黑匣子是如何工作的

航空记录仪的广泛使用直到第二次世界大战后才开始。从那以后，黑匣子的记录媒介不断发展，以便记录更多有关飞机运行的信息。

使用较老的黑匣子磁带这是一项于20世纪60年代首次引入的技术。磁带的工作原理和任何东西一样磁带录音机．迈拉胶带被拉过一个电磁头，这会在磁带上留下一些数据。现在，黑匣子使用固态存储器板这是20世纪90年代出现的。

人们认为固态录音机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，在事故中发生故障的几率也更小。

来自CVR和FDR的数据都存储在堆栈上内存板在crash-survivable内存单元(CSMU)。记忆板有足够的数字存储空间容纳两个小时的音频数据为cvr和25小时的飞行数据为fdr。

飞机上安装了传感器，可以收集诸如加速度、空速、高度、襟翼设置、外部温度、发动机性能以及机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更多。

例如，在波音787中，这些单元可以记录146,000个惊人的参数，每次飞行都会产生数tb的数据。这种难以置信的数据负荷是一把双刃剑;它对监控飞机很有用，但它可能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。

无论该系统是旧版本还是完全现代的，飞机传感器收集的所有数据都被发送到飞行数据采集单元(FDAU)在飞机前部。这种装置经常在电子设备舱在驾驶舱。飞行数据采集单元是整个数据记录过程的中间管理人员。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台发电机中的一台提供动力，这些发电机从飞机的发动机中获取能量。一台发电机是28伏直流电源，另一台是115伏400赫兹(Hz)交流电源。

几乎每架商用飞机上都有好几架麦克风内置驾驶舱，可以监听机组人员的对话。这些麦克风还可以追踪驾驶舱内的任何环境噪音，如开关被抛出或任何敲击或砰砰声。在飞机的驾驶舱中可能有多达4个麦克风，每个麦克风都连接到驾驶舱语音记录器(CVR)。

麦克风将音频发送到CVR, CVR将信号数字化并存储。在驾驶舱里，还有一个装置叫做相关的控制单元，为进入CVR的音频提供预放大。这四个麦克风分别位于机长、副机长、第三名机组人员(如果有第三名机组人员)的耳机中，并靠近麦克风的中心驾驶舱，以接收音频提醒和其他声音。

大多数磁带磁带录像机储存最后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。当新材料被记录时，最古老的材料被替换。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(FDR)被设计用来记录操作数据从飞机的系统。飞机上的各个区域都有传感器连接到飞行数据采集单元，而飞行数据采集单元又连接到FDR上。因此，每当飞行员拨动开关或旋转旋钮时，FDR就会记录下每一个动作。

在美国，联邦航空管理局(FAA)要求商业航空公司记录至少11到29个参数，这取决于飞机的大小。磁带录音机有可能记录多达100个参数。固态fdr可以记录数百甚至数千个。

1997年7月17日，联邦航空局颁布了一项联邦法规，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。以下是大多数fdr记录的一些参数:

固态记录仪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fdr可以存储长达25小时的飞行数据。FDR记录的每一个附加参数都为调查人员提供了关于事故原因的更多线索。

飞机失事是暴力事件。在许多这样的事故中，唯一幸存的设备是crash-survivable内存单元(csmu)的飞行数据记录器和座舱语音记录器。通常情况下，记录器的其他底盘和内部部件都损坏了。CSMU是一个固定在记录仪平面上的大圆柱体。这个设备是工程以抵抗极端高温，刺耳的碰撞和巨大的压力。在老式的磁带录音机中，CSMU装在一个矩形盒子里。

固态黑匣子中的CSMU使用三层材料，隔离和保护存储数字化数据的记忆板堆栈。

下面让我们仔细看看为记忆板提供屏障的材料，从最里面的屏障开始，向外延伸:

这些坚硬的外壳非常重要。如果没有足够的保护，所有的飞行数据都会被销毁。因此，为了确保数据的安全，工程师们愤怒地攻击他们的黑匣子，看看他们的产品是否能承受极端的滥用。

为了确保黑匣子的质量和生存能力，制造商对csmu进行了彻底的测试。记住，只有CSMU能活下来崩溃-如果事故调查人员有这些信息，他们就可以检索到他们需要的信息。为了测试该单元，工程师将样本数据加载到CSMU内部的记忆板上。在读出时检查此模式，以确定是否有任何数据已因撞击、火灾或压力而损坏。

有几个测试组成了碰撞生存序列:

在防火测试期间，内存接口电缆连接记忆板和电路板的那块被烧毁了。冷却后，研究人员将其拆开，取出内存模块。他们重新堆叠内存板，安装新的内存接口电缆，并将该设备连接到一个读取系统，以验证所有预加载的数据都已被计入。

黑匣子通常直接卖给和安装飞机制造商。两个黑匣子都安装在飞机的尾部，把它们放在飞机的后部可以增加他们的生存机会。记录器的精确位置取决于每架飞机。有时它们位于厨房的天花板上，在尾部货舱或覆盖飞机尾部的尾锥体中。

