黑匣子
上图中最右端的像线轴一样的装置即为水下超声波信标（ULB），落在水中可发射频率为37.5 千赫兹 (kHz)的超声波而非电磁波，落在陆地一般就被摔掉了，当然降雨也无法触发。它旁边的圆柱体是核心的储存单元，重要的储存芯片就在里面，这也是最抗摔的部分。最左端的方盒子是电源与电路板，如果落在陆地，基本上也会面目全非。一般黑匣子上没有无线电定位装置。
黑匣子有两种，一种叫“飞行数据记录仪（FDR）”，记录高度、油门各种飞行参数；另一种叫“驾驶舱语音记录仪（CVR）”，记录驾驶舱驾驶与副驾驶等人员的对话。并不是所有的飞机都是两个黑匣子，有些飞机上的黑匣子是合二为一的。
黑匣子被安装在机尾。盒子外面的材料坚固，防火防水防爆炸，抗冲击能力极强。黑匣子前端都有一个像“提手”似的东西，此为水下定位信标（ULB），被水触发之后发射频率为37.5 千赫兹 (kHz)的超声波而非电磁波，用于在水中定位。这个定位标如果是落在陆地上，很大概率受损严重，就算有降雨也无法触发。一般的黑匣子不配备无线电定位标，这主要是出于成本的考虑和实际情况的考虑。
2014年马航370失事之后，曾正式提出建议将黑匣子数据同步传至地面，同样是出于成本考虑并没有实施。黑匣子数据量是海量的，每时每刻都会产生大量的数据，保存25小时数据的FDR数据非常庞杂，对即时传输要求非常高。这也是得到黑匣子有时会需要几个月甚至几年才能得到结果的原因。对于保存语音的CVR，相对来说用的时间会少些，可能会在较短的时间得出结果。
“黑匣子”从航空的早期就开始使用。莱特兄弟在他们最初的一次飞行中携带了第一台飞行记录仪。这种原始设备记录了有限的飞行数据飞机黑匣子颜色，例如持续时间、速度和发动机转数。另一位早期的航空先驱查尔斯·林德伯格（Charles Lindbergh）使用了一种更为复杂的版本，其中包括一个气压计，该气压计在缠绕在旋转鼓上的纸上标记墨水。整个设备装在一个小木箱中。不幸的是，这些早期的原型机构造不牢固，无法在坠机事故中保存下来。
世界上第一台现代飞行数据记录仪，名为“Mata Hari”，是FDR的前身，服务于修理或建造飞机，由芬兰航空工程师 Veijo Hietala于 1942年制作。这个装置能够记录芬兰军队在其位于芬兰坦佩雷的主要航空工厂修理或建造的战斗机试飞过程中的所有重要操作细节。
世界上最早的飞机录音是由美国空军的实验完成，是CVR的前身。1943年8月，美国空军使用磁线记录器进行了一项实验，以捕捉 B-17 轰炸机机组人员在纳粹占领的法国上空执行战斗任务时的电话对话。这是CVR的雏形。
无论是记录数据还是录音，都不难实现，因为其目的都不是为了用于空难之后的分析，或者有了想法但并没有实际应用。真正用于空难的黑匣子，有三位科学家起到了很大的作用。
第一位是美国的James J. Ryan，他1931 年至 1963 年在明尼苏达大学担任机械工程教授，是仪器仪表、振动分析和机器设计方面的专家。正是他发明了可伸缩的汽车安全带，在汽车碰撞过程中自动收紧，同时飞机黑匣子颜色，他还改进减震液压保险杠、嵌入式仪表板和可折叠转向柱等。Ryan教授喜欢碰撞实验，也为他赢得了“碰撞狂人”之雅称。
Ryan在二战期间帮助设计了精密记录高度计、加速度计和张力计。随着喷气式飞机时代的到来，Ryan教授成为美国空军项目的首席研究员，该项目旨在确定弹射飞行员在什么高度和速度下打开降落伞是安全的——或者用自动释放装置来打开降落伞。
他在该项目上的工作为开发准确且可生存的飞行数据记录器奠定了良好的基础。
1948年前后，飞行数据记录仪的项目由民用航空委员会提出，并把这个任务交给了众所周知的食品企业“通用磨坊”（General Mills，NYSE：GIS）。目前通用磨坊是世界第六大食品企业，总部设于美国明尼苏达州明尼阿波利斯黄金谷，我们熟知的哈根达斯、湾仔码头、绿巨人都是此公司旗下产品。这样的任务怎么会交给一个食品企业呢？因为这个公司拥有一个开发各种设备的机械部门，自“二战”以来，通用磨坊一直为美国空军以及其他军事部门开发精密设备。公司机械部接到“FDR”项目后，选译与同在明尼苏达州的Ryan教授合作。所以做出来的飞行记录仪称为“通用磨坊飞行记录器”。
Ryan在这方面颇有天赋，很快开发了第一台可在碰撞中幸存的机械飞行数据记录器。飞行数据也被称为“黑匣子”——它们实际上是亮橙色。这种独特的颜色，以及贴在记录仪外部的反光带，有助于调查人员在事故发生后找到黑匣子。
