黑匣子”Black   box)作為飛行記錄器的俗稱，它是現(xiàn)代飛機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)電子設(shè)備之一?，F(xiàn)代“黑匣子”能記錄客機(jī)墜毀或停止工作前兩小時的飛行歷程、高度、速度、加速、耗油、爬升、下降、格林威治時間前半小時駕駛艙語音對話等飛行參數(shù)是事故分析的重要證據(jù)來源，也是正確判斷事故的數(shù)據(jù)來源。

1953年，澳大利亞墨爾本航空研究實驗室的科學(xué)家大衛(wèi)·受音樂錄音設(shè)備的啟發(fā)，沃倫博士創(chuàng)造了“黑匣子”的雛形。1957年，美國民航局規(guī)定重量超過九噸的飛機(jī)必須安裝飛行記錄儀，以加強(qiáng)對飛機(jī)的保護(hù)。在20世紀(jì)60年代，美國、英國和其他國家的政府和民航當(dāng)局相繼發(fā)布規(guī)定，要求所有商用飛機(jī)攜帶飛行記錄器。此后，飛行記錄儀逐漸成為全球民航飛機(jī)的標(biāo)配。

黑匣子通常安裝在機(jī)尾最安全的位置。安裝在現(xiàn)代飛機(jī)上“黑匣子”由兩個設(shè)備組成。一個是飛行數(shù)據(jù)記錄器；另一個是駕駛艙語音記錄器。飛機(jī)上的所有電子儀器儀表和所有機(jī)械部件都裝有傳感器，并與“黑匣子”相連。作為關(guān)系飛行安全的重要航電設(shè)備，黑匣子具有很強(qiáng)的抗沖擊能力、抗穿透、抗高溫火燒、抗深海壓力、耐海水浸泡、耐腐蝕液體浸泡和其他特殊保護(hù)能力可以在各種飛機(jī)事故中保存內(nèi)部存儲的信息。

名稱由來

黑匣子是一個飛行信息記錄系統(tǒng)（或者飛行參數(shù)記錄器）的俗稱。但事實上，黑盒并不黑為了方便事故發(fā)生后的搜尋工作，黑匣子的外觀為橙色，表面還貼有反光標(biāo)識，方便夜間搜尋。在飛機(jī)上安裝黑匣子的想法最初是在20世紀(jì)50年代提出的當(dāng)時飛機(jī)上的電子設(shè)備存放在大小統(tǒng)一的黑匣子中，黑匣子記錄的數(shù)據(jù)主要用于航空事故調(diào)查，非常神秘。同時，事故發(fā)生后，部分黑匣子被燒毀，外觀被熏黑，因此被稱為“黑匣子”

研發(fā)背景

1908年，世界上發(fā)生了第一起軍用飛機(jī)事故。后來隨著飛行事故的增多，人們迫切需要一種儀器來分析事故原因。

1939年，兩位法國工程師根據(jù)攝影原理發(fā)明了錄音機(jī)，隨后一位英國工程師發(fā)明了鋼絲錄音機(jī)。但這些記錄儀僅用于記錄飛行試驗數(shù)據(jù)，不具備防破壞功能，也不適用于飛行事故調(diào)查。

二戰(zhàn)后，哈維蘭航空公司開發(fā)了世界 美國第一架噴氣式客機(jī)“彗星”引領(lǐng)世界進(jìn)入噴氣式民航時代，但1952年才正式投入民航運營“彗星”客機(jī)事故頻發(fā)，1953年至1954年間發(fā)生了三起墜機(jī)事故“彗星”該品牌受到了重創(chuàng)。作為英聯(lián)邦成員，澳大利亞研究人員也參與其中“彗星”在客機(jī)墜毀的調(diào)查中。當(dāng)時，澳大利亞民航部門負(fù)責(zé)航空燃油的研究員大衛(wèi)·沃倫（David   Warren）提出了一種設(shè)備的想法，即在記錄飛機(jī)儀表讀數(shù)的同時記錄駕駛艙內(nèi)的聲音。

誕生歷史

1953年，澳大利亞墨爾本航空研究實驗室的科學(xué)家大衛(wèi)·受音樂錄音設(shè)備的啟發(fā)，沃倫博士創(chuàng)造了“黑匣子”的雛形。后來，他繼續(xù)完善自己的想法，認(rèn)為這種設(shè)備需要具有很強(qiáng)的耐火性，可以像微型錄音機(jī)一樣由耐熱金屬材料制成，并且可以自動消磁以確?？梢杂涗涳w行最后幾個小時的聲音。沃倫整理了一下自己的想法，給老板寫了一份名為《一個有助于空難調(diào)查的裝置》的報告不幸的是，它沒有受到重視。但是沃倫沒有不要放棄在幾個同事的支持下，他利用業(yè)余時間不斷提高。沃倫在國內(nèi)外兩次發(fā)表了這份報告，但沒有引起廣泛關(guān)注。

