低空穿越航线原理

为了实现低空范围内的航线规划,首先通过转换坐标系,将多元问题转换为求各个航迹点纵坐标的单元问题,然后在综合考虑航迹段长度和威胁环境的约束条件下,通过建立两个约束条件的数学模型,最终确立头脑风暴算法（BSO）的目标函数,进而求取最优解,实现低空范围内的航线规划。在此基础上对传统头脑风暴算法进行改进,用密度聚类（DBscan）算法替代了k均值聚类（k-means）算法。仿真实验证明,改进后的算法较传统算法寻优能力更强,最终得到的航迹段更短,更适用于航线规划风切变是指大气中距离较短的两点之间风速或风向的剧烈变化，会导致航空器航 迹偏离，严重的则可能使航空器失去稳定。据统计，1950年至2000年间，共有39起由风切 变引起的航空事故，造成400余人员伤亡。而低空风切变出现在600米以下空域，具有时间 短、尺度小、强度大的特点，从而带来了探测难、预报难、航管难、飞行难等一系列困难，是一 个不易解决的航空气象难题。因此，结合飞行模拟器进行低空风切变下的地面飞行实验和 数据分析对于研宄应对方案具有重要意义。

[0003] FlightGear是一款开源飞行模拟器。项目始于1997年，主要目标是为学术科研 领域创造一个尖端的飞行模拟器框架，也可拓展到飞行训练，虚拟仿真，模拟飞行游戏等方 面。其支持全球三维实景，20000多个跑道、400多种航空器、跨平台、多人联飞、多样的开放 飞行数据模型等功能。FlightGear具有多款高精度的飞行动力学模型，并且具备强大的应 用数据接口。同时，FlightGear独特的属性管理机制--"属性树"为风切变下的飞行模拟 仿真数据分析提供了简单而完备的飞行数据获取渠道，增加了平台的灵活性和实用性。鉴 于其开源性以及其灵活的数据接口，选择FlightGear作为仿真平台有助于对低空风切变 研宄的开展。

[0004] 国内外学者对低空风切变与飞行模拟器的融合方面进行了大量的研宄。1983年夏 天，联合机场天气研宄（JointAirportWeatherStudies，简称JAWS)项目使用多普勒雷达 观测记录了约70次微下击暴流事件，对其中的典型气流数据进行分析，并整理成特定形式 用于飞行模拟器的研宄；随后，MichaelIvan根据JAWS提供的数据提出了一种基于涡环方 法建立的实时微下击暴流数学模型，为低空风切变下的飞行模拟提供了建模基础。国内方 面，高振兴等建立了低空微下击暴流的三维模型，根据Boeing747-100B航空器建模数据搭 建了高精度飞行动力学模型，并基于两者对大型航空器穿越低空微下击暴流和大气紊流的 动力学响应问题展开研宄；张冉使用Simulink建立了低空风切变下大型航空器全包线六 自由度非线性模型并进行了实时仿真、反应式风切变探测算法研宄与航空器穿越风切变进 近的控制律设计。综上所述，多数研宄均基于Simulink、Matlab等仿真平台展开，虽仿真精 度高却局限于单一机型，若需探宄多种机型的响应则需重新进行飞行动力学建模，工作繁 琐耗时较长。

发明内容

[0005] 为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能够适用于多种机型的模拟航空 器穿越低空风切变区的方法。

[0006] 为了达到上述目的，本发明提供的模拟航空器穿越低空风切变区的方法包括按顺 序进行的下列步骤：

[0007] (1)标准飞行条件下记录飞行控制参数及飞行动力参数的S1阶段；

[0008] (2)低空风切变场建模，获得风切变区域风速数据的S2阶段；

[0009] (3)根据步骤⑴得到的标准飞行条件下的飞行控制参数与步骤⑵得到的风切 变区域风速数据，综合形成FlightGear平台控制数据的S3阶段；

[0010] (4)根据步骤（3)得到的综合控制数据，控制FlightGear平台模拟航空器穿越低 空风切变区的飞行动力参数的S4阶段；

[0011] (5)根据步骤⑴得到的标准飞行条件下的飞行动力参数与步骤⑷得到的穿越 风切变区域的飞行动力参数，形成飞行数据的实时比较的S5阶段。

[0012] 在步骤（1)中，所述的标准飞行条件下记录飞行控制参数及飞行动力参数的方法 是基于FlightGear平台仿真标准飞行场景，利用该平台的JSBSim飞行动力学模型、3D视 景系统以及完备的机型库，通过包括外接 *** 纵杆、鼠标、键盘在内的外部输入设备 *** 控航空 器，以产生一组标准飞行下的飞行控制参数及飞行动力参数，并将这两种参数记录到CSV 格式的飞行日志文件中。

