黑匣子
黑匣子”Black box)作為飛行記錄器的俗稱，它是現代飛機的標準電子設備之一。現代“黑匣子”能記錄客機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是事故分析的重要證據來源，也是正確判斷事故的數據來源。
1953年，澳大利亞墨爾本航空研究實驗室的科學家大衛·受音樂錄音設備的啟發，沃倫博士創造了“黑匣子”的雛形。1957年，美國民航局規定重量超過九噸的飛機必須安裝飛行記錄儀，以加強對飛機的保護。在20世紀60年代，美國、英國和其他國家的政府和民航當局相繼發布規定，要求所有商用飛機攜帶飛行記錄器。此后，飛行記錄儀逐漸成為全球民航飛機的標配。
黑匣子通常安裝在機尾最安全的位置。安裝在現代飛機上“黑匣子”由兩個設備組成。一個是飛行數據記錄器；另一個是駕駛艙語音記錄器。飛機上的所有電子儀器儀表和所有機械部件都裝有傳感器，并與“黑匣子”相連。作為關系飛行安全的重要航電設備，黑匣子具有很強的抗沖擊能力、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能力可以在各種飛機事故中保存內部存儲的信息。
發展歷史
名稱由來
黑匣子是一個飛行信息記錄系統（或者飛行參數記錄器）的俗稱。但事實上，黑盒并不黑為了方便事故發生后的搜尋工作，黑匣子的外觀為橙色，表面還貼有反光標識，方便夜間搜尋。在飛機上安裝黑匣子的想法最初是在20世紀50年代提出的當時飛機上的電子設備存放在大小統一的黑匣子中，黑匣子記錄的數據主要用于航空事故調查，非常神秘。同時，事故發生后，部分黑匣子被燒毀，外觀被熏黑，因此被稱為“黑匣子”
研發背景
1908年，世界上發生了第一起軍用飛機事故。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攝影原理發明了錄音機，隨后一位英國工程師發明了鋼絲錄音機。但這些記錄儀僅用于記錄飛行試驗數據，不具備防破壞功能，也不適用于飛行事故調查。
二戰后，哈維蘭航空公司開發了世界 美國第一架噴氣式客機“彗星”引領世界進入噴氣式民航時代，但1952年才正式投入民航運營“彗星”客機事故頻發，1953年至1954年間發生了三起墜機事故“彗星”該品牌受到了重創。作為英聯邦成員，澳大利亞研究人員也參與其中“彗星”在客機墜毀的調查中。當時，澳大利亞民航部門負責航空燃油的研究員大衛·沃倫（David Warren）提出了一種設備的想法，即在記錄飛機儀表讀數的同時記錄駕駛艙內的聲音。
誕生歷史
1953年，澳大利亞墨爾本航空研究實驗室的科學家大衛·受音樂錄音設備的啟發，沃倫博士創造了“黑匣子”的雛形。后來，他繼續完善自己的想法，認為這種設備需要具有很強的耐火性，可以像微型錄音機一樣由耐熱金屬材料制成，并且可以自動消磁以確保可以記錄飛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，他利用業余時間不斷提高。沃倫在國內外兩次發表了這份報告，但沒有引起廣泛關注。
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，與其他科學家和工程師一起改進這一模型并投入生產。這是沃倫第一次獲得如此切實的認可。沃倫決定冒險親自進行實驗他帶著這個設備前后飛了四天去英國，飛機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據，證明了該裝置的功能。這種錄音機在英國得到了廣泛的認可，一名當地記者在一條短信中給它起了一個新名字——“黑匣子”
1960年，福克友誼飛機公司（Fokker Freeden Spitz aircraft）它在澳大利亞昆士蘭州墜毀，事故調查過程非常艱難澳大利亞政府開始重視飛行記錄系統，并要求該國所有飛機都必須安裝該系統“黑匣子”在20世紀60年代，美國、英國和其他國家的政府和民航當局相繼發布規定，要求所有商用飛機攜帶飛行記錄器。此后，飛行記錄儀逐漸成為全球民航飛機的標配。
更新換代
第一代黑匣子誕生于20世紀50年代初，是在為飛機設計飛行試驗記錄設備的基礎上改進而來的其工作原理是用針在金屬箔上留下劃痕來反映數據變化曲線，只記錄航向、高度、空速、垂直過載和時間等五個飛行參數。
黑匣子第二代黑匣子出現于20世紀50年代末，其工作原理與普通磁帶機相似，但在磁帶機外部裝有防撞擊裝置、防火保護殼，根據當時FAA發布的第一個黑匣子標準TSO-C51，要求黑匣子能承受100g（重力加速度）沖擊持續11毫秒，1100℃、30分鐘的火燒。1966年，該標準更新為TSO-C51a，強度沖擊指數提高到1000g，抗穿透性增強、靜態擠壓、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，同時還有一個駕駛艙音頻記錄器。