1958年，英國航空注冊管理局局長羅伯特·哈丁漢姆參觀沃倫實驗室時看到了這個飛行記錄器。簡單介紹后，哈丁漢姆立刻意識到這款飛行記錄儀的巨大潛力。他邀請沃倫前往英國，與其他科學(xué)家和工程師一起改進(jìn)這一模型并投入生產(chǎn)。這是沃倫第一次獲得如此切實的認(rèn)可。沃倫決定冒險親自進(jìn)行實驗他帶著這個設(shè)備前后飛了四天去英國，飛機(jī)上的一個引擎出了故障他用記錄器記錄了他所在位置的數(shù)據(jù)，證明了該裝置的功能。這種錄音機(jī)在英國得到了廣泛的認(rèn)可，一名當(dāng)?shù)赜浾咴谝粭l短信中給它起了一個新名字——“黑匣子”

1960年，福克友誼飛機(jī)公司（Fokker Freeden Spitz aircraft）它在澳大利亞昆士蘭州墜毀，事故調(diào)查過程非常艱難澳大利亞政府開始重視飛行記錄系統(tǒng)，并要求該國所有飛機(jī)都必須安裝該系統(tǒng)“黑匣子”在20世紀(jì)60年代，美國、英國和其他國家的政府和民航當(dāng)局相繼發(fā)布規(guī)定，要求所有商用飛機(jī)攜帶飛行記錄器。此后，飛行記錄儀逐漸成為全球民航飛機(jī)的標(biāo)配。

更新?lián)Q代

第一代黑匣子誕生于20世紀(jì)50年代初，是在為飛機(jī)設(shè)計飛行試驗記錄設(shè)備的基礎(chǔ)上改進(jìn)而來的其工作原理是用針在金屬箔上留下劃痕來反映數(shù)據(jù)變化曲線，只記錄航向、高度、空速、垂直過載和時間等五個飛行參數(shù)。

黑匣子

第二代黑匣子出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代末，其工作原理與普通磁帶機(jī)相似，但在磁帶機(jī)外部裝有防撞擊裝置、防火保護(hù)殼，根據(jù)當(dāng)時FAA發(fā)布的第一個黑匣子標(biāo)準(zhǔn)TSO-C51，要求黑匣子能承受100g（重力加速度）沖擊持續(xù)11毫秒，1100℃、30分鐘的火燒。1966年，該標(biāo)準(zhǔn)更新為TSO-C51a，強(qiáng)度沖擊指數(shù)提高到1000g，抗穿透性增強(qiáng)、靜態(tài)擠壓、耐海水浸泡、耐腐蝕液體浸泡和其他要求。第二代黑匣子一般可以記錄幾十個參數(shù)，同時還有一個駕駛艙音頻記錄器。

第三代黑匣子出現(xiàn)在20世紀(jì)90年代。隨著微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，黑匣子開始使用半導(dǎo)體存儲器來記錄數(shù)據(jù)隨著人們對飛機(jī)墜毀時黑匣子損傷的認(rèn)識不斷加深，黑匣子抗墜毀能力的標(biāo)準(zhǔn)更新為TSO-C124，抗強(qiáng)沖擊指數(shù)提高到3400g，1100℃耐火時間提高到60分鐘，海水浸泡時間從36小時提高到30天，增加了6000米深海耐壓要求。1996年，F(xiàn)AA發(fā)布了TSO-C124a標(biāo)準(zhǔn)，耐溫增加至260℃、10小時防火要求。第三代黑匣子記錄了幾百個參數(shù)，功能已經(jīng)從飛行事故調(diào)查逐漸延伸到飛行員日常監(jiān)控、飛機(jī)故障診斷和維護(hù)。

21世紀(jì)以來，新一代黑匣子可以記錄視頻信息，記錄的參數(shù)數(shù)量多達(dá)數(shù)千個，黑匣子的關(guān)鍵數(shù)據(jù)可以通過衛(wèi)星等數(shù)據(jù)鏈路定期傳輸。然而，由于通信帶寬信號盲區(qū)和氣象環(huán)境的影響，實時數(shù)據(jù)傳輸模式并不能完全取代傳統(tǒng)黑匣子的作用。此外，還出現(xiàn)了一種新型的投擲式黑匣子，它可以在飛機(jī)墜毀時自動與機(jī)身分離，并具有水上漂浮和無線電、衛(wèi)星定位功能。