[0013] 在步骤（2)中，所述的低空风切变场建模，获得风切变区域风速数据的方法是根 据微下击暴流风场数据的特征，利用Fluent软件搭建微下击暴流仿真物理模型，模型采用 结构化网格划分，并利用速度入口边界条件设定流动入口边界的速度和标量，进而仿真出 低空风切变区域的风速数据。

[0014] 在步骤（3)中，所述的根据步骤（1)得到的标准飞行条件下的飞行控制参数与步 骤（2)得到的风切变区域风速数据，综合形成FlightGear平台控制数据的方法是搭建数据 通信平台，将步骤（1)得到的标准飞行下飞行控制参数与步骤（2)得到的风切变区域风速 数据综合成FlightGear平台控制数据，并以UDP数据格式向外发布。

[0015] 在步骤（4)中，所述的根据步骤（3)得到的综合控制数据，控制FlightGear平台 模拟航空器穿越低空风切变区的飞行动力参数的方法是通过FlightGear预留的UDP数据 接口接收步骤（3)综合成的FlightGear平台控制数据，使FlightGear平台仿真在原始标 准飞行控制参数下航空器受低空风切变干扰影响的飞行场景，并生成对应的飞行动力参 数。

[0016] 在步骤（5)中，所述的根据步骤（1)得到的标准飞行条件下的飞行动力参数与步 骤（4)得到的穿越风切变区域的飞行动力参数，形成飞行数据的实时比较的方法是根据步 骤（1)获得的标准飞行下飞行动力参数和步骤（4)获得的低空风切变条件下的飞行动力参 数，利用FlightGear的脚本语言Nasal及Canvas生成飞行数据的实时比较的可视化输出， 完成对低空风切变对飞行影响的分析。

[0017] 本发明提供的模拟航空器穿越低空风切变区的方法在准确地模拟航空器在穿 越风切变区域的状态变化的同时，还能够很好地支持多种机型的飞行仿真。该方法利用FlightGear平台进行标准飞行场景模拟，记录了此场景下的飞行控制参数及飞行动力 参数，并通过Fluent软件建立低空风切变场，获得了风切变区域风速数据，进而综合形 成FlightGear平台控制数据，模拟航空器穿越低空风切变区的状态。本发明方法利用 FlightGear标准飞行下飞行控制参数和风切变区域风速数据作为实验信息源，进行航空器 穿越低空风切变区模拟实验，实验结果表明，所提出的模拟航空器穿越低空风切变区的方 法可应用到低空风切变下的飞行训练及航空器无控 *** 作下穿越风暴核的飞行参数分析，具 有灵活性强、逼真度高的优点。

附图说明

[0018] 图1是本发明提供的模拟航空器穿越低空风切变区的方法流程图；

[0019] 图2是微下击暴流仿真物理模型图；

[0020] 图 3 是流场速度矢量分布图：（a)vQ= 30ft/s; (b)vQ= 50ft/s;

[0021] 图4是数据通信平台运行界面图；

[0022] 图5是基于FlightGear的低空风切变飞行模拟平台工作原理示意图；

[0023] 图6是飞行数据实时对比监视界面图；

[0024] 图7是B777-200ER穿越风暴核飞行参数曲线图：(a)高度变化曲线；(b)俯仰角变 化曲线；（c)空速变化曲线。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图和具体实例例对本发明提供的模拟航空器穿越低空风切变区的方 法进行详细说明。

[0026] 图1是本发明提供的模拟航空器穿越低空风切变区的方法流程图。

[0027] 如图1所示，本发明提供的模拟航空器穿越低空风切变区的方法包括按顺序进行 的下列步骤：

[0028](1)标准飞行条件下记录飞行控制参数及飞行动力参数的S1阶段：

[0029] 利用FlightGear平台的JSBSim飞行动力学模型、3D视景系统以及完备的机型库 仿真标准飞行场景，通过外部输入设备（如外接 *** 纵杆、鼠标、键盘等） *** 控航空器进行标 准飞行场景模拟，产生一组标准飞行下的飞行控制参数及飞行动力参数，并将这两种参数 记录到CSV格式的飞行日志文件中。

