航空记录仪的广泛使用直到二战后才开始进行。从那时起，黑匣子的记录介质得到了发展，以记录有关飞机运行的更多信息。
较旧的黑匣子使用磁带，这是 1960 年代首次引入的技术。像任何磁带录音机一样工作。聚酯薄膜带被拉过一个电磁头，在磁带上留下一些数据。如今，黑匣子使用1990 年代出现的固态存储板。
固态记录器被认为比磁带更可靠。使用存储芯片的堆叠阵列，因此它们没有移动部件。由于没有活动部件，因此维护问题更少，并且在碰撞过程中损坏的可能性也降低了。
来自 CVR 和 FDR 的数据都存储在可生存内存单元(CSMU)内的堆叠内存板上。内存板有足够的数字存储空间来存储 CVR 的 2 小时音频数据和 FDR 的 25 小时飞行数据。
飞机配备传感器，可收集加速度、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。磁带记录器可以跟踪大约 100 个参数，而固态记录器可以跟踪更多。
例如，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。
无论旧版本还是完全现代化的系统，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。
两个黑匣子都由两个发电机中的一个供电，这些发电机从飞机的发动机中汲取能量。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。
驾驶舱录音机在几乎每架商用飞机上，驾驶舱都内置了几个麦克风，用于收听机组人员的谈话。这些麦克风还可以跟踪驾驶舱内的任何环境噪音，例如开关被抛出或任何敲击或砰砰声。飞机驾驶舱内可能有多达四个麦克风，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。在驾驶舱中，还有一个称为相关控制单元的设备，它为进入 CVR 的音频提供前置放大。四个麦克风分别放置在飞行员的耳机、副驾驶的耳机、第三名机组人员的耳机（如果有第三名机组人员）和驾驶舱中心附近，用于接收音频警报和其他声音。
大多数磁带 CVR 存储最后 30 分钟的声音。他们使用连续的磁带循环，每 30 分钟完成一个循环。随着新材料的记录，最旧的材料被替换。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。
飞行数据记录仪
飞行数据记录器 (FDR) 旨在记录飞机系统的运行数据。有传感器从飞机上的各个区域连接到飞行数据采集单元，该单元连接到 FDR。因此，每当飞行员拨动开关或转动旋钮时，FDR 都会记录每个动作。
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，具体取决于飞机的大小。磁带记录器可以记录多达 100 个参数。固态 FDR 可以记录数百甚至数千个。
1997 年 7 月 17 日，FAA 发布了联邦法规，要求在 2002 年 8 月 19 日之后制造的飞机上记录至少 88 个参数。以下是大多数 FDR 记录的一些参数：
- 时间
- 气压高度
- 空速
- 垂直加速度
- 磁航向
- 控制柱位置
- 方向舵踏板位置
- 控制轮位置
- 水平稳定器
- 燃油流量
固态记录器可以跟踪比磁带更多的参数，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。
为生存而生
飞机失事是暴力事件。在许多此类事故中，唯一能够幸存的设备是飞行数据记录器和驾驶舱语音记录器的碰撞幸存存储单元(CSMU)。通常情况下，录音机的底盘和内部组件的其余部分都被损坏了。CSMU 是一个大圆柱体，用螺栓固定在记录仪的平坦部分上。该设备经过精心设计，可承受极端高温、剧烈碰撞和大量压力。在较旧的磁带录音机中，CSMU 位于一个矩形盒子内。
使用三层材料，固态黑盒中的 CSMU 绝缘并保护存储数字化数据的存储板堆栈。
下面仔细看看为内存板提供屏障的材料，从最里面的屏障开始，然后向外延伸：
- 铝制外壳：存储卡堆栈周围有一层薄薄的铝。
- 高温绝缘：这种干二氧化硅材料厚 1 英寸（2.54 厘米），可提供高温热保护。这就是在事故后火灾期间保持内存板安全的原因。
- 不锈钢外壳：-- 高温绝缘材料包含在大约 0.25 英寸（0.64 厘米）厚的不锈钢铸造外壳内。钛也可以用来制造这种外层盔甲。
这些硬化外壳非常重要。如果没有足够的保护，所有的飞行数据都会被破坏。因此，为了确保数据安全，工程师们非常愤怒地攻击他们的黑匣子，看看他们的产品是否能够承受极端的滥用。
测试崩溃可生存内存单元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。请记住，只有 CSMU 必须在碰撞事故中幸存下来——如果事故调查员有这个条件，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 内部的内存板上。读取时会检查此模式，以确定是否有任何数据因碰撞、火灾或压力而损坏。