第三代黑匣子出現在20世紀90年代。隨著微電子技術的飛速發展，黑匣子開始使用半導體存儲器來記錄數據隨著人們對飛機墜毀時黑匣子損傷的認識不斷加深，黑匣子抗墜毀能力的標準更新為TSO-C124，抗強沖擊指數提高到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，FAA發布了TSO-C124a標準，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，功能已經從飛行事故調查逐漸延伸到飛行員日常監控、飛機故障診斷和維護。
21世紀以來，新一代黑匣子可以記錄視頻信息，記錄的參數數量多達數千個，黑匣子的關鍵數據可以通過衛星等數據鏈路定期傳輸。然而，由于通信帶寬信號盲區和氣象環境的影響，實時數據傳輸模式并不能完全取代傳統黑匣子的作用。此外，還出現了一種新型的投擲式黑匣子，它可以在飛機墜毀時自動與機身分離，并具有水上漂浮和無線電、衛星定位功能。
中國發展
雖然中國 美國飛機黑匣子技術起步較晚，一直遵循國際民航標準，其產品開發經歷了四代。AVIC陜西前山航空電子有限公司（簡稱：中航工業千山）作為中國飛機黑匣子的誕生地和唯一的專業化企業，它建成了中國唯一的國家級飛機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體記錄介質的黑匣子；1991年取得我國第一張機載設備適航證；2000年，TSO研制成功-C124a標準黑匣子；2012年，我們成功開發了抗高速飛機墜毀的黑匣子，其性能超過了TSO-C124b標準要求。目前開發了一種新型拋黑匣子，可以浮在水面上、無線電和衛星定位功能。
基本設計
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。
結構功能
客機上目前安裝了什么“黑匣子”由兩個設備組成。一個是客機飛行數據記錄儀；另一個是駕駛艙語音記錄器。客機上的所有電子儀器儀表和所有機械部件都裝有傳感器，并與“黑匣子”相連。
飛行數據記錄儀：飛行數據記錄器，英文縮寫為FDR，主要用于記錄飛機的各種飛行數據。飛行數據記錄儀開啟后，實時記錄飛行時的各種飛行參數，可保存25小時一旦飛行時間超過這個限制，數據記錄器就會自動更新，原來保存的舊數據會被新數據覆蓋。傳感器安裝在機器的所有儀器和機械部件上。飛機通電后，所有傳感器從不同區域連接到飛行數據采集單元，然后連接到飛行數據記錄儀。
1997年7月17日，美國聯邦航空管理局發布了《聯邦法規》，要求在2002年8月19日之后制造的飛機上記錄至少88個參數。以下是大多數FDR記錄的一些參數：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、水平穩定器、燃油流量等。但大多數現代飛機的黑匣子記錄的數據比這個最低要求多得多。例如波音737-800飛機上搭載的FDR可以記錄1500多個參數，空客A380飛機上搭載的FDR可以記錄2800多個參數。
在事故調查中，FDR是還原事故真相的核心。FDR中存儲的數據主要分為數字數據（Digital data）模擬數據（Analog data）離散數據（Discrete data）三大類，參數總數超過1000。所有可以記錄的飛行相關參數都記錄在FDR上，包括但不限于高度、速度、航向、俯仰角、滾轉角、垂直速度和單位操作，如方向盤桿量、油門等重要參數。這些參數對重現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。利用這一設備，“黑匣子”客機內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、機長、空姐 對乘客的講話和爆炸、應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。磁帶記錄了飛機停止工作或墜毀前半小時內的電話和聲音;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系船員和船員飛機機艙的活動。有時，我們可以通過記錄來識別和判斷機器部件的工作狀況，這可以為人們提供分析和研究的依據，從而對事故做出正確的結論。在飛行中關閉CVR是非法的。
CVR記錄聲音和大量數據。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耳機音頻和船長 s麥克風音頻、副駕駛耳機音頻和副駕駛麥克風音頻、觀察者耳機音頻和觀察者麥克風音頻，寬帶帶寬范圍均為150-6500 Hz，即駕駛艙環境音。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（飛機通信尋址和報告系統）數據。如：
1.自動相關監視（ADS）目標主動報告其位置信息以供外部監控的一種技術；
2.控制器——導頻數據鏈路通信（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布和接收。