[

低空飞行是距地面100m到1000m之间的飞行，适用于训练、伞降、空投、侦察、强击和农林等作业。另：按飞行高度分为超低空飞行（离地面100m以下，可用于农林作业、旅游、搜索和救援、强击和脱离敌区等）、低空飞行（高度在100--1000m，可用于训练、伞降、空投、侦察、强击和农林作业等）、中空飞行（高度在1000—7000m，可用于训练、巡逻、轰炸和航线飞行）、高空飞行（高度在7000—15000m，可用于训练、侦察、轰炸、拦击、巡逻和航线飞行）、超高空飞行（高度大于15000m，可用于侦察、截击等）航空器在大气层内飞行，飞行高度一般在30Km以内；火箭和导d大多在大气层内飞行，而运载火箭和d道导d既在大气层内飞行，又在大气层外飞行；航天器是在大气层外的太空中飞行。按飞行速度分为五种情况：低速飞行（M<03）、亚声速飞行（M=03~08）低空飞行通常是指距地面或水面100m到1000m的飞行。[3]

军事上可以降低雷达对目标的发现率；缩短敌机的雷达探测距离；降低某些高射武器对我机的抗击效果。

民用领域低空飞行在农林作业、旅游、搜索、救援伞降空投等方面也起着重要作用。

低空飞行

领航特点

用地标定位的特点：低空飞行时难以看到较远的目标，需要使用航线附近的地标确定飞机位置，周围无明显地标时需要提升高度以获得地标信息。

无线电设备特点：低空飞行时飞机的无线电设备会受到不同程度的影响。特别是中长波无线电领航设备，精确度会出现明显的降低。这时要充分利用机上雷达补充有效探视距离和地标不足的缺陷。