有几个测试构成了碰撞生存序列：
- 碰撞冲击：研究人员将 CSMU 击落空气炮，产生 3,400 Gs 的冲击力（1 G 是地球的重力，它决定了某物的重量）。在 3,400 Gs 时，CSMU 以相当于其重量 3,400 倍的力击中铝蜂窝目标。这种冲击力等于或超过记录仪在实际碰撞中可能经历的冲击力。
- 销钉跌落：为了测试该装置的抗穿透性，研究人员将一个 500 磅（227 千克）重的重物从底部突出的 0.25 英寸（0.64 厘米）钢销从 10 英尺（3 米）的高度落到 CSMU 上）。该销钉在其后面 500 磅，撞击 CSMU 气缸最脆弱的轴。
- 静态挤压：在五分钟内，研究人员对装置的六个主轴点中的每一个点施加 5,000 磅/平方英寸 (psi) 的挤压力。
- 火灾测试：研究人员将装置放入丙烷源火球中，使用三个燃烧器对其进行烹饪。该装置在 2,000 华氏度（1,100 摄氏度）的火中放置一小时。美国联邦航空局要求所有固态记录器能够在此温度下存活至少一小时。
- 深海浸没：将 CSMU 置于加压盐水罐中 24 小时。
- 盐水浸没：CSMU 必须在盐水箱中存活 30 天。
- 流体浸入：将各种 CSMU 组件放入各种航空流体中，包括喷气燃料、润滑剂和灭火剂化学品。
在火灾测试期间，将内存板连接到电路板的内存接口电缆被烧掉。设备冷却后，研究人员将其拆开并拉出内存模块。他们重新堆叠内存板，安装新的内存接口电缆并将该单元连接到读出系统，以验证所有预加载的数据都已计入。
黑匣子通常直接卖给飞机制造商并由飞机制造商安装。两个黑匣子都安装在飞机的尾部——把它们放在飞机的后部会增加他们生存的机会。记录仪的精确位置取决于各个平面。有时它们位于厨房的天花板、后货舱或覆盖飞机后部的尾锥中。
尽管它们被称为“黑匣子”，但航空记录仪实际上被涂成亮橙色。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。当飞机降落在水中时，这些特别有用。黑匣子一词有两个可能的起源：有些人认为这是因为早期的记录器被涂成黑色，而另一些人认为它指的是事故后火灾中发生的炭化。
除了油漆和反光带外，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灯塔。
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。
检索信息
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。
黑盒的未来黑盒技术有各种潜在的改进。最明显的是，当前的系统不会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一直试图在黑匣子系统中实现视频功能，但许多飞行员坚决拒绝允许视频，称此类系统侵犯了他们的隐私，而目前的数据捕获对于事故调查员来说已经足够了。
NTSB 继续坚持认为，在调查飞机失事时没有太多信息。目前，视频录制仍处于暂停状态。
但这项技术已经准备就绪。例如，空中客车公司在其所有直升机上都安装了 Vision 1000 系统。Vision 1000 摄像头安装在飞行员脑后，以每秒四帧的速度记录飞行员的动作和驾驶舱区域以及挡风玻璃外的视野的视频。它重约半磅，只需要电源和 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，一些立法者一直在推动《拯救航空和飞行增强法案》，该法案要求的不是一台，而是两台飞行记录仪，其中包括一台在事故发生时自动从飞机上弹出的记录仪。这种自弹出记录器更容易定位，不太可能遭受灾难性损坏。不过，到目前为止，该法律尚未通过国会。
黑匣子不仅适用于飞机。它们现在已集成到多种类型的车辆中。你甚至可能在你的车里有一个，虽然你不知道。大约 90% 的新车配备事件数据记录器 (EDR)，可跟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而设计的，但事故调查员可以而且确实使用 EDR 数据来更好地了解残骸……有时，还可以在事故发生后推卸责任。
当谈到安装在飞机上的黑匣子时，它们完全有可能被淘汰。飞机可能很快就会将所有重要数据直接传输到地面站，而不是记录到盒子中。这些系统已经存在。例如，AeroMechanical Services 的 FlyhtStream 空对地系统通过卫星将飞行数据发送到基地。
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。
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