中國發(fā)展

雖然中國 美國飛機(jī)黑匣子技術(shù)起步較晚，一直遵循國際民航標(biāo)準(zhǔn)，其產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)歷了四代。AVIC陜西前山航空電子有限公司（簡稱：中航工業(yè)千山）作為中國飛機(jī)黑匣子的誕生地和唯一的專業(yè)化企業(yè)，它建成了中國唯一的國家級飛機(jī)黑匣子防撞性能驗證實驗室，并于1978年研制出中國第一個磁帶黑匣子；1990年，研制出中國第一臺采用半導(dǎo)體記錄介質(zhì)的黑匣子；1991年取得我國第一張機(jī)載設(shè)備適航證；2000年，TSO研制成功-C124a標(biāo)準(zhǔn)黑匣子；2012年，我們成功開發(fā)了抗高速飛機(jī)墜毀的黑匣子，其性能超過了TSO-C124b標(biāo)準(zhǔn)要求。目前開發(fā)了一種新型拋黑匣子，可以浮在水面上、無線電和衛(wèi)星定位功能。

整體造型

黑匣子是一個長方體，外殼很重，外部材料是一種特殊的硬鋼，可以幫助它承受一個2噸重的物體5分鐘的擠壓。雖然黑盒的名字里有些東西“黑”漢字通常是橙紅色的，長約40厘米、寬和高約20厘米，大約有三四塊磚那么大，每塊重約20至30公斤。

結(jié)構(gòu)功能

客機(jī)上目前安裝了什么“黑匣子”由兩個設(shè)備組成。一個是客機(jī)飛行數(shù)據(jù)記錄儀；另一個是駕駛艙語音記錄器?？蜋C(jī)上的所有電子儀器儀表和所有機(jī)械部件都裝有傳感器，并與“黑匣子”相連。

飛行數(shù)據(jù)記錄儀：飛行數(shù)據(jù)記錄器，英文縮寫為FDR，主要用于記錄飛機(jī)的各種飛行數(shù)據(jù)。飛行數(shù)據(jù)記錄儀開啟后，實時記錄飛行時的各種飛行參數(shù)，可保存25小時一旦飛行時間超過這個限制，數(shù)據(jù)記錄器就會自動更新，原來保存的舊數(shù)據(jù)會被新數(shù)據(jù)覆蓋。傳感器安裝在機(jī)器的所有儀器和機(jī)械部件上。飛機(jī)通電后，所有傳感器從不同區(qū)域連接到飛行數(shù)據(jù)采集單元，然后連接到飛行數(shù)據(jù)記錄儀。

1997年7月17日，美國聯(lián)邦航空管理局發(fā)布了《聯(lián)邦法規(guī)》，要求在2002年8月19日之后制造的飛機(jī)上記錄至少88個參數(shù)。以下是大多數(shù)FDR記錄的一些參數(shù)：時間、壓力高度、空速、垂直加速度、磁航向、控制柱位置、方向舵、踏板位置、控制輪位置、水平穩(wěn)定器、燃油流量等。但大多數(shù)現(xiàn)代飛機(jī)的黑匣子記錄的數(shù)據(jù)比這個最低要求多得多。例如波音737-800飛機(jī)上搭載的FDR可以記錄1500多個參數(shù)，空客A380飛機(jī)上搭載的FDR可以記錄2800多個參數(shù)。

在事故調(diào)查中，F(xiàn)DR是還原事故真相的核心。FDR中存儲的數(shù)據(jù)主要分為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)（Digital   data）模擬數(shù)據(jù)（Analog   data）離散數(shù)據(jù)（Discrete   data）三大類，參數(shù)總數(shù)超過1000。所有可以記錄的飛行相關(guān)參數(shù)都記錄在FDR上，包括但不限于高度、速度、航向、俯仰角、滾轉(zhuǎn)角、垂直速度和單位操作，如方向盤桿量、油門等重要參數(shù)。這些參數(shù)對重現(xiàn)事故原因具有決定性作用。

駕駛艙話音記錄器：駕駛艙話音記錄器，英文縮寫為CVR，實際上是一個無線電通話記錄器。利用這一設(shè)備，“黑匣子”客機(jī)內(nèi)的各種通話都可以實時錄音。駕駛艙語音記錄器有四個軌道，可以單獨對齊、副駕駛之間的對話、飛行員和地面指揮中心之間的通話、機(jī)長、空姐 對乘客的講話和爆炸、應(yīng)記錄威脅和其他異常聲音。