偏流、地速秋风风的影响：低空飞行风速小，但受地形影响大，变化快，不易掌握规律因此在飞行行中应根据地形等情况适时进行测量。

1、无人机(UAV)的概念无人机（UnmannedAerialVehicle）就是利用无线遥控或程序控制来执行特定航空任务的飞行器，指不搭载 *** 作人员的一种动力空中飞行器，采用空气动力为飞行器提供所需的升力，能够自动飞行或远程引导；既能一次性使用也能进行回收。2、无人机系统的一般组成无人机系统包括地面系统、飞机系统、任务载荷和无人机使用保障人员。3、无人机的一般分类按用途分：劲鹰航拍无人机、无人侦察机、靶机、特种无人机、诱饵无人机等。按飞行方式分：固定翼无人机、旋翼无人机、扑翼无人机、飞艇。4、无人机的飞行控制无人机上没有驾驶员，所以无人机和飞行靠“遥控”或“自控飞行”。（1）遥控飞行遥控即对被控对象继续远距离控制，主要无线电遥控。遥控信号：遥控站通过发射机向无人机发送无线电波，传递指令，无人机上的接收机接收并译出指令的内容，通过自动驾驶仪按指令 *** 纵舵面，或通过其他接口 *** 纵机上的任务载荷。遥控站设有搜索和跟踪雷达，他们测量无人机在任意时刻相对地面的方位角、俯仰角、距离和高度等参数，并把这些参数输入到计算机，计算后就能绘出无人机的实际航迹，与预定航线比较，就能求出偏差，然后发送指令进行修正。此外，无人机还装备有无线电应答器，也叫信标机。它能在收到雷达的询问信号后，发回一个信号给雷达。由于信标机发射的信号比无人机发射的雷达信号要强得多，起到增加跟踪雷达的探测距离。下传信号：遥控指令只包含航迹修正信号是显然不够的，在飞行中无人机会受到各种因素的影响，无人机的飞行姿态也在不断变化，所以指令还需要包括对飞行姿态的修正内容。无人机上的传感器一直在收集自身的姿态信息，这些信息通过下传信号送到遥测终端，遥测终端分析这些信息后就能给出飞行姿态的遥控修正指令。遥控飞行的利弊：利：有利于简化无人机的设计，降低制造成本。弊：受无线电作用距离的限制，限制通讯距离通常只可达到320KM~480KM；容易受到电子干扰。（2）自控飞行自控飞行不依赖地面控制，一切动作都自动完成的飞行。为此，机上需要有一套装置来保证飞行航向和飞行姿态的正确，这套装置就是导航装置。通常的导航装置有：1惯性导航在机载设备上，它一般简称惯导。惯性导航是以牛顿力学为基础，依靠安装在载体内部的加速度计测量载体在三个轴向的加速度，经积分运算后得到载体的瞬时速度和位置，以及测量载体的姿态的一种导航方式。惯性导航完全依赖机载设备自主完成导航任务，工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰，不受气象条件限制。惯导系统是一种航位推算系统。只要给出载体的初始位置及速度，系统就可以实时地推算出载体的位置速度及姿态信息，自主地进行导航。纯惯导系统会随着飞行航时的增加，因积分积累而产生较大的误差，导致定位精度随时间增长而呈发散趋势，所以惯导一般与其他导航系统一起工作来提高定位精度。2卫星导航全球定位系统（GPS）由美国建立的一套定位系统，可以提供全球任意一点的三维空间位置、速度和时间，具有全球性、全天候、连续的精密导航系统。全球卫星导航分为三部分，包括空间卫星部分、地面监控、卫星接收机部分。在飞机上安装卫星接收机就能得到自身的位置信息和精确到纳秒级的时间信息。现在全球在使用的卫星导航系统还有：俄罗斯的glonass,欧洲的伽利略系统，还有中国正在建立的北斗系统。3多普勒导航多普勒导航是飞行器常用的一种自主导航系统，它的工作原理是多普勒效应。多普勒导航系统由磁罗盘或陀螺仪、多普勒雷达和导航计算机组成。磁罗盘或陀螺仪类似指北针，用于测出无人机的航向角，多普勒雷达不停沿着某个方向向地面发射电磁波，测出无人机相对地面的飞行速度以及偏流角。根据多普勒雷达提供的地速和偏流角数据，以及磁罗盘或陀螺仪提供的航向数据，导航计算机就可以不停地计算出无人机飞过的路线。多普勒导航系统能用于各种气象条件和地形条件，但由于测量的积累误差，系统会随着飞行的距离增加而使误差加大，所以一般用于组合导航中。4组合导航组合导航是指组合使用两种或两种以上的导航系统，达到取长补短，提高导航性能。目前飞行器上实际使用的导航系统各基本上都是组合导航系统，如GPS/惯性导航、多普勒/惯性导航等，其中应用最广的是GPS/惯性导航组合导航系统。5地形辅助导航地形辅助导航是指飞行器在飞行过程中，利用预先存储的飞行路线中某些地区的特征数据，与实际飞行过程中测量到的相关数据进行不断比较来实施导航修正的一种方法。其核心是将地形分成多个小网格，将其主要特征，如平均标高等输入计算机，构成一个数字化地图。地形辅助导航技术就是利用机载数字地图和无线高度表作为辅助手段来修正惯导系统的误差，从而构成新的导航系统。它与导航方法的根本区别在于数字地图对主导航系统仅能起到辅助修正作用。地形辅助系统可分为地形匹配、景象匹配等。◆地形匹配：也称地形高度相关。其原理是地球表面上任意一点的地理坐标都可以根据其周围地域的等高线或地貌来当值确定。飞行一段时间后，既可以得到真航迹的一串地形标高。