飛行數據記錄器抗熱沖擊防護標準的發展

初小葵（遼寧省輕工產品質量檢測院）

許壯志 薛健 趙明 時卓

（遼寧省輕工科學研究院）

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飛行數據記錄器抗熱沖擊防護標準的發展

初小葵（遼寧省輕工產品質量檢測院）

許壯志 薛健 趙明 時卓

（遼寧省輕工科學研究院）

摘要：飛行數據記錄器可供分析、判斷飛行事故。隨著它的不斷更新和對航空失事的調查發現，它的墜毀幸存標準在不斷提高。本文介紹了飛行數據記錄器的抗熱沖擊技術標準規范的發展。

關鍵詞：飛行數據記錄器 熱沖擊 技術標準

1　引言

飛行數據記錄器（Flight Data Recorders，FDR）就是俗稱的“黑匣子”，是一個微型計算機系統，它主要由飛行參數采集裝置、信號儲存與讀出裝置和輔助裝置三部分組成，功能是追蹤記錄各種關于飛行的數據，并將被記錄的參數轉換成數字或電信號保存下來，供分析、判斷飛行事故，評定飛機設備的技術狀態使用。為了確保記錄器所記錄的數據即使在飛機失事后也能保存下來，有關機構根據飛機失事時的嚴酷情況，規定了它的墜毀幸存標準，要求它必須具備多種相應的能力，如防火、耐高溫、抗壓、抗沖擊、耐海水（或航空油）浸泡等能力。每一項都規定了嚴格的測試標準。

在這些墜毀幸存標準中，抗熱沖擊標準是比較重要的條款。飛機失事，經常伴隨著爆炸、失火等情況，因此，要使數據記錄器所記錄的信息，在發生事故后仍然能夠完好地被保留、讀出，就需要使飛行數據記錄器有能承受熱沖擊、耐高溫的墜毀幸存能力。

2　飛行數據記錄器抗熱沖擊防護標準

由于飛行數據記錄器在失事后必須保存記錄介質所記錄的資料，因此在墜毀幸存能力上，必須符合國際民用航空組織（International Civil Aviation Organization，ICAO）的規定。

歐盟標準ED-55中關于飛行數據記錄器抗熱沖擊要求包括抗高溫火實驗和抗低溫火實驗兩部分［1］。

2.1抗高溫火實驗

飛行數據記錄器經受至少1100℃、持續時間1h，火焰熱通量至少應為158kW/m2的火焰全包圍的燒烤。

火焰溫度為1100℃，溫度測量位置在距記錄器表面25mm處。由于火焰紊流和冷卻，火焰溫度允許在950℃～1100℃之間變化，但熱通量必須保持。

在火焰燒烤試驗前用水熱量計來校準火焰噴槍的位置和組合方式。熱量計應同需要試驗的記錄器具備同樣的全部外形尺寸。

不允許在記錄器外加屏蔽。

在進行高溫燒烤前，必須使記錄器的內部溫度穩定且環境溫度為（25±5）℃。

高溫火試驗后，記錄器自然冷卻。

試驗后記錄器所記錄的數據應是能夠恢復的。

2.2抗低溫火實驗

飛行數據記錄器在經受260℃溫度、持續時間10h后，所記錄的數據應是能夠恢復的。

在進行低溫燒烤前，必須使記錄器的內部溫度穩定且環境溫度為（25±5）℃。

在環境溫度（25±5）℃下，將非工作狀態的記錄器放入溫度控制爐中。溫度控制以不低于2℃/ min的速率升溫到260℃，并保持260℃至少10h。

在10h周期結束后，飛行數據記錄器應從溫度控制爐中取出并自然冷卻。

3　國外飛行數據記錄器的抗熱沖擊防護等級發展

美國聯邦航空總署（Federal Aviation Administration，FAA）所頒發的技術標準規范（Technical Standard Orders，TSO）由TSO-C51、TSO-C51a、TSO-C124，到TSO-C124a［2］。在這之后，FAA于2007年4月發布了TSO-C124b［3］。2013年12月發布了TSOC124c［4］。

歐盟對飛行數據記錄器主要遵循的規范為歐洲民航設備組織（European Organization for Civil Aviation Equipment，EUROCAE）制定的最低操作性能規范（Minimum Operational Performance Specifications，MOPS）ED-55及ED-56A。2003年3月制定的最低操作性能規范ED-112［5］。2013年9月制定的最低操作性能規范ED-112A。

美國的標準 TSO-C123a、TSO-C124a和歐盟的ED-55、ED-56A的規范內容完全一致。TSO-C124b和歐盟的ED-112的規范內容完全一致，TSO-C124c和歐盟的ED-112A規范內容完全一致。美國標準中規定指標變化情況見表1。

通過對比我們可以看出，由FAA所頒布的有關飛行數據記錄器的規范文件在不斷地被修改提高：1100℃高溫火燒烤，承受高溫火的時間從30min增加到60min，承受的火焰包圍面積比例從50%提高到100%，增加了熱通量的規定；增加了低溫火260℃，烘烤10h。

表1　美國標準中規定指標變化情況

之所以不斷提高防護的要求等級，是因為盡管對飛行數據記錄器的墜毀幸存性能作了許多要求，其防護作用看起來似乎很理想，但實際上，在空難中仍然有很多飛行數據記錄器遭到損壞，而使得記錄的數據不能被讀出，其防護表現還不盡如人意。

美國國家運輸安全委員會（National Transportation Safety Board，NTSB）1992年發表的報告中指出，技術標準規范TSO-C51a和TSO-C84在抗火焰沖擊要求的嚴苛程度要遠低于TSO-C123和TSO-C124。TSO-C51a和TSO-C84在火焰測試方面的要求非常模糊，只要求了火焰溫度為1100℃，而沒有要求火焰的熱通量，在這樣的測試條件下，火焰的熱通量不足，可以使得記錄器前25cm處的測溫熱電偶達到1100℃，而記錄器本身承受的實際溫度低于1100℃而通過測試［6］。

