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摘要：飞行数据记录器可供分析、判断飞行事故。随着它的不断更新和对航空失事的调查发现，它的坠毁幸存标准在不断提高。本文介绍了飞行数据记录器的抗热冲击技术标准规范的发展。
关键词：飞行数据记录器 热冲击 技术标准
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 Scientific 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 fire protection standards for flight data recorders.
Key words： flight data recorders， thermal shock， technical standards
1 引言
飞行数据记录器（Flight Data Recorders，FDR）就是俗称的“黑匣子”，是一个微型计算机系统，它主要由飞行参数采集装置、信号储存与读出装置和辅助装置三部分组成，功能是追踪记录各种关于飞行的数据，并将被记录的参数转换成数字或电信号保存下来，供分析、判断飞行事故，评定飞机设备的技术状态使用。为了确保记录器所记录的数据即使在飞机失事后也能保存下来，有关机构根据飞机失事时的严酷情况，规定了它的坠毁幸存标准，要求它必须具备多种相应的能力，如防火、耐高温、抗压、抗冲击、耐海水（或航空油）浸泡等能力。每一项都规定了严格的测试标准。
在这些坠毁幸存标准中，抗热冲击标准是比较重要的条款。飞机失事，经常伴随着爆炸、失火等情况，因此，要使数据记录器所记录的信息，在发生事故后仍然能够完好地被保留、读出，就需要使飞行数据记录器有能承受热冲击、耐高温的坠毁幸存能力。
2 飞行数据记录器抗热冲击防护标准
由于飞行数据记录器在失事后必须保存记录介质所记录的资料，因此在坠毁幸存能力上，必须符合国际民用航空组织（International Civil Aviation Organization，ICAO）的规定。
欧盟标准ED-55中关于飞行数据记录器抗热冲击要求包括抗高温火实验和抗低温火实验两部分[1]。
2.1 抗高温火实验
飞行数据记录器经受至少1100℃、持续时间1h，火焰热通量至少应为158kW/m2的火焰全包围的烧烤。
火焰温度为1100℃，温度测量位置在距记录器表面25mm处。由于火焰紊流和冷却，火焰温度允许在950℃～1100℃之间变化，但热通量必须保持。
在火焰烧烤试验前用水热量计来校准火焰喷枪的位置和组合方式。热量计应同需要试验的记录器具备同样的全部外形尺寸。
不允许在记录器外加屏蔽。
在进行高温烧烤前，必须使记录器的内部温度稳定且环境温度为（25±5）℃。
高温火试验后，记录器自然冷却。
试验后记录器所记录的数据应是能够恢复的。
2.2 抗低温火实验
飞行数据记录器在经受260℃温度、持续时间10h后，所记录的数据应是能够恢复的。
在进行低温烧烤前，必须使记录器的内部温度稳定且环境温度为（25±5）℃。
在环境温度（25±5）℃下，将非工作状态的记录器放入温度控制炉中。温度控制以不低于2℃/min的速率升温到260℃，并保持260℃至少10h。
在10h周期结束后，飞行数据记录器应从温度控制炉中取出并自然冷却。
3 国外飞行数据记录器的抗热冲击防护等级发展
美国联邦航空总署（Federal Aviation Administration，FAA）所颁发的技术标准规范（Technical Standard Orders，TSO）由TSO-C51、TSO-C51a、TSO-C124，到TSO-C124a[2]。在这之后，FAA于2007年4月发布了TSO-C124b[3]。2013年12月发布了TSO-C124c[4]。
欧盟对飞行数据记录器主要遵循的规范为欧洲民航设备组织（European Organization for Civil Aviation Equipment，EUROCAE）制定的最低操作性能规范（Minimum Operational Performance Specifications，MOPS）ED-55及ED-56A。2003年3月制定的最低操作性能规范ED-112[5]。2013年9月制定的最低操作性能规范ED-112A。
美国的标准 TSO-C123a、TSO-C124a和欧盟的ED-55、ED-56A的规范内容完全一致。TSO-C124b和欧盟的ED-112的规范内容完全一致，TSO-C124c和欧盟的ED-112A规范内容完全一致。美国标准中规定指标变化情况见表1。 通过对比我们可以看出，由FAA所颁布的有关飞行数据记录器的规范文件在不断地被修改提高：1100℃高温火烧烤，承受高温火的时间从30min增加到60min，承受的火焰包围面积比例从50%提高到100%，增加了热通量的规定；增加了低温火260℃，烘烤10h。