将测得的数据与存储的数字地图进行相关分析，确定飞机航迹对应的网格位置。因为事先确定了网格各点对应的经纬度值，这样就可以使用数字地图校正惯导。◆景象匹配：也称景象相关。它与地图匹配的区别是，预先输入到计算机的信息不只是高度参数，还包含了通过摄像等手段获取的预定飞行路径的景象信息，将这些景象数字化后存储在机载设备上。飞行中，通过机载摄像设备获取飞行路径中的景象，与预存数据比较，确定飞机的位置。自控飞行的利弊：利：航程加大；自主工作，不需要与地面站联系。弊：复杂的自主导航系统和控制系统，增加了重量，提高了成本。（3）遥控与自控结合现代无人机在不同的飞行段，交替地采用遥控或自控飞行，这样可以充分利用遥控和自控两种控制方式各自的优势，克服彼此的缺陷。5、无人机的起飞和着陆有人驾驶飞机的起飞和降落是飞行中的两大“难关”，无人驾驶飞机则更是如此。（1）无人机的起飞1母机投放由有人把无人机带上天，在适当的地方投放起飞，这种方法简单易行，运用灵活，成功率高，并且可增加无人机的航程。2火箭助推借助固体火箭助推器，无人机从发射架上起飞。这种起飞方式占用的发射场地很小，适合前沿阵地、山区或船上使用。3起飞跑车将无人机安装在带轮的小车上，靠无人机的发动机推进，当达到速度后，无人机脱离小车升空。这种方式可以使用现成的机场条件起飞，无需复杂的起落架，起飞跑车的结构简单、经济。4垂直起飞利用直升机的起飞原理起飞。如：劲鹰2型固定翼垂直起飞无人机，可垂直起落、悬停、大载重、高限时。5起落架滑跑起飞与有人驾驶飞机一样，使用本身的起落架滑跑起飞。6手发射这种发射方式最简单，由一人或两人把握，靠无人机自身动力起飞。(2)无人机的着陆1起落架轮滑着陆与有人驾驶飞机一样，使用本身的起落架降落。一般大型无人机才采用这种方式。2降落伞着陆无人机采用降落伞悬吊回收。这种方式适合小型无人机，对于大型无人机，由于伞降回收的可靠性不高， *** 纵困难，损失率高。3空中回收使用大飞机在空中回收无人机的方式目前只有美国采用。采用这种回收方式，在大飞机上必须有空中回收系统。无人机除了有阻力伞和主伞外，还需有钩挂伞与吊索和可旋转的脱落机构。大飞机用挂钩挂住无人机的钩挂伞和吊索，用绞盘绞起无人机，空中悬挂运走。这种回收方式不会损伤无人机，但每次回收都要出动大飞机，费用高，对大飞机飞行员的驾驶技术要求高。4拦截网回收用拦截网系统回收无人机是目前世界小型无人机普遍采用的回收方式之一。拦截网系统通常由拦截网、能量吸收装置和自动引导设备组成。能量吸收装置与拦截网相连，其作用是吸收无人机撞网的能量，避免无人机触网后在网上d跳不停受损。自动引导设备一般是一部置于网后的电视摄像机，或是装在拦截网架上的红外接收机，由它们及时向地面站报告无人机返航路线偏差。5气垫着陆无人机机腹四周装上“橡胶裙边”，中间有一个带孔的气囊。发动机把空气压入气囊，压缩空气从气囊孔喷出，在机腹下形成高压空气区—气垫。气垫着陆最大的优点是：无人机能在未经平整的地面、泥地、冰雪地或水上着陆，不受地形条件限制。其次大小无人机都可以使用，回收率高。6、无人机飞行平台无人机的飞行平台主要由六大部分组成：机身、机翼、尾翼、起落装置、飞行自动控制系统和动力系统。1机身机身主要用来装载发动机、燃油、任务设备、电源、控制 *** 纵系统等，并通过它将机翼、尾翼、起落架等部件连成一个整体。2机翼机翼是飞行器用来产生升力的主要部件。固定翼无人机的机翼有平直翼、后掠翼、三角翼等。下图是一些常见的机翼：平直翼比较适用于低速飞行器，后掠翼和三角翼比较适合高速飞行器。机翼上一般还有副翼，用于控制飞机的倾斜，但左右副翼偏转方向不同时，就会产生滚装力矩，是飞行器产生倾斜运动。3尾翼尾翼分垂直尾翼和水平尾翼两部分。对于一些结构比较特殊的无人机来说，可能会不设垂直尾翼或水平尾翼。垂直尾翼：垂直安装在机身尾部，主要功能为保持机体的方向平衡和 *** 纵。通常垂直尾翼后缘有用于 *** 纵方向的方向舵。水平尾翼：水平安装在机身尾部，主要功能为了保持俯仰平衡和俯仰 *** 纵。4起落装置起落装置的功用是使无人机在地面或水面进行起飞、着陆、滑行和停放。起落装置对于无人机来说是形式最多样的一部分，这是因为无人机有多种发射/回收方式。大型无人机的起落装置包含起落架和改善起落性能的装置两部分，起飞后起落架，减少飞行阻力；多数无人机的起落架很简单，飞行时也不；对于采用d射、拦阻网等方式进行发射/回收的小型无人机就不需要起落架；对于采用手掷发射的小型无人机，就没有起落装置；伞降回收的无人机着陆装置可以说就是降落伞。5飞行自动控制系统飞行自动控制系统包括控制指令自动形成装置和传输 *** 纵装置。指令自动形成装置包括自动驾驶仪和相关的传感器、导航设备；传输 *** 纵装置包括从控制指令输出点到水平尾翼、副翼、方向舵等 *** 纵面，用来传递 *** 纵指令，改变飞行状态的所有装置。6动力装置飞机动力装置是用来产生拉力（如螺旋桨飞机）或推力（如喷气式飞机），使飞机前进的装置。现代无人机的动力主要分为涡轮喷气发动机和涡轮风扇发动机两类。（来源：互联网综合编辑）