3.數據鏈飛行信息服務（D-FIS）一種地理空間數據鏈路廣播應用程序，允許飛行員通過數據鏈路從地面計算機系統請求和接收FIS信息，包括ATIS（終端自動信息廣播服務）機場氣象報告服務、終端氣象服務、風切變咨詢服務、航行通告服務、跑道視程服務、機場預報服務、重要氣象信息服務和臨時地圖服務。
4.航空運營管理（AOC）用于與飛機及其航空公司或地面服務合作伙伴通信的一組或所有應用程序。
安裝位置
現代飛機一般配備1~2套“黑匣子”，個別戰機也有三架安裝“黑匣子”的。一般安裝一架小型飛機“黑匣子”安裝2架大中型飛機“黑匣子”通常一個安裝在前面，一個安裝在尾部。它安裝在飛機的前部，因為大多數機載設備都集中在駕駛艙內，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計發現飛機尾部的相對位置較高飛機墜毀后通常不容易完全損壞安裝在尾部的一些機載儀器和設備也不容易損壞所以它將“黑匣子”安裝在尾部位置。
技術要求
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。為了經受住強烈的沖擊，“黑匣子”它通常會經過一系列測試，包括碰撞和沖擊測試、落針試驗、靜態擠壓試驗、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境或條件都是在空難發生時進行的“黑匣子”可能面臨的考驗。
根據歐洲民用航空設備組織（EUROCAE）ED于2013年9月發布-112A文件確定的黑匣子防碰撞國際技術標準，防碰撞機載記錄系統的最低性能規范必須滿足以下要求“生存能力標準”承受3400克的沖擊；承受5000磅（約2268公斤）靜態壓力；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（ULB）當記錄器浸入水中時，ULB將自動激活并發送90天信號以幫助定位黑匣子。
搜索方式
陸上搜索：通常在陸地尋找“黑匣子”方式是搜救人員在飛機失事地點附近進行拉網式搜索，使用外觀明亮的黑匣子、用于搜索的獨特顏色和反光標志。同時，可以使用金屬探測器和搜救犬以及無人機、無人駕駛車輛等先進設備搜尋黑匣子。
水下搜索：黑匣子的水下定位主要依靠水下定位信標（ULB, underwater locator beacon）它是一個電池供電的水下超聲波脈沖發生器，牢固地安裝在黑匣子外面。一旦黑匣子入水，信標上的水敏開關啟動信標工作，通過信標的金屬外殼，頻率為37.向周圍水域發射5kHz的超聲波信號，每秒一個脈沖。它的內置電池可以連續工作至少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。
信標可以在6096米的深度發射超聲波，但它只能被距離信標1800~3600米范圍內的儀器探測到，以及海水的狀態、周圍的船只、海洋動物、輸油管道等因素造成的環境噪聲會影響信標的探測范圍。
當水下定位信標發出信號時，可以通過專門的聲納探測器進行定位。由于信標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，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，則需要進行專門的搜索、一般水下線控機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器人攜帶的海底聲納掃描設備、信標方位定位器、深海攝像頭定位黑匣子，機械手打撈黑匣子。
其它應用
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、記錄關于車輛行駛的里程和其他狀態信息、可通過接口存儲和輸出數據的數字電子記錄裝置。它記錄了汽車運行過程中的各種綜合信息數據，可以幫助相關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，提高交通管理執法和運輸管理水平、對保障車輛運行安全具有重要的現實意義。
船用黑匣子
船舶黑匣子，學名船舶航行數據記錄儀或簡易航行數據記錄儀 (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據的儀器在事故發生前后的一段時間內處于安全和恢復狀態、舶動態、物理狀況、命令和操縱信息。當船舶發生事故時，這些信息數據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”它采用智能微機技術和傳感技術來改變機車的運行時間、速度、制動器和其他機械的位置和操作，接地線狀態、固定信號的顯示、司機 s操作，以及交通調度指揮人員的指揮指令等信息“密封”記錄在案。當機車返回機務段時，微機分析員可以調用它“黑匣子”為了有效地監督機車乘務員s標準化作業和機車運行的經濟指標，記錄在。