報告統計了從1966年到1992年以來，90起撞擊后起火受到熱沖擊的飛行記錄器的狀況。在45個（50%）滿足TSO-C124要求的記錄器中有4個（9%）記錄介質受熱沖擊損毀，滿足TSO-C51a/TSO-C84 的45個記錄器中有21個（47%）記錄介質被熱沖擊損毀。在45個（50%）的滿足TSO-C124要求的磁記錄介質中9個（20%）被損壞或是損毀，在45個滿足TSO-C51a和TSO-C84檢測要求的數據記錄儀中的33個（73%）磁記錄介質被損壞或損毀。

NTSB認為，記錄器抗熱沖擊的歷史數據清晰地表明，滿足TSO-C51a和TSO-C84記錄器易被損毀。損失47%的記錄介質是不能被接受的。因此NTSB認為應該逐步用新標準取代舊標準。同時NTSB建議FAA應該基于對過往發生事故的狀況的研究，為改進后的飛行數據記錄器抗熱沖擊測試條款確定一個切實可行的熱分布和測試方法，以反映墜機后火災的實際情境。

NTSB1995年發表的報告表明，FAA通過研究得知，TSO-C124規定的高強度30min火焰燒烤測試比模擬30min航空油池燃燒的嚴苛程度要低。實驗發現，將測試時間從30min延長到60min所產生的總熱量等同于失事后30min航空油燃燒產生的熱量。FAA的研究也表明滿足10h低強度火測試條件的記錄器可以在撞擊后由自然物陰燃條件下幸存。因此，NTSB在報告中提出，建議FAA修改TSO-C124/C123中抗熱沖擊條款，使之等同于ED-56A，ED-55［7］。

因此，國際民航組織及各國航空規章，依據飛行數據記錄器的發展和對過往事故展開的調查研究，一直在不斷修改、提高針對飛行數據記錄器的相關技術標準等級，以期不斷地提高記錄器墜毀幸存能力。

4　國內飛行數據記錄器的抗熱沖擊防護等級發展

我國最初自行研制的機載磁帶記錄器是用于軍用飛機試飛時測量飛行參數的。到了20世紀80年代初，機載磁帶記錄器推廣應用作為機載設備直接裝備飛機，用以記錄飛機的飛行數據。FJ-1，FJ-1A飛行參數記錄儀就是裝備軍用飛機的數字式的機載磁帶記錄系統。但它沒有防護殼體。

FJ-30飛行數據記錄系統是用于運輸機的飛行數據記錄設備，1989年通過了設計定型，1991年其機載部分FB-30記錄器通過了適航審查。它是我國第一個帶有防墜毀殼體的機載記錄器，其墜毀幸存性能符合國際通用FAA TSO-C51a標準。在抗熱沖擊方面滿足1100℃、30min的測試條件。進入20世紀90年代，我國新一代的以固態存儲器作為記錄介質的飛行數據記錄設備FJ-20飛行參數記錄系統問世，并于1993年11月通過了設計定型。其墜毀幸存性能符合FAA TSO-C51a標準。在抗熱沖擊方面并未取得更多的進展［8］。中航工業陜西千山航空電子有限責任公司2000年成功研制了緊跟TSO-C124a標準的“黑匣子”；2012年成功研制了抗飛機高速墜毀的“黑匣子”，超出TSO-C124b標準要求［9］。中航工業成都凱天電子股份有限公司飛機集成數據系統產品特種防護高于ED-112和TSO-C124標準［10］。

5　結語

伴隨著飛行數據記錄器的升級換代，依據飛行事故發生狀況，制定更全面反映事故發生狀況的測試條件，調整、更新技術標準規范，提高對飛行數據記錄器的防護等級，才能使人們更好地了解各種事故狀況，掌握各種現象出現的原因，做好預防措施，避免悲劇發生。

參考文獻

［1］EUROCAE ED-55，“Minimum Operational Performance Specifications for Flight Data Recorder System，”European Organization for Civil Aviation Equipment，May 1990.

［2］TSO-C124a“Flight Data Recorder Systems”，August 1996.

［3］TSO-C124b“Flight Data Recorder Systems”，April 2007.

［4］TSO-C124c“Flight Data Recorder Equipment”，December 2013.

［5］EUROCAE ED-112，“Minimum Operational Performance Specifications for Crash Protected Airborne Recorder System，”European Organization for Civil Aviation Equipment，March 2003.

［6］National Transportation Safety Board—Safety Recommendation，A-92-45 through 48，MAY 28，1992.

［7］National Transportation Safety Board—Safety Recommendation，A-95-9 through 12，JAN 19，1995.

［8］鄭凱儀. 我國飛機飛行數據記錄設備概況［J］. 測控技術 ，1995，14（2）：19-23.

［9］蔣豐. 解密“黑匣子”：黑匣子發展歷史及如何定位打撈［J］. 中國航空報，2014-04-22.

［10］http://caic-china.com.

Development of Fire Protection Standards for Flight Data Recorders

Chu Xiaokui （ Light Industrial Products Quality Inspection Academy of Liaoning Province ）
Xu Zhuangzhi，Xue Jian，Zhao Ming，Shi Zhuo
（ Liaoning Light Industrial Scientifi c Research Academy ）

Abstract:Flight data recorders can be used to analysis and judge the aviation accidents. With the developing of the recorders and the studying of accident case histories，its survivability is revised. In this paper，we introduce the development of the fi re protection standards for fl ight data recorders.

Key words:fl ight data recorders，thermal shock，technical standards