安卓设备导出方法

连接安卓设备到电脑，电脑识别出移动设备，进入应用程序安装的路径…/DJI/djipilot，找到以FlightRecord命名的文件夹，里面保存着飞行记录。

苹果设备导出方法

把平板设备连到电脑上，打开iTunes软件，确认平板已连到iTunes。在如下界面依次找到FlightRecords目录，选择『保存到…』，把飞行记录导出。

“黑匣子”（英文：black box黑盒子）是飞机专用的电子记录设备之一，名为航空飞行记录器。里面装有飞行数据记录器和舱声录音器，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有关技术参数和驾驶舱内的声音记录下来，需要时把所记录的参数重新放出来，供飞行实验、事故分析之用。黑匣子具有极强的抗火、耐压、耐冲击振动、耐海水（或煤油）浸泡、抗磁干扰等能力，即便飞机已完全损坏，黑匣子里的记录数据也能完好保存。世界上大部分的空难原因都是通过黑匣子找出来的。

简介：

空难事故发生后，飞机往往解体，甚至被烈火烧毁。人们到现场救援的时候，总是会寻找一个东西，它的名字就是被誉为空难“见证人”的黑匣子。它可以给调查人员提供证据，帮助他们了解事故的真相。实际上，黑匣子是飞机上的记录仪器，是一种飞行数据记录仪。它能将飞机的高度、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。另一种是座舱话音记录仪。它实际上就是一个无线电通话记录器。为了承受飞机坠毁时的猛烈撞击和高温烈焰，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。而且为了尽可能的安全，黑匣子通常安装在飞机尾部最安全的部位，也就是失事时最不易损坏的部位，在飞机坠毁时，黑匣子在1100℃的火焰中能经受30分钟的烧烤，能承受2吨重的物体挤压5分钟，能够在汽油、机油、油精、电池、酸液、海水中浸泡几个月，总之，它能在许多恶劣的条件安然无恙。就算这样的保护，仍然在有些空难中黑匣子遭到了损坏，所以国际航空机构又规定了更加严格的标准，而且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。

外形

黑匣子外壳坚实，为长方体，约等于四、五块砖头垒在一起一般大。内部净是些电气器件，

伊春客机黑匣子[1]

实质上是一台收发信机。在飞机飞行过程中，它能将机内传感器所收集到的各种信息及时接收下来，并自动转换成相应的数字信号连续进行记录；当飞机失事时，依靠黑匣子的紧急定位发射机自动向四面八方发射出特定频率（例如37．5千赫），类似心跳般有规律的无线电信号，“宣告”自己所处的方位，以便搜寻者溯波寻找。

黑匣子实际上却被漆成明亮的桔红色。这种明亮显眼的颜色，以及记录仪外部的反射条带，都使得事故调查员们可以在飞机失事后很快的找到记录仪，特别是当飞机坠落在水上时。

根据欧洲的标准，黑匣子必须能够抵受225吨的撞击力，在1100℃高温下10小时仍不会受损。要符合以上的标准。黑匣子通常是用铁金属和一些高性能的耐热材料做成。具有极强的抗火、耐压、耐冲击振动、耐海水（或煤油）浸泡、抗磁干扰等能力，即便飞机已完全损坏黑匣子里的记录数据也能完好保存。

外形

黑匣子外壳坚实，为长方体，约等于四、五块砖头垒在一起一般大。内部净是些电气器件，

实质上是一台收发信机。在飞机飞行过程中，它能将机内传感器所收集到的各种信息及时接收下来，并自动转换成相应的数字信号连续进行记录；当飞机失事时，依靠黑匣子的紧急定位发射机自动向四面八方发射出特定频率（例如37．5千赫），类似心跳般有规律的无线电信号，“宣告”自己所处的方位，以便搜寻者溯波寻找。

黑匣子实际上却被漆成明亮的桔红色。这种明亮显眼的颜色，以及记录仪外部的反射条带，都使得事故调查员们可以在飞机失事后很快的找到记录仪，特别是当飞机坠落在水上时。

根据欧洲的标准，黑匣子必须能够抵受225吨的撞击力，在1100℃高温下10小时仍不会受损。要符合以上的标准。黑匣子通常是用铁金属和一些高性能的耐热材料做成。具有极强的抗火、耐压、耐冲击振动、耐海水（或煤油）浸泡、抗磁干扰等能力，即便飞机已完全损坏黑匣子里的记录数据也能完好保存。

种类

大多数的客机、军用飞机上安装的黑匣子有两种。[2]　一是称为飞机数据记录器（FDR）的黑匣子，专门记录飞行中的各种数据，如飞行的时间、速度、高度、飞机舵面的偏度、发动机的转速、温度等，共有30多种数据，并可累计记录25小时。起飞前，只要打开黑匣子的开关，飞行时上述的种种数据都将收入黑匣子内。一旦出现空难，整个事故过程中的飞行参数就能从黑匣子中找到，人们便可知道飞机失事的原因。另一种称为飞行员语言记录器的黑匣子（CVR），就像录音机一样，它通过安放在驾驶舱及座舱内的扬声器，录下飞行员与飞行员之间以及座舱内乘客、劫机者与空中**的讲话声，它记录的时间为30分钟，超过30分钟又会重新开始录音。因此这个黑匣子内录存的是空难30分钟前机内的重要信息。