駕駛艙語音記錄器可以自動記錄機(jī)組人員的聲音錄音中的對話和駕駛艙的聲音。磁帶記錄了飛機(jī)停止工作或墜毀前半小時內(nèi)的電話和聲音;錄制新的立體聲時，舊的將被（30分鐘以前的）錄音自動抹去。在事故檢查中，它可以幫助事故檢查員聯(lián)系船員和船員飛機(jī)機(jī)艙的活動。有時，我們可以通過記錄來識別和判斷機(jī)器部件的工作狀況，這可以為人們提供分析和研究的依據(jù)，從而對事故做出正確的結(jié)論。在飛行中關(guān)閉CVR是非法的。

CVR記錄聲音和大量數(shù)據(jù)。它記錄了4個通道，包括3個窄帶和1個寬帶。所有三個窄帶的帶寬范圍都是150-3500赫茲，包括船長和船長s耳機(jī)音頻和船長 s麥克風(fēng)音頻、副駕駛耳機(jī)音頻和副駕駛麥克風(fēng)音頻、觀察者耳機(jī)音頻和觀察者麥克風(fēng)音頻，寬帶帶寬范圍均為150-6500 Hz，即駕駛艙環(huán)境音。但是這四個獨立頻道的錄制時間只有30分鐘。然而，CVR也記錄了一個混合頻道（四聲道聲音的混合聲音），您可以錄制兩個小時。

與此同時，CVR記錄了120分鐘的ACARS（飛機(jī)通信尋址和報告系統(tǒng)）數(shù)據(jù)。如：

1.自動相關(guān)監(jiān)視（ADS）目標(biāo)主動報告其位置信息以供外部監(jiān)控的一種技術(shù)；

2.控制器——導(dǎo)頻數(shù)據(jù)鏈路通信（CPDLC）用于管制員和飛行員之間的空中交通管制，包括飛行高度分配、通過限制通知、偏離航路告警、航路改變和放行、速度指配、通信頻率指配、飛行員 請求，以及自由格式消息的發(fā)布和接收。

3.數(shù)據(jù)鏈飛行信息服務(wù)（D-FIS）一種地理空間數(shù)據(jù)鏈路廣播應(yīng)用程序，允許飛行員通過數(shù)據(jù)鏈路從地面計算機(jī)系統(tǒng)請求和接收FIS信息，包括ATIS（終端自動信息廣播服務(wù)）機(jī)場氣象報告服務(wù)、終端氣象服務(wù)、風(fēng)切變咨詢服務(wù)、航行通告服務(wù)、跑道視程服務(wù)、機(jī)場預(yù)報服務(wù)、重要氣象信息服務(wù)和臨時地圖服務(wù)。

4.航空運營管理（AOC）用于與飛機(jī)及其航空公司或地面服務(wù)合作伙伴通信的一組或所有應(yīng)用程序。

安裝位置

現(xiàn)代飛機(jī)一般配備1~2套“黑匣子”，個別戰(zhàn)機(jī)也有三架安裝“黑匣子”的。一般安裝一架小型飛機(jī)“黑匣子”安裝2架大中型飛機(jī)“黑匣子”通常一個安裝在前面，一個安裝在尾部。它安裝在飛機(jī)的前部，因為大多數(shù)機(jī)載設(shè)備都集中在駕駛艙內(nèi)，因此可以方便地將傳感器與其連接起來，并且線束的長度可以大大縮短;它安裝在尾部因為對許多飛行事故的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)飛機(jī)尾部的相對位置較高飛機(jī)墜毀后通常不容易完全損壞安裝在尾部的一些機(jī)載儀器和設(shè)備也不容易損壞所以它將“黑匣子”安裝在尾部位置。

黑匣子”的外部材料是鈦鋼金屬。這種金屬材料耐高溫、高壓，不怕腐蝕，能有效保證“黑匣子”不被破壞。為了經(jīng)受住強(qiáng)烈的沖擊，“黑匣子”它通常會經(jīng)過一系列測試，包括碰撞和沖擊測試、落針試驗、靜態(tài)擠壓試驗、燃燒試驗、深海浸沒試驗、鹽水浸沒試驗、液體浸泡試驗等。因為所有這些測試環(huán)境或條件都是在空難發(fā)生時進(jìn)行的“黑匣子”可能面臨的考驗。

