基本介紹
- 中文名：航行記錄儀
- 外文名：Flight recorder
- 別稱：飛行數據記錄儀、黑匣子
- 作用：儲存飛行的情況的儀器
- 一級學科：航空科技
- 二級學科：航空器
歷史概況,外形,發展類型,功能套用,
歷史概況
“黑匣子”是一位墨爾本工程師在1958年發明的。1908年，美國發生了第一起軍用飛機事故。此後，隨著飛行事故不斷發生，需要有一種追憶事故發生過程原因的儀器。二戰期間，飛行記錄裝備儀器在軍用飛機上套用，後來又用到民航飛機上。飛行記錄儀之所以被稱為“黑匣子”可追溯到1954年，當時飛機內所有的電子儀器都是放置在大小、形狀都統一的黑色方盒裡。
由於現代電子技術飛速發展，對於飛機而言，人們開始主張直接通過向地面無線傳輸數據信號並記錄，而不再使用飛行記錄儀，因此今後黑匣子的名字將回到地面。例如汽車數據黑匣子。1987年，挪威上空一架軍用飛機發生爆炸，飛機墜毀，飛行員身亡。挪威當局趕到出事現場，從飛機殘骸和飛行員的屍體中，辨認出這是一架前蘇聯的軍用偵察機。挪威向前蘇聯提出抗議，前蘇聯矢口否認。後來，挪威找到了飛機上的黑匣子，從黑匣子記錄的數據進行分析，揭露了真相。前蘇聯在鐵的證據面前只好認錯。
飛機上飛行數據記錄系統（FDRS，Flight Data Recorder System）和座艙音頻記錄系統（CVR，Cockpit Voice Recorder）簡稱為“飛參”，主要是由採集器和記錄器組成。“黑匣子”是飛參記錄器的俗稱。一般民航客機上會同時安裝一個記錄數據、一個記錄語音的兩個黑匣子。
黑匣子的外表不是黑色的，而是醒目的橙色，表面還貼有方便夜間搜尋的反游標識。因為飛參記錄器記錄的數據必須通過專用的下載設備和回放軟體才能解讀和分析，加上事故的記錄器存儲的數據非常關鍵和神秘，再加上在一些事故中記錄器經過火燒後變成了黑色，所以人們將飛參記錄器稱為“黑匣子”。
黑匣子作為一種事關飛行安全的重要航空電子設備，具有抗強衝擊、抗穿透、抗高溫火燒、抗深海壓力、耐海水浸泡、耐腐蝕性液體浸泡等特種防護能力，能在各種飛機事故中保存其內部存儲的信息。
飛機通電後，黑匣子將自動啟動工作，記錄飛機相關係統運行和狀態信息、飛行人員操作信息以及機上相關音視頻信息，不受人員控制。根據民航要求，黑匣子的數據信息是實時採集于飛機感測器和相關係統，必須保留斷電前至少25小時的飛行數據和2小時的音頻數據，記錄的數據不可更改。
一般來說,飛行數據黑匣子安裝在飛機尾部，使飛機墜毀時對其的破壞降到最低；座艙音頻黑匣子安裝在飛機前部，有利於語音信號的採集和記錄。黑匣子連線飛機應急供電電源，確保能工作到最後時刻。
作為飛機數據客觀、真實、全面的記錄者，黑匣子是飛機失事後查明事故原因的最可靠、最科學、最有效的手段。伴隨著航空事業的發展，黑匣子在飛機日常安全維護、飛行狀態監測、消除事故隱患以及故障定位方面也發揮著越來越重要的作用，甚至可以說充當著飛行過程中不可或缺的角色。
最早利用黑匣子的是軍用飛機。1908年，美國發生了第一起軍用飛機事故。以後，隨著飛行事故增加，迫切需要有一種研究事故原因的儀器。二戰時，飛行記錄儀正式在軍用飛機上使用。戰後，開始用到民航飛機上。早期的記錄方式比較落後，用的是機械記錄的方法，記錄在照相紙上。磁記錄方式發明後，才變得方便可靠了。
外形
航行記錄儀（黑匣子）外殼堅實，為長方體，約等於四、五塊磚頭壘在一起一般大，是一台收發信機。在飛機飛行過程中，它能將機內感測器所收集到的各種信息及時接收下來，並自動轉換成相應的數位訊號連續進行記錄；當飛機失事時，依靠黑匣子的緊急定位發射機自動向四面八方發射出特定頻率（例如37．5千赫），類似心跳般有規律的無線電信號，“宣告”自己所處的方位，以便搜尋者溯波尋找。