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。每架飞机上，黑匣子通常有两个，它们的学名分别叫“飞行数据记录仪”和“机舱话音记录器”。前者主要记录飞机的各种飞行数据。机舱话音记录器主要记录机组人员和地面人员的通话、机组人员之间的对话以及驾驶舱内出现的各种音响（包括飞机发动机的运转声音）等。

历史由来

“黑匣子”是一位墨尔本工程师在1958年的发明。1908年，美国发生了第一起军用飞机事故。此后，随着飞行事故不断发生，需要有一种追忆事故发生过程原因的仪器。二战期间，飞行记录装备仪器在军用飞机上应用，后来又用到民航飞机上。飞行记录仪之所以被称为“黑匣子”可追溯到1954年，当时飞机内所有的电子仪器都是放置在大小、形状都统一的黑色方盒里。

由于现代电子技术飞速发展，对于飞机而言,人们开始主张直接通过向地面无线传输数据信号并记录，而不再使用飞行记录仪,因此今后黑匣子的名字将回到地面。例如汽车数据黑匣子。

20多年前，挪威上空一架军用飞机发生爆炸，飞机坠毁，飞行员身亡。挪威当局赶到出事现场，从飞机残骸和飞行员的尸体中，辨认出这是一架某大国的军用侦察机。挪威向某大国提出抗议，某大国矢口否认。后来，挪威找到了飞机上的黑匣子，从黑匣子记录的数据进行分析，揭露了真相。某大国在铁的证据面前只好认错。

黑匣子到底是什么东西呢？实际上，“黑匣子”是俗名，它的真名很普通：飞行数据记录仪。它是一种将飞机飞行的情况储存下来的仪器，当以后需要了解飞行情况时，可以通过重放设备把它们放出来。

在一个匣子里，装上磁记录设备，它可以实时地把飞行员说的话，飞行员机外通讯及飞行数据记录下来。一般在飞机出事前30分钟的各种信息，它都可以保留下来。这样，就为事后分析故障提供了方便。最早利用黑匣子的是军用飞机。1908年，美国发生了第一起军用飞机事故。以后，随着飞行事故增加，迫切需要有一种研究事故原因的仪器。二战时，飞行记录仪正式在军用飞机上使用。战后，开始用到民航飞机上。早期的记录方式比较落后，用的是机械记录的方法，记录在照相纸上。磁记录方式发明后，才变得方便可靠了。

信息记录

怀特兄弟公司曾第一次使用L-3通讯公司的这种黑匣子仪器来记录飞机螺旋桨的旋转。然而，直到第二次世界大战以后，航空记录仪才得到更为广泛的使用。从那以后，为得到更多的关于飞机工作的信息，黑匣子的记录媒介得到了很大发展。大多数的飞机黑匣子使用两种记录媒介，一种是磁带，发明于20世纪60年代；另一种是电晶存储板，发明于90年代。磁带工作起来就像是磁带录音机。聚酯薄膜磁带牵引电磁头，磁头在磁带上记录数据。由于航空公司开始全面转向电子技术，黑匣子制造商已不再制造磁带记录仪。

黑匣子制造商Honeywell的发言人Ron Crotty表示，电子记录仪的可靠性要远远高于磁带记录仪。电子记录仪使用堆叠排列的内存芯片，所以它们没有任何的可移动装置，这样也就减少了日常的维护工作和事故发生过程中突然中断的几率。

CVR和FDR采集的数据都记录在坠毁生存记忆单元（CSMU）中的堆叠内存片中。根据L-3通讯公司制造的记录仪，CSMU呈圆柱体。堆叠内存片直径大约175 英寸(445cm)，高1英寸(254cm)。

内存片具有足够的数字存储空间来记录CVR提供的2小时的音频信息和FDR提供的25小时的飞行数据。

飞机上安装了采集数据的传感器。这些传感器探测飞机的加速度、空速、海拔高度、机翼设置、外界温度、机舱温度和压力、发动机性能等等。磁带记录仪可以追踪大约100个参数，而电子记录仪则可以记录更大的飞机上超过700个参数。

