾驶舱话音记录器(Cockpit Voice Recorder)和飞行数据记录器(Flight Data Recorder)。飞机各机械部位和电子仪器仪表都装有传感器与之相连。它能把飞机停止工作或失事坠毁前半小时的语音对话和两小时的飞行高度、速度、航向、爬升率、下降率、加速情况、耗油量、起落架放收、格林尼治时间，还有飞机系统工作状况和发动机工作参数等飞行参数都记录下来，需要时把所记录的内容解码，供飞行实验、事故分析之用。

黑匣子的外壳具有很厚的钢板和许多层绝热防冲击保护材料，通常安装在飞机尾部最安全的部位。记录介质也从磁带式改进成为能承受更大冲击的静态存储记录仪，类似于计算机里的存储芯片，防止黑匣子在空难中遭到损坏。

飞机上飞行数据记录系统(FDRS，Flight Data Recorder System)和座舱音频记录系统(CVR，Cockpit Voice Recorder)简称为“飞参”，主要是由采集器和记录器组成。

黑匣子作为一种事关飞行安全的重要航空电子设备，具有抗强冲击、抗穿透、抗高温火烧、抗深海压力、耐海水浸泡、耐腐蚀性液体浸泡等特种防护能力，能在各种飞机事故中保存其内部存储的信息(一些试验见附图)。

飞机通电后，黑匣子将自动启动工作，记录飞机相关系统运行和状态信息、飞行人员操作信息以及机上相关音视频信息，不受人员控制。根据民航要求，黑匣子的数据信息是实时采集于飞机传感器和相关系统，必须保留断电前至少25小时的飞行数据和2小时的音频数据，记录的数据不可更改。

黑匣子数据采集系统框图

一般来说,飞行数据黑匣子安装在飞机尾部，使飞机坠毁时对其的破坏降到最低;座舱音频黑匣子安装在飞机前部，有利于语音信号的采集和记录。黑匣子连接飞机应急供电电源，确保能工作到最后时刻。

黑匣子伴随着飞行安全的迫切需求以及飞机制造水平的不断进步而快速发展，一般行业内比较认同将黑匣子从诞生到眼下发展分为四代：

第一代黑匣子：诞生于上世纪50年代初，是在飞机设计试飞记录设备的基础上改进而来的，其工作原理为通过在金属箔带上用针留下划痕来反映数据变化曲线，仅能记录航向、高度、空速、垂直过载和时间等5个飞行参数。

第二代黑匣子：出现于上世纪50年代末，其工作原理类似于普通磁带机，但在磁带机外面加装了具有抗冲击、耐火烧等能力的保护外壳，按照美国联邦航空局当时颁布的第一个黑匣子标准TSO-C51，要求黑匣子能够承受100g(重力加速度)、持续11ms的冲击，以及 1100℃、30分钟的火烧。1966年标准更新为TSO-C51a，将抗强冲击指标提高到1000g，并增加了抗穿透、静态挤压、耐海水浸泡、耐腐蚀液体浸泡等要求。第二代黑匣子一般可以记录几十个参数，并同时出现了座舱音频记录器。

第三代黑匣子：出现于上世纪90年代。随着微电子技术的突飞猛进，黑匣子开始采用半导体存储器记录数据，随着对飞机坠毁时黑匣子破坏情况的不断深入认识，黑匣子的抗坠毁能力标准更新为TSO-C124，抗强冲击指标提高到3400g，1100℃高温 火烧时间提高到60分钟，耐海水浸泡时间由36小时增加到30天，增加了耐6000米深海压力要求。1996年，美国联邦航空局发布了TSO-C124a 标准，增加了抗260℃、10小时的火烧要求。第三代黑匣子记录参数一般在几百个，功能已从飞行事故调查，逐渐延伸到日常飞行员监控、飞机故障诊断与维护。

新一代黑匣子可以记录视频信息，记录的参数数量也多达几千个，并且能够通过卫星等数据链定期传输黑匣子的关键数据。但由于通讯带宽和信号盲点以及气象环境等影响，数据实时传输方式无法完全取代传统黑匣子的作用。此外，新型抛放式黑匣子也已经出现，它能够在飞机坠毁时自动与机体分离，并具备水上漂浮和无线电、卫星定位功能。

随着科技的迅速发展，黑匣子也在不断更新换代。20世纪60年代问世的黑匣子(FDR)只能记录5个参数，误差较大。70年代开始使用数字记录磁带，能记下100多种参数，保存最后25小时的飞行数据。90年代后出现了集成电路存贮器，像电脑中的内存条那样，可记录2小时的CVR声音和25小时的FDR飞行数据，大大提高了空难分析的准确度 。