之所以不断提高防护的要求等级，是因为尽管对飞行数据记录器的坠毁幸存性能作了许多要求，其防护作用看起来似乎很理想，但实际上，在空难中仍然有很多飞行数据记录器遭到损坏，而使得记录的数据不能被读出，其防护表现还不尽如人意。
美国国家运输安全委员会（National Transportation Safety Board，NTSB）1992年发表的报告中指出，技术标准规范TSO-C51a和TSO-C84在抗火焰冲击要求的严苛程度要远低于TSO-C123和TSO-C124。TSO-C51a和TSO-C84在火焰测试方面的要求非常模糊，只要求了火焰温度为1100℃，而没有要求火焰的热通量，在这样的测试条件下，火焰的热通量不足，可以使得记录器前25cm处的测温热电偶达到1100℃，而记录器本身承受的实际温度低于1100℃而通过测试[6]。
报告统计了从1966年到1992年以来，90起撞击后起火受到热冲击的飞行记录器的状况。在45个（50%）满足TSO-C124要求的记录器中有4个（9%）记录介质受热冲击损毁，满足TSO-C51a/TSO-C84的45个记录器中有21个（47%）记录介质被热冲击损毁。在45个（50%）的满足TSO-C124要求的磁记录介质中9个（20%）被损坏或是损毁，在45个满足TSO-C51a和TSO-C84检测要求的数据记录仪中的33个（73%）磁记录介质被损坏或损毁。
NTSB认为，记录器抗热冲击的历史数据清晰地表明，满足TSO-C51a和TSO-C84记录器易被损毁。损失47%的记录介质是不能被接受的。因此NTSB认为应该逐步用新标准取代旧标准。同时NTSB建议FAA应该基于对过往发生事故的状况的研究，为改进后的飞行数据记录器抗热冲击测试条款确定一个切实可行的热分布和测试方法，以反映坠机后火灾的实际情境。
NTSB1995年发表的报告表明，FAA通过研究得知，TSO-C124规定的高强度30min火焰烧烤测试比模拟30min航空油池燃烧的严苛程度要低。实验发现，将测试时间从30min延长到60min所产生的总热量等同于失事后30min航空油燃烧产生的热量。FAA的研究也表明满足10h低强度火测试条件的记录器可以在撞击后由自然物阴燃条件下幸存。因此，NTSB在报告中提出，建议FAA修改TSO-C124/C123中抗热冲击条款，使之等同于ED-56A，ED-55[7]。
因此，国际民航组织及各国航空规章，依据飞行数据记录器的发展和对过往事故展开的调查研究，一直在不断修改、提高针对飞行数据记录器的相关技术标准等级，以期不断地提高记录器坠毁幸存能力。
4 国内飞行数据记录器的抗热冲击防护等级发展
我国最初自行研制的机载磁带记录器是用于军用飞机试飞时测量飞行参数的。到了20世纪80年代初，机载磁带记录器推广应用作为机载设备直接装备飞机，用以记录飞机的飞行数据。FJ-1，FJ-1A飞行参数记录仪就是装备军用飞机的数字式的机载磁带记录系统。但它没有防护壳体。
FJ-30飞行数据记录系统是用于运输机的飞行数据记录设备，1989年通过了设计定型，1991年其机载部分FB-30记录器通过了适航审查。它是我国第一个带有防坠毁壳体的机载记录器，其坠毁幸存性能符合国际通用FAA TSO-C51a标准。在抗热冲击方面满足1100℃、30min的测试条件。进入20世纪90年代，我国新一代的以固态存储器作为记录介质的飞行数据记录设备FJ-20飞行参数记录系统问世，并于1993年11月通过了设计定型。其坠毁幸存性能符合FAA TSO-C51a标准。在抗热冲击方面并未取得更多的进展[8]。中航工业陕西千山航空电子有限责任公司2000年成功研制了紧跟TSO-C124a标准的“黑匣子”；2012年成功研制了抗飞机高速坠毁的“黑匣子”，超出TSO-C124b标准要求[9]。中航工业成都凯天电子股份有限公司飞机集成数据系统产品特种防护高于ED-112和TSO-C124标准[10]。
5 结语
伴随着飞行数据记录器的升级换代，依据飞行事故发生状况，制定更全面反映事故发生状况的测试条件，调整、更新技术标准规范，提高对飞行数据记录器的防护等级，才能使人们更好地了解各种事故状况，掌握各种现象出现的原因，做好预防措施，避免悲剧发生。
参考文献
EUROCAE ED-55，“Minimum Operational Performance Specifications for Flight Data Recorder System，”European Organization for Civil Aviation Equipment， May 1990.
TSO-C124a“Flight Data Recorder Systems”， August 1996.