根據(jù)歐洲民用航空設(shè)備組織（EUROCAE）ED于2013年9月發(fā)布-112A文件確定的黑匣子防碰撞國際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，防碰撞機(jī)載記錄系統(tǒng)的最低性能規(guī)范必須滿足以下要求“生存能力標(biāo)準(zhǔn)”承受3400克的沖擊；承受5000磅（約2268公斤）靜態(tài)壓力；耐1100攝氏度高溫1小時；承受260攝氏度高溫10小時。同時，每個飛行記錄器必須有一個水下定位信標(biāo)（ULB）當(dāng)記錄器浸入水中時，ULB將自動激活并發(fā)送90天信號以幫助定位黑匣子。

陸上搜索：通常在陸地尋找“黑匣子”方式是搜救人員在飛機(jī)失事地點附近進(jìn)行拉網(wǎng)式搜索，使用外觀明亮的黑匣子、用于搜索的獨特顏色和反光標(biāo)志。同時，可以使用金屬探測器和搜救犬以及無人機(jī)、無人駕駛車輛等先進(jìn)設(shè)備搜尋黑匣子。

水下搜索：黑匣子的水下定位主要依靠水下定位信標(biāo)（ULB, underwater   locator   beacon）它是一個電池供電的水下超聲波脈沖發(fā)生器，牢固地安裝在黑匣子外面。一旦黑匣子入水，信標(biāo)上的水敏開關(guān)啟動信標(biāo)工作，通過信標(biāo)的金屬外殼，頻率為37.向周圍水域發(fā)射5kHz的超聲波信號，每秒一個脈沖。它的內(nèi)置電池可以連續(xù)工作至少30天30天后，隨著電量逐漸耗盡，超聲波信號會越來越弱，直至停止工作。

信標(biāo)可以在6096米的深度發(fā)射超聲波，但它只能被距離信標(biāo)1800~3600米范圍內(nèi)的儀器探測到，以及海水的狀態(tài)、周圍的船只、海洋動物、輸油管道等因素造成的環(huán)境噪聲會影響信標(biāo)的探測范圍。

當(dāng)水下定位信標(biāo)發(fā)出信號時，可以通過專門的聲納探測器進(jìn)行定位。由于信標(biāo)信號的可探測范圍與海面相比極其有限，一般需要先定位殘骸的大致范圍，然后通過拖曳聲納縮小定位范圍，最后用可以定位信號源方向的水聽器定位黑匣子。

如果黑匣子沉入淺水區(qū)，潛水員可以將其打撈上來。如果黑匣子沉入深海，并且超過了人工潛水的深度，則需要進(jìn)行專門的搜索、一般水下線控機(jī)器人可以通過船舶下放，操作人員通過船上的綜合顯示控制臺控制機(jī)器人攜帶的海底聲納掃描設(shè)備、信標(biāo)方位定位器、深海攝像頭定位黑匣子，機(jī)械手打撈黑匣子。

汽車黑匣子

也被稱為汽車行駛記錄儀，它安裝在車輛上，用于測量車輛的速度、時間、記錄關(guān)于車輛行駛的里程和其他狀態(tài)信息、可通過接口存儲和輸出數(shù)據(jù)的數(shù)字電子記錄裝置。它記錄了汽車運行過程中的各種綜合信息數(shù)據(jù)，可以幫助相關(guān)部門快速查找事故原因，檢查和評估汽車運行狀況和汽車駕駛員的操作情況，提高交通管理執(zhí)法和運輸管理水平、對保障車輛運行安全具有重要的現(xiàn)實意義。

船用黑匣子

船舶黑匣子，學(xué)名船舶航行數(shù)據(jù)記錄儀或簡易航行數(shù)據(jù)記錄儀 (Voyage   data   recorder)，英文縮寫VDR或s-VDR是一種專門用來記錄船舶航行數(shù)據(jù)的儀器在事故發(fā)生前后的一段時間內(nèi)處于安全和恢復(fù)狀態(tài)、舶動態(tài)、物理狀況、命令和操縱信息。當(dāng)船舶發(fā)生事故時，這些信息數(shù)據(jù)在分析事故中起著不可替代的作用。

火車黑匣子

火車“黑匣子”它采用智能微機(jī)技術(shù)和傳感技術(shù)來改變機(jī)車的運行時間、速度、制動器和其他機(jī)械的位置和操作，接地線狀態(tài)、固定信號的顯示、司機(jī) s操作，以及交通調(diào)度指揮人員的指揮指令等信息“密封”記錄在案。當(dāng)機(jī)車返回機(jī)務(wù)段時，微機(jī)分析員可以調(diào)用它“黑匣子”為了有效地監(jiān)督機(jī)車乘務(wù)員s標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)和機(jī)車運行的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，記錄在。