虽然它们被称为“黑匣子”，但航空记录仪实际上被漆成明亮的橙色。这种独特的颜色，以及附着在黑匣子外部的反光胶带，有助于调查人员在事故发生后确定黑匣子的位置。当飞机降落在水中时，这尤其有用。这个词有两种可能的起源黑盒一些人认为这是因为早期的记录器被漆成黑色，而另一些人则认为这是指事故发生后发生的火灾。

除了油漆和反光胶带外，黑匣子还配备了水下定位信标(ULB)。如果你看黑匣子的图片，你几乎总是会看到一个小的圆柱形物体附着在设备的一端。虽然它兼作搬运手柄，但这个圆柱体实际上是一个灯塔。

如果一架飞机坠入水中，信标就会发出人类听不到的超声波脉冲耳朵但是很容易被声纳和声学定位设备探测到。有一个潜水传感器灯塔那一边看起来像靶心。当水接触到这个传感器时，信标就会被激活。

该信标发出的脉冲频率为37.5千赫(kHz)，可以将声音传送到14000英尺(4267米)的深处。一旦信标开始发出ping信号，它就会每秒发出一次，持续30天。这个信标是由一个电池它的保质期是六年。在罕见的情况下，信标可能会在高冲击力碰撞中折断。

在美国，当调查人员找到一个黑匣子时，它就会被转移到国际情报中心的计算机实验室国家运输安全委员会(NTSB)。在运输这些设备时要特别小心，以避免对记录介质的任何进一步损坏。在发生水事故时，录音机被放在一个冷却器里，以防止它们变干。

在找到黑匣子后，调查人员将记录器带到实验室，从记录器中下载数据，并试图重现事故发生时的情景。这个过程可能需要数周或数月才能完成。在美国，黑匣子制造商向国家运输安全委员会提供了对黑匣子存储数据进行全面分析所需的读出系统和软件。

如果FDR没有损坏，调查人员只需将其连接到读出系统，就可以在记录仪上回放。使用固态记录仪，调查人员可以通过USB或以太网端口在几分钟内提取存储的数据。通常情况下，从残骸中找到的记录器都有凹陷或烧毁。在这些情况下，内存条板被拆卸，清理和有一个新的内存接口电缆安装。然后记忆板连接到一个工作记录器。这种记录仪有特殊的软件，以便于在不覆盖任何数据的情况下检索数据。

通常会有一组专家来解释储存在CVR上的录音。这个小组通常包括来自航空公司他是美国国家运输安全委员会的运输安全专家，也是美国国家运输安全委员会的航空安全调查员。这个小组还可能包括一名语言专家美国联邦调查局如果需要的话，还需要一名翻译。这个板试图解释由CVR记录的30分钟的单词和声音。这可能是一个艰苦的过程，可能需要数周才能完成。

FDR和CVR都是任何飞机调查的宝贵工具。这些人通常是飞机事故中唯一的幸存者，因此他们为事故原因提供了其他任何途径都无法获得的重要线索。作为技术随着技术的发展，黑匣子将继续在事故调查中发挥巨大作用。

黑匣子技术有各种各样的潜在改进。最明显的是，目前的系统没有记录任何驾驶舱活动的视频。多年来，美国国家运输安全委员会(National Transportation Safety Board)一直试图在黑匣子系统中实现视频功能，但均以失败告终，但许多飞行员坚决拒绝允许视频，称这类系统侵犯了他们的隐私，目前的数据采集对事故调查人员来说已经足够了。

美国国家运输安全委员会继续坚称，在调查飞机失事时，不存在掌握过多信息的情况。目前，视频录制仍处于暂停状态。

但是,技术已经准备好了。例如，空客在其所有的直升机上安装了Vision 1000系统。Vision 1000摄像机安装在飞行员头部后方，以每秒4帧的速度记录飞行员的动作、驾驶舱区域以及挡风玻璃外的景色。它重约半磅，只需电源和GPS连接即可激活。

视频并不是唯一受到现状阻力的改进。自2002年以来，一些议员一直在推动《拯救航空与飞行增强法案》(Save Aviation and Flight Enhancement Act)，该法案要求的飞行记录器不是一个，而是两个，其中一个可以在发生事故时自动弹出飞机。这种自动弹射式记录器更容易定位，也不太可能遭受灾难性的破坏。不过，到目前为止，该法案尚未在国会通过。

黑匣子不只是用于飞机。它们现在被集成到许多类型的车辆中。你甚至可能在你的车里有一个，尽管你不知道它。大约90%的新车都有事件数据记录仪(edr)，可以追踪与飞机黑匣子相同的数据。EDR表面上是为了维护和监控汽车的安全系统，但事故调查人员可以并确实使用EDR数据来更好地了解残骸……有时，在事故发生后责备别人。

当涉及到安装在飞机上的黑匣子时，它们完全有可能被抛在一边。飞机可能很快就会将所有重要数据直接传输到地面接收站，而不是记录到一个盒子里。这些系统已经存在。例如，航空机械服务公司的FlyhtStream空对地系统通过无线网络将飞行数据发送到基地卫星．

这种系统消除了拼命寻找可能在坠机中被毁的盒子的情况，也可能更加可靠。不过，就目前而言，黑匣子仍然是必不可缺的东西，每天都有成千上万架飞机飞向天空，运送着世界各地的数百万人。