“ 黑匣子”(英文“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”是飞参记录器的俗称。一般民航客机上会同时安装一个记录数据、一个记录语音的两个黑匣子。 黑匣子的 外表不是黑色 的,而是醒目的 橙色 ,表面还贴有方便夜间搜寻的反光标识。因为飞参记录器记录的数据必须通过专用的下载设备和回放软件才能解读和分析,加上事故的记录器存储的数据非常关键和神秘,再加上在一些事故中记录器经过火烧后变成了黑色,所以人们将飞参记录器称为“黑匣子”。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。作为飞机数据客观、真实、全面的记录者,黑匣子是飞机失事后查明事故原因的最可靠、最科学、最有效的手段。
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 。
当前黑匣子在陆地的定位主要依靠人工目视,找到飞机残骸后,利用黑匣子外表明亮、独特的颜色和反光标识进行搜寻。
传统黑匣子的抗坠毁性能标准在不断提高,然而在一些严重事故中,黑匣子损坏的情况仍时有发生。据统计,陆地坠毁的飞机中黑匣子存活率仅为82%。 1970~2009年,大型民用航空器在公海坠毁的36起事故中有4起未找到飞机残骸、9起未找到黑匣子,反映出水下定位信标定位方式存在一定的局限性。
抛放式黑匣子可通过其坠毁感知传感器监控飞机事故时触地或坠海瞬间的特征参数异常变化,迅速控制其与机体抛放分离,原理与汽车在撞击瞬间释放安全气囊相似。黑匣子在事故瞬间离机后,如果落在陆地,可避免机体残骸的冲击和火烧等破坏;如果落在海上,可避免随机体坠入海底,其设计还可保证以预定的姿态漂浮在海面上。之后,黑匣子通过无线电和卫星自动发送定位信号。定位抛放黑匣子的过程首先是通过搜救卫星406MHz频率初步确定搜寻范围,然后再通过121.5MHz频率的无线电定位仪完成定位,卫星可实现全球定位,无线电定位范围通常为几十到几百千米。
中国的飞机黑匣子技术虽然起步较晚,但紧跟国际民 黑匣子抗冲击试验航标准,产品发展也历经了四代。中国已经建有国家级飞机黑匣子坠毁防护性能验证试验室,1978年研制了中国第一台磁带式黑匣子;1990年研制出了中国第一台采用半导体记录介质的黑匣子;1991年取得中国第一个机载设备适航证;2000年成功研制了紧跟TSO-C124a标准的黑匣子;2012年成功研制了抗飞机高速坠毁的黑匣子,超出TSO-C124b标准要求。研发的新型抛放式黑匣子,具备水上漂浮、无线电和卫星定位功能。