所有这些传感器采集来的数据都被送到飞机前端的飞行数据获取单元（FDAU）。这一仪器常常安放在驾驶员座舱下的电子设备隔离舱中。飞行数据获取单元在整个数据记录过程中起到中间管理者的作用，也就是从传感器获取信息，然后送往黑匣子。

黑匣子一般由一到两个从发动机引擎获取能源的动力发生器驱动。一个是28伏特的直流电源，另一个是115伏特、400赫兹的交流电源。L-3通讯公司的工程主管Frank Doran表示，这些都是标准的飞机电源配置。

记录仪器

1，座舱话音记录仪（CVR）实际上就是一个无线电通话记录器，可以记录飞机上的各种通话。这一仪器上的4条音轨分别记录飞行员与地面指挥机构的通话，正、副驾驶员之间的对话，机长、空中**对乘客的讲话．威胁、爆炸、发动机声音异常，以及驾驶舱内各种声音。黑匣子能够向调查者提供飞机出事故前各系统的运转情况。因为空难发生在短暂的瞬间，有时飞行员和全部乘务员同时遇难，调查事故的原因会有很大困难，座舱语言记录仪能帮助人们根据机上人员的各种对话分析事故原因，以便对事故作出正确的结论。

座舱话音记录器主要记录机组人员和地面人员的通话、机组人员之间的对话以及驾驶舱内出现的各种音响（包括飞机发动机的运转声音）等。它的工作原理类似普通磁带录音机，磁带周而复始运行不停地洗旧录新，总是录留下最后半小时的各种声音。一次飞行通常要经历8个阶段（起飞、初始爬升、爬升、巡航、下降、开始进场、最后进场、着陆），每一阶段的情况，都逃不过黑匣子的“耳朵”。

2，飞行数据记录仪（FDR）主要记录飞机的各种飞行数据，包括飞行姿态、飞行轨迹（航迹）、飞行速度、加速度、经纬度、航向以及作用在飞机上的各种外力，如阻力、升力、推力等，共约200多种数据，可保留20多小时的飞行参数。超过这个时间，数据记录仪就自动吐故纳新，旧数据被新数据覆盖。

飞行数据记录仪可以向人们提供飞机失事瞬间和失事前一段时间里，飞机的飞行状况、机上设备的工作情况等。它能将飞机的高度、速度、航向、爬升率、下降率、加速情况、耗油量、起落架放收、格林威治时间，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。

记录飞机系统的运转数据。传感器从不同的区域连接到飞行数据获取单元，再连接到FDR。当一个开关动作时，都将被FDR记录下来。电子记录仪由于数据传输快，从而比磁带记录仪记录更多的参数。电子FDR可以记录25小时的飞行数据。每一个FDR记录的附加参数都可能提供调查员们事故的更多的线索。

在美国，联邦航空管理局（FAA）要求商用航空公司根据飞机的大小，至少记录11-29种参数。磁带记录仪可以记录到100个参数，而电子记录仪可以记录超过700个参数。1997年7月17日，FAA出版了联邦标准，标准要求在2002年8月19日以后制造的飞机至少要记录88个参数。

安装位置

黑匣子通常安装在机尾。因为，科学家通过对多起飞行事故分析，发现飞行器的机尾部分

不容易损坏，所以黑匣子安装在机尾。

保存方法

在大多数的空难中，可以保存下来的装置是飞行数据记录仪和座舱声音记录仪的坠毁生存记录单元（CSMU）。通常的，记录仪底盘和内部装置的其它部分都被撕裂了。CSMU是紧固在记录仪的平台部分的一个巨大的圆柱体。这种装置能够承受很高的压力，非常大的撞击和成吨的压力。在老式的磁带记录仪中，CSMU安放在一个长方形的匣子中。

电子黑匣子的CSMU使用三层材料将存储数字信息的内存片隔离和保存起来。下面我们来讨论一下，先来从内到外看一下保护内存的材料。

铝壳，环绕内存卡有一铝薄层。高温绝缘体，1英寸（254cm）的干石英材料提供高温保护。其保护内存片防止事故后的火灾。不锈钢外壳，高温绝缘体安放在025英(064cm)厚的不锈钢外壳中，通常用钛合金制成。

为了确保黑匣子的质量和生存能力，制造厂商对CSMU进行了彻底的测试。记住，在空难中只有CSMU可以生存下来――如果事故调查员能够得到它，就可以获得他们所希望得到的信息。为了测试CSMU，工程师们将数据存储于CSMU的内存中。L-3通讯公司使用随机模型将数据存储于每一块内存片中。这一模型可以由读出器读出以确定在坠毁后的冲击，火灾和压力下数据是否被损坏。

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