Как устроен авиационный "черный ящик"

В мае 1953 года разбился британский реактивный лайнер De Havilland Comet. Машина с регистрационным номером G-ALYV, совершавшая рейс Сингапур - Лондон, выполнила промежуточную посадку в Калькутте. На борту находилось 43 пассажира. Несмотря на надвигавшийся тропический шторм чудовищной силы, капитан Хэддон принял решение вылетать в Дели. Спустя 6 минут после взлета радист "Кометы" сообщил, что самолет попал в сильную грозу, но продолжает нормально набирать высоту. Через мгновение связь с G-ALYV прервалась. А вскоре из небольшой деревушки, расположенной в 50 км от Калькутты, в полицию пришло тревожное сообщение. Жители деревни видели, как неподалеку упал большой самолет. Очевидцы трагедии утверждали, что сначала они заметили яркую вспышку в облаках. Вслед за этим из грозовых туч на землю рухнула бескрылая "Комета", в которой что-то горело и взрывалось. На месте падения обломков машины возник сильный пожар.
Одним из участников расследования этой авиакатастрофы был молодой австралийский химик, специалист по авиационному топливу Дэвид Уоррен. Для членов комиссии катастрофа "Кометы" была полной загадкой, не имевшей объяснений. Расследование медленно шло своим чередом, случайно на глаза Уоррену попался диктофон, записывающий на магнитную ленту. Дэвиду пришла в голову мысль, что если бы такой диктофон был установлен на самолете и после катастрофы было бы возможно воспроизвести запись с него, то расследование могло бы быстрее установить причину произошедшего.
© zoom70

Уоррен решил создать устройство для записи полетной информации - flight data recorder или FDR. Надо сказать, что такие устройства уже использовались в авиации. Еще в 1939 году французы Юссено и Бодуэн сконструировали авиационный регистратор, который записывал параметры полета на 88-мм фотопленку длиной 8 метров. Сигнал с приборов самолета поступал на систему управления зеркалами, которые направляли луч от лампы на медленно прокручивающуюся фотопленку, которая затем проявлялась и расшифровывалась. В 1947 году Юсено основал компанию Societe Francaise des Instruments de Mesure, которая стала серийно выпускать авиационные регистраторы под названием юсенограф. Тогда и появилось название "черный ящик", так как французские приборы были черного цвета во избежание засветки пленки.
В Англии в годы войны использовался другой регистратор полетной информации, который в качестве носителя использовал фольгу, на которой оставляли царапины специальные иголки, управляемые сигналами с приборов самолета. В отличии от юсенографа, медная фольга имела шанс уцелеть при авиакатастрофе, но механическая запись была недостаточно надежной.

Первый относительно защищенный самописец, получивший от пилотов кличку "Мата Хари", был создан в 1942 году финским инженером Вейо Хиетала. Он также был черного цвета и устанавливался на финские истребители во время испытательных полетов. В финском самописце использовался фотографический метод записи, а свое прозвище от получил по имени знаменитой шпионки Маты Хари, так как "шпионил" за пилотами и записывал данные о скорости, высоте, ускорении и температуре двигателя. Главным отличием от французских и английских регистраторов было размещение бумаги в прочном металлическом корпусе, который оставался целым при жесткой посадке.

Повторно изобретенный Уорреном регистратор полетной информации отличался от своих предшественников своим предназначением. Ранние приборы использовались для расшифровки успешных испытательных полетов, в то время как новый регистратор был рассчитан на сохранение записанной информации при аварии. После опубликования доклада "Устройство для оказания помощи при расследовании авиационных происшествий" Уоррен получил в свое распоряжение исследовательскую лабораторию со штатом инженеров-электронщиков. Первый рабочий образец регистратора записывал данные о скорости, высоте, вертикальном ускорении, остатке топлива а также переговоры экипажа на тонкую стальную проволоку, покрытую магнито-чувствительным слоем. По сути, это был обычный магнитофон, вместо пленки была использована проволока, так как она была более устойчива к воздействию высоких температур. Бобины с проволокой и электронная часть регистратора находились внутри огнеупорного ударопрочного шарообразного корпуса, а данные записывались в формате, позволяющем восстановить их даже при частичном разрушении проволоки. Первый регистратор Уоррена сначала получил прозвище "Красное яйцо", так как его корпус был ярко-оранжевого цвета, что упрощало поиски прибора в случае катастрофы. Позже аварийные регистраторы стали называть "черными ящиками", как черные французские юсенографы. А незащищенные эксплуатационные регистраторы получили прозвище "ябеда".

С 1960 года все австралийские самолеты стали оснащаться аварийными регистраторами полетной информации. Вслед за австралийцами аналогичные приборы стали устанавливать во всех странах мира. В 1965 году регистраторы Уоррена были серьезно переработаны. Речевой регистратор (cockpit voice recorder,CVR) стал изготавливаться отдельно от параметрического (flight data recorder,FDR), а на самолетах регистраторы по возможности размещались в хвостовой части, которая была наименее подвергнута разрушениям при аварии. Регистраторы с фиксацией информации на магнитной ленте или проволоке изготавливались по достаточно жестким нормативам. В частности, они должны были сохранять информацию при 100%-ном охвате огнем на протяжении 15 минут и выдерживать ударную перегрузку 1000g.