黑匣子實際上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件，都使得事故調查員們可以在飛機失事後很快的找到記錄儀，特別是當飛機墜落在水上時。
發展類型
黑匣子伴隨著飛行安全的迫切需求以及飛機製造水平的不斷進步而快速發展，一般行業內比較認同將黑匣子從誕生到眼下發展分為四代：
第一代黑匣子：誕生於上世紀50年代初，是在飛機設計試飛記錄設備的基礎上改進而來的，其工作原理為通過在金屬箔帶上用針留下劃痕來反映數據變化曲線，僅能記錄航向、高度、空速、垂直過載和時間等5個飛行參數。
第一代黑匣子
第一代黑匣子第二代黑匣子：出現於上世紀50年代末，其工作原理類似於普通磁帶機，但在磁帶機外面加裝了具有抗衝擊、耐火燒等能力的保護外殼，按照美國聯邦航空局當時頒布的第一個黑匣子標準TSO-C51，要求黑匣子能夠承受100g（重力加速度）、持續11ms的衝擊，以及1100℃、30分鐘的火燒。1966年標準更新為TSO-C51a，將抗強衝擊指標提高到1000g，並增加了抗穿透、靜態擠壓、耐海水浸泡、耐腐蝕液體浸泡等要求。第二代黑匣子一般可以記錄幾十個參數，並同時出現了座艙音頻記錄器。
第三代黑匣子：出現於上世紀90年代。隨著微電子技術的突飛猛進，黑匣子開始採用半導體存儲器記錄數據，隨著對飛機墜毀時黑匣子破壞情況的不斷深入認識，黑匣子的抗墜毀能力標準更新為TSO-C124，抗強衝擊指標提高到3400g，1100℃高溫火燒時間提高到60分鐘，耐海水浸泡時間由36小時增加到30天，增加了耐6000米深海壓力要求。1996年，美國聯邦航空局發布了TSO-C124a標準，增加了抗260℃、10小時的火燒要求。第三代黑匣子記錄參數一般在幾百個，功能已從飛行事故調查，逐漸延伸到日常飛行員監控、飛機故障診斷與維護。
第二代黑匣子
第二代黑匣子新一代黑匣子可以記錄視頻信息，記錄的參數數量也多達幾千個，並且能夠通過衛星等數據鏈定期傳輸黑匣子的關鍵數據。但由於通訊頻寬和信號盲點以及氣象環境等影響，數據實時傳輸方式無法完全取代傳統黑匣子的作用。此外，新型拋放式黑匣子也已經出現，它能夠在飛機墜毀時自動與機體分離，並具備水上漂浮和無線電、衛星定位功能。
隨著科技的迅速發展，黑匣子也在不斷更新換代。20世紀60年代問世的黑匣子（FDR）只能記錄5個參數，誤差較大。70年代開始使用數字記錄磁帶，能記下100多種參數，保存最後25小時的飛行數據。90年代後出現了積體電路存貯器，像電腦中的記憶體條那樣，可記錄2小時的CVR聲音和25小時的FDR飛行數據，大大提高了空難分析的準確度
功能套用
按照黑匣子的用途，它被形象地稱為“法官”、“教官”和“醫生”。所謂法官，是基於飛行事故調查的用途，事故發生後通過找回黑匣子，對數據解碼分析，可以判定事故真正原因，避免同類事故再次發生；所謂教官，是指在飛行員監控方面的功能，通過日常分析黑匣子的數據，糾正飛行員不良駕駛習慣，預防事故發生；所謂醫生，則是在飛機故障診斷與維護方面的作用，通過對黑匣子數據進行日常分析，監控、預測飛機主要部件的健康狀態，排查故障隱患，防止故障發展為事故。
為了事故調查時獲取客觀、全面的信息，黑匣子記錄數據的種類和數量不斷增加。數據種類從最初的飛行、音頻數據，拓展到了視頻和數據鏈數據；參數數量從最初的五個逐步發展到幾百個甚至上千個。飛行數據一般包括飛機和發動機運行狀態、飛行員操縱情況、飛機外部信息等；音頻數據一般包括正、副駕駛員的通話、飛機與地面的通話、機組之間的通話以及駕駛艙環境聲音等；視頻數據一般包括駕駛艙儀表顯示、飛行員動作、飛機前方視景、起落架收放狀態等。通過專用數據回放軟體，可用黑匣子數據直觀真實地再現飛機飛行過程，自動分析飛機可能存在的故障隱患和人員操作異常，預防故障或事故發生，極大地提高了航空飛行安全水平。