Ryan 的早期设备大约有一个面包盒那么大，有两个隔间。一个隔间包含测量设备、高度计、加速度计和空速指示器，另一个隔间包含记录设备。Ryan 的研究为现代飞行数据记录器奠定了基础，为航空安全做出了巨大贡献。他的基本分区设计至今仍在飞行数据记录仪中使用。他的设计的改进后的产品是所有商用和军用飞机上的必需设备。因此，Ryan也被称为“黑匣子之父”（当然澳大利亚人不会这么认为，之后会提到）。
虽然是民用航空委员会的项目，虽然产品很好，但还是得不到航空公司的认同，没有公司肯使用。经过多年的游说，航空公司才接受它。到 1957年，民用航空委员会（不久成为联邦航空管理局的一部分）裁定，所有超过12,500 磅的飞机都必须配备飞行数据记录器。现在，没有它，任何商用飞机都无法起飞。
第二位科学家是由洛克希德飞机公司的航空工程师 Edmund A. Boniface Jr。他独立发明“驾驶舱记录仪”（CVR）并获得专利。Boniface 参与了 1940 年代的飞机失事调查以及两架洛克希德 Electra涡轮螺旋桨飞机（1959 年由布兰尼夫航空公司运营的 542航班和 710 航班运营的两架洛克希德 Electra 涡轮螺旋桨飞机中的每一个在巡航高度失去一个机翼的事故调查）由西北东方航空公司在 1961 年）导致他想知道飞行员在失去机翼之前和下降期间可能会说什么，以及在失去机翼之前或期间可能发生的任何声音或爆炸的类型和性质。
他最初于 1961 年 2 月 2 日以“飞机驾驶舱录音机”的身份向美国专利局提交申请。1961 年的发明被一些人视为“侵犯隐私”。随后，Boniface 于 1963 年 2 月 4 日再次申请“驾驶舱录音机”（美国专利 3,327,067），增加了一个弹簧加载开关，允许飞行员在结束时擦除音频/录音带录音。安全飞行和着陆。
Boniface的专利是一种用于记录飞行员讲话和发动机声音或其他声音的设备，该设备“与飞行中的录音机一起装在一个密封的容器内，该容器是防震、防火和防水的”，并且“以这样的方式密封：能够承受坠机火灾期间的极端温度”。CVR 是一种模拟设备，它提供了一个连续擦除/记录循环（持续 30 分钟或更长时间）的所有声音（爆炸、声音和任何飞机结构部件严重断裂和破损的噪音），这些声音可以在驾驶舱内听到。
第三位科学家是澳大利亚科学家大卫·沃伦(David Warren，1925年3月20日-2010年7月19日)，这是由他的特殊背景决定的。其父休伯特·沃伦是一位牧师，1934年10月19日乘客机飞往悉尼时，飞机坠于大海，逝于空难。
当时，年仅八岁的大卫惊闻噩耗，抱着父亲送给他的矿石收音机痛哭不止。（矿石收音机简称矿石机，是利用天然矿石作为检波元件，加上天线、地线、调谐电路和耳机等制成的收音机。）
家人期望逐渐长大的大卫子承父业，成为一名牧师。然而，大卫在拆卸无数次矿石收音机之后，已经着迷于科学，立志在科学上有所建树。
20 多岁时，大卫·沃伦 (David Warren) 攻读悉尼大学的科学学位、墨尔本大学的教育文凭和伦敦帝国理工学院的化学博士学位。他的专长是火箭科学，并在航空研究实验室（ARL）担任研究员，该实验室隶属于澳大利亚国防部，专注于飞机研究。
1953年，拿到博士学位的大卫被安排参与调查英国哈维兰彗星客机（De Havilland Comet）为什么总是从天空坠落。该款客机由英国哈维兰公司制造，是全球第一款喷气式民用客机。
对大卫来说，调查飞机坠落之迷是他的心愿所在。他的父亲20多年前逝于空难。
项目部在墨尔本国防科学技术组织的航空研究实验室 (ARL)。在这里，大卫构思了一种设备，该设备不仅可以记录仪器读数，还可以记录飞机上的声音。座舱。1954年，他发表了题为《飞机事故辅助调查装置》的报告。
大卫于 1956 年制造了一个名为“ARL飞行记忆单元”的原型FDR，并于 1958 年制造了第一个 FDR/CVR 组合原型。它的设计考虑了民用飞机，明确用于坠机后检查目的。ARL 指派了一个工程团队帮助沃伦将原型开发到机载阶段。该团队由电子工程师 LaneSear、Wally Boswell 和 Ken Fraser组成，开发了一种工作设计，其中包括一个防火和防震外壳、一个用于在一根电线上编码和记录飞机仪表读数和语音的可靠系统，以及一个接地基于解码设备。起初，来自世界各地的航空当局基本上不感兴趣，澳大利亚飞行员工会的人轻蔑地说：“这是为了让老大哥（英国）监听咱们吗？”的确，飞行员们不想在驾驶舱里安装一个录音机。
但这种情况在 1958 年发生了变化，当时英国航空注册委员会秘书罗伯特·哈丁汉姆爵士访问了ARL，并被介绍给了大卫·沃伦。Hardingham 意识到了这项发明的重要性，并安排 Warren 在英国展示了原型。