По мере совершенствования техники и переходе на цифровые методы записи регистраторы получили возможность фиксации все большего числа аналоговых и дискретных сигналов, но основные проблемы возникали на этапе расшифровки данных. Если регистратор оказывался целым и магнитный носитель не имел повреждений, расшифровка проводилась на специальных магнитофонах. Значительно хуже обстояли дела с поврежденными регистраторами. Часто магнитный носитель представляет из себя разрозненные обрывки магнитной ленты или бесформенный клубок проволоки. Если проволока подверглась воздействию температуры выше 650 градусов, данные на ней восстановить невозможно, для ленты критическая температура всего 150 градусов. Обрывки с записью речевой информации длинной менее 20 сантиметров отбраковываются - полезной информации на них нет. Более крупные фрагменты сортируют, склеивают, а затем переписывают на лабораторный носитель, так как склеенную пленку можно воспроизвести только один раз. Аналогичная ситуация возникает и с регистраторами, залитыми водой. Их ни в коем случае нельзя извлекать из воды - магнитный слой будет почти сразу разрушен, а у твердотельных современных накопителей начнется необратимая коррозия. Частично поврежденный магнитный слой теоретически можно восстановить - например, используя магнитооптические методы. Но это ювелирная работа не всегда дает положительный результат.

С появлением возможности записи на твердотельные носители надежность регистраторов многократно возросла. По требованиям современного стандарта TSO-C124 они должны обеспечивать сохранность данных после 30 минут полного охвата огнём, при пребывании на глубине 6000 м в течение месяца, и при воздействии ударных перегрузок в 3400 g в течение 6 мс и статических перегрузок свыше 2 т на протяжении 5 минут, а также выдерживать погружение в авиатопливо на протяжении 24 часов. Для облегчения поиска самописцев в них встраивают радио и гидроакустические маяки, автоматически включающиеся в случае аварии. Энергонезависимая память самописца размещена в цилиндрическом огнеупорном корпусе, который защищает электронику от высоких температур и ударных нагрузок. Речевой самописец фиксирует все звуки в кабине пилотов на протяжении не менее 2 часов, затем запись циклически обновляется. Параметрический самописец способен фиксировать до полутысячи параметров полета. При этом оба самописца достаточно компактны - их вес не превышает 5 кг.
Все.

ТС, спасибо, познавательно)

Это сообщение отредактировал LIVSI - 6.11.2015 - 10:59

Так всё-таки данные пишутся на проволоку или на микросхемы?

Раньше на проволоку, теперь на микросхемы

(UPD. Я думаю на многих самолетах и сейчас на проволоку пишут - парк то не обновляется ежегодно)

Это сообщение отредактировал TrefArc - 6.11.2015 - 11:04

Вот такой - на пленку.

Еще во времена СССР, в программе "Что, Где, Когда?" был вопрос, который я до сих пор считаю лучшим.

Он черный, но он красный
Его все ищут, но лучше б его ни кто не искал.

Не помню, угадали тогда знатоки "Черный ящик".

Фактически на флешку запись идет, хуле они тогда там "расшифровывают" неделями и месяцами?

Познавательно.
Давно знал, что "чёрный ящик" обычно оранжевый.
На этом всё...
Вот недавно товарищ поставил себе видео наблюдение. Я ему и говорю, кому надо, потянут твой хард... А он говорит, что не так всё просто, после сработки сигнализации видео уходит по сети, на онлайн хранилище.

Если в самолёта есть связь с землёй, что нельзя данные хранить на земле ??

не угадали.

В тему добавлю, какие именно пишут данные черные ящики:
Остаток топлива.
Мгновенный расход горючего.
Скорость тангажа.
Давление воздуха.
Угол крена.
Напряжение сети.
Положение рукоятки управления мотора.
Боковая перегрузка.
Отклонение элерон-интроцепторов.
Отклонение закрылков.
Отклонение штурвала.
Отклонение стабилизатора.
Отклонение элеронов.
Ход траверсы управления по тангажу, курсу и крену.
Ход штурвала.
Обороты двигателя.
Число оборотов двигателей.
Вертикальные и боковые перегрузки.
Истинная высота.
Барометрическая высота.
Скорость полёта.
Пруф.

Хорошая тема, можно даже объединить друг-друга дополнить
http://www.yaplakal.com/forum2/topic867144.html

Более того, почему не записывается видео? Запись того, что в салоне перед аварией/крушением, внешние видеокамеры бы не помешали для записи поведения двигателей, крыльев, хвоста. Но, раз этого не делают значит не надо что ли? Или технические сложности с этим связаны. Проще же узнать причину аварии при просмотре видео.

подскажите, почему до сих пор не сделают онлайн трансляцию видео из салона и кабины пилота?

ведь многое стало бы понятно даже в прямом эфире, что происходит в самолете.


Это сообщение отредактировал штурман01 - 6.11.2015 - 11:56

Это тебе проще. А специалистам - по записанным параметрам.

лапшать челяди будет сложнее, смекаешь?

Ну вот у погибшего борта хвост отвалился с ящиками этими и данные резко прервались. С нулевыми параметрами специалисты много не наработают. Теперь в поле за обломками и в ангаре собирать по кусочкам пазл.

Написали же, что современные пишут до полутысячи разных параметров. Расшифровка означает не раскодирование, а понимание всех этих данных в совокупности.
Допустим, что по графику был превышен крен. Ну и что дальше? А почему он был превышен? Лётчик ли это штурвал повернул или оборудование отказало? Значит надо смотреть дальше: работали ли гидронасосы, какое давление в системе, режим работы двигателей ну и т.д.

Это сообщение отредактировал Nordmann - 6.11.2015 - 12:13

Тогда весь мир увидит как охуевают летчики, когда у них перехватывают управление и роняют Боинги как в Перми и Казани, как исчезают Боинги Малайзии (оба), как научились теперь ронять и Аэробусы (Франция, Яванское море, Шарм-Эш-Шейх). Один раз случайность, два совпадение - но сцуко уже десяток, это закономерность!

смотря на фотки раскоряченых регистраторов неоднократно думал: ну почему не делают эти самописцы в броневой оболочке см 20-30..... разница всего в паре толстых пассажиров ;)