大多数的飞机黑匣子使用两种记录媒介，一种是磁带，发明于20世纪60年代;另一种是电晶存储板，发明于90年代。磁带工作起来就像是磁带录音机。聚酯薄膜磁带牵引电磁头，磁头在磁带上记录数据。由于航空公司开始全面转向电子技术，黑匣子制造商已不再制造磁带记录仪。

黑匣子制造商Honeywell的发言人Ron Crotty表示，电子记录仪的可靠性要远远高于磁带记录仪。电子记录仪使用堆叠排列的内存芯片，所以它们没有任何的可移动装置，这样也就减少了日常的维护工作和事故发生过程中突然中断的几率。

CVR和FDR采集的数据都记录在坠毁生存记忆单元(CSMU)中的堆叠内存片中。根据L-3通讯公司制造的记录仪，CSMU呈圆柱体。堆叠内存片直径大约1.75 英寸(4.45cm)，高1英寸(2.54cm)。

内存片具有足够的数字存储空间来记录CVR提供的2小时的音频信息和FDR提供的25小时的飞行数据。

飞机上安装了采集数据的传感器。这些传感器探测飞机的加速度、空速、海拔高度、机翼设置、外界温度、机舱温度和压力、发动机性能等等。磁带记录仪可以追踪大约100个参数，而电子记录仪则可以记录更大的飞机上超过700个参数。

所有这些传感器采集来的数据都被送到飞机前端的飞行数据获取单元(FDAU)。这一仪器常常安放在驾驶员座舱下的电子设备隔离舱中。飞行数据获取单元在整个数据记录过程中起到中间管理者的作用，也就是从传感器获取信息，然后送往黑匣子。

黑匣子一般由一到两个从发动机引擎获取能源的动力发生器驱动。一个是28伏特的直流电源，另一个是115伏特、400赫兹的交流电源。L-3通讯公司的工程主管Frank Doran表示，这些都是标准的飞机电源配置。

CVR

座舱话音记录仪(CVR)实际上就是一个无线电通话记录器，可以记录飞机上的各种通话。这一仪器上的4条音轨分别记录飞行员与地面指挥机构的通话，正、副驾 驶员之间的对话，机长、空中小姐对乘客的讲话.威胁、爆炸、发动机声音异常，以及驾驶舱内各种声音。黑匣子能够向调查者提供飞机出事故前各系统的运转情况。因为空难发生在短暂的瞬间，有时飞行员和全部乘务员同时遇难，调查事故的原因会有很大困难，座舱语言记录仪能帮助人们根据机上人员的各种对话分析事故 原因，以便对事故作出正确的结论。

座舱话音记录器主要记录机组人员和地面人员的通话、机组人员之间的对话以及驾驶舱内出现的各种音响(包括飞机发动机 的运转声音)等。它的工作原理类似普通磁带录音机，磁带周而复始运行不停地洗旧录新，总是录留下最后半小时的各种声音。一次飞行通常要经历8个阶段(起 飞、初始爬升、爬升、巡航、下降、开始进场、最后进场、着陆)，每一阶段的情况，都逃不过黑匣子的“耳朵”。

FDR

飞行数据记录仪(FDR)主要记录飞机的各种飞行数据，包括飞行姿态、飞行轨迹(航迹)、飞行速度、加速度、经纬度、航向以及作用在飞机上的各种外力，如阻力、升力、推力等，共约200多种数据，可保留20多小时的飞行参数。超过这个时间，数据记录仪就自动吐故纳新，旧数据被新数据覆盖。

飞行数据记录仪可以向人们提供飞机失事瞬间和失事前一段时间里，飞机的飞行状况、机上设备的工作情况等。它能将飞机的高度、速度、航向、爬升率、下降率、加速情况、耗油量、起落架放收、格林威治时间，还有飞机系统工作状况和发动机工作参数等飞行参数都记录下来。

记录飞机系统的运转数据。传感器从不同的区域连接到飞行数据获取单元，再连接到FDR。当一个开关动作时，都将被FDR记录下来。电子记录仪由于数据传输快，从而比磁带记录仪记录更多的参数。电子FDR可以记录25小时的飞行数据。每一个FDR记录的附加参数都可能提供调查员们事故的更多的线索。

在美国，联邦航空管理局(FAA)要求商用航空公司根据飞机的大小，至少记录11-29种参数。磁带记录仪可以记录到100个参数，而电子记录仪可以记录超过700个参数。1997年7月17日，FAA出版了联邦标准，标准要求在2002年8月19日以后制造的飞机至少要记录88个参数。

顺便说一下，其实现在最新的黑匣子已经可以实时把飞机的运行数据传回到地面了，只是价格稍微昂贵一些，只有少数几个国家的航空公司所采用。所以大家就要辛辛苦苦在飞机失事后寻找它了。

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