根据大卫的回忆，英国人对他的发明很感兴趣。BBC英国广播公司的电视和广播节目采访沃伦，介绍他的发明。学过数字电路的人都知道，会把一种功能电路叫“黑匣子”，也就是说不管里面是什么东西，只知道它能实现什么功能。BBC的记者可能觉得叫飞行记录仪太复杂了，就称为“黑匣子”，于是大卫的发明就有了一个俗称：黑匣子。另有说法称，这个系统由位于米德尔塞克斯的英国 S. Davall & Sons Ltd 公司制造，因其形状和橙红色而被命名为“红蛋”。
英国米德尔塞克斯的一家公司第一个拿到生产许可，开始生产。
1958年，第一批“黑匣子”走下生产流水线。它们的颜色不是黑的，而是耀眼的橙红色，并一直保持这个颜色至今。鲜艳的橙色是为了飞机失事坠毁后便于寻找识别。
今天的“黑匣子”，耐火，耐水，耐腐，耐撞击，纪录所有语音和飞行数据，是全球每一架航班上的必备装置。
沃伦发明“黑匣子”后的50多年里一直默默无闻，直到2002年被授予澳大利亚勋章（Officer of the Order ofAustralia AO)，表彰他对航空工业的贡献。
沃伦没有拿到过一分钱的黑匣子发明专利。对此沃伦看的很淡，他曾开玩笑说，澳大利亚国防部没找他要钱就算好的了，因为他的许多发明想法最终没搞成，政府没有收费。
沃伦下葬的棺木上，按照他生前的嘱咐，印有这样一行警示：“飞行记录仪发明者：不要打开”。
其他说明：
在波音787 中，这些单元可以记录多达146,000 个参数，每次飞行都会产生数 TB 的数据。令人难以置信的大量数据是一把双刃剑。它非常适合监控飞机，但它会使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。
飞机传感器收集的所有数据都会发送到飞机前部的飞行数据采集单元(FDAU)。该设备通常位于驾驶舱下方的电子设备舱中。飞行数据采集单元是整个数据记录过程的中层管理者。它从传感器获取信息并将其发送到黑匣子。
黑匣子还配备了水下定位信标(ULB)。如果您查看黑匣子的图片，您几乎总是会看到一个小的圆柱形物体连接到设备的一端。虽然它兼作提手，但这个圆柱体实际上是一个信标。
如果飞机坠入水中，信标会发出超声波脉冲，人耳听不到，但声纳和声学定位设备很容易检测到。信标侧面有一个浸没传感器，看起来像一个靶心。当水接触到这个传感器时，信标被激活。
信标发出 37.5 千赫兹 (kHz) 的脉冲，可以传输深达 14,000 英尺（4,267 米）的声音。一旦信标开始 ping，它将每秒 ping 一次，持续 30 天。该信标由保质期为六年的电池供电。在极少数情况下，信标可能会在高冲击碰撞期间折断。
在美国，当调查人员找到一个黑匣子时，它会被运送到美国国家运输安全委员会(NTSB) 的计算机实验室。在运输这些设备时要特别小心，以避免对记录介质造成任何进一步的损坏。在发生水事故的情况下，记录仪被放置在较冷的水中，以防止它们变干。
找到黑匣子后，调查人员将记录仪带到实验室，在那里他们可以从记录仪下载数据并尝试重现事故事件。此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对记录仪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即可在记录器上播放它。使用固态记录器，调查人员可以在几分钟内通过 USB 或以太网端口提取存储的数据。很多时候，从残骸中取回的录音机被凹痕或烧毁。在这些情况下，内存板将被移除、清理并安装新的内存接口电缆。然后将内存板连接到工作记录仪。该记录仪具有特殊的软件，可以方便地检索数据，而不会覆盖任何数据。
通常会请来一个专家团队来解释存储在 CVR 上的录音。该小组通常包括航空公司和飞机制造商的代表、NTSB 运输安全专家和 NTSB 航空安全调查员。该小组还可能包括一名来自FBI的语言专家，如果需要，还包括一名口译员。该板试图解释 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的唯一幸存者，因此提供了任何其他方式无法获得的重要线索。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。
这样的系统消除了对可能在碰撞中被破坏的盒子的绝望搜索，并且也可能更可靠。不过，就目前而言，黑匣子仍然是每天的必需品，因为成千上万的飞机飞上天空，让数百万人飞到世界各地。
———END———
限 时 特 惠： 本站每日持续更新海量各大内部创业教程，一年会员只需98元，全站资源免费下载 点击查看详情
站 长 微 信： Lgxmw666