TSO-C124b“Flight Data Recorder Systems”， April 2007.
TSO-C124c“Flight Data Recorder Equipment”， December 2013.
EUROCAE ED-112，“Minimum Operational Performance Specifications for Crash Protected Airborne Recorder System，”European Organization for Civil Aviation Equipment， March 2003.
National Transportation Safety Board—Safety Recommendation， A-92-45 through 48， MAY 28， 1992.
National Transportation Safety Board—Safety Recommendation， A-95-9 through 12， JAN 19， 1995.
郑凯仪. 我国飞机飞行数据记录设备概况[J]. 测控技术 ，1995，14（2）：19-23.
蒋丰. 解密“黑匣子”：黑匣子发展历史及如何定位打捞[J]. 中国航空报， 2014-04-22.
http：//caic-china.com.
关键词：飞行数据记录器 热冲击 技术标准
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 Scientific 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 fire protection standards for flight data recorders.
Key words： flight data recorders， thermal shock， technical standards
1 引言
飞行数据记录器（Flight Data Recorders，FDR）就是俗称的“黑匣子”，是一个微型计算机系统，它主要由飞行参数采集装置、信号储存与读出装置和辅助装置三部分组成，功能是追踪记录各种关于飞行的数据，并将被记录的参数转换成数字或电信号保存下来，供分析、判断飞行事故，评定飞机设备的技术状态使用。为了确保记录器所记录的数据即使在飞机失事后也能保存下来，有关机构根据飞机失事时的严酷情况，规定了它的坠毁幸存标准，要求它必须具备多种相应的能力，如防火、耐高温、抗压、抗冲击、耐海水（或航空油）浸泡等能力。每一项都规定了严格的测试标准。
在这些坠毁幸存标准中，抗热冲击标准是比较重要的条款。飞机失事，经常伴随着爆炸、失火等情况，因此，要使数据记录器所记录的信息，在发生事故后仍然能够完好地被保留、读出，就需要使飞行数据记录器有能承受热冲击、耐高温的坠毁幸存能力。
2 飞行数据记录器抗热冲击防护标准
由于飞行数据记录器在失事后必须保存记录介质所记录的资料，因此在坠毁幸存能力上，必须符合国际民用航空组织（International Civil Aviation Organization，ICAO）的规定。
欧盟标准ED-55中关于飞行数据记录器抗热冲击要求包括抗高温火实验和抗低温火实验两部分[1]。
2.1 抗高温火实验
飞行数据记录器经受至少1100℃、持续时间1h，火焰热通量至少应为158kW/m2的火焰全包围的烧烤。
火焰温度为1100℃，温度测量位置在距记录器表面25mm处。由于火焰紊流和冷却，火焰温度允许在950℃～1100℃之间变化，但热通量必须保持。
在火焰烧烤试验前用水热量计来校准火焰喷枪的位置和组合方式。热量计应同需要试验的记录器具备同样的全部外形尺寸。
不允许在记录器外加屏蔽。
在进行高温烧烤前，必须使记录器的内部温度稳定且环境温度为（25±5）℃。
高温火试验后，记录器自然冷却。
试验后记录器所记录的数据应是能够恢复的。
2.2 抗低温火实验
飞行数据记录器在经受260℃温度、持续时间10h后，所记录的数据应是能够恢复的。
在进行低温烧烤前，必须使记录器的内部温度稳定且环境温度为（25±5）℃。
在环境温度（25±5）℃下，将非工作状态的记录器放入温度控制炉中。温度控制以不低于2℃/min的速率升温到260℃，并保持260℃至少10h。
在10h周期结束后，飞行数据记录器应从温度控制炉中取出并自然冷却。
3 国外飞行数据记录器的抗热冲击防护等级发展
美国联邦航空总署（Federal Aviation Administration，FAA）所颁发的技术标准规范（Technical Standard Orders，TSO）由TSO-C51、TSO-C51a、TSO-C124，到TSO-C124a[2]。在这之后，FAA于2007年4月发布了TSO-C124b[3]。2013年12月发布了TSO-C124c[4]。
欧盟对飞行数据记录器主要遵循的规范为欧洲民航设备组织（European Organization for Civil Aviation Equipment，EUROCAE）制定的最低操作性能规范（Minimum Operational Performance Specifications，MOPS）ED-55及ED-56A。2003年3月制定的最低操作性能规范ED-112[5]。2013年9月制定的最低操作性能规范ED-112A。
美国的标准 TSO-C123a、TSO-C124a和欧盟的ED-55、ED-56A的规范内容完全一致。TSO-C124b和欧盟的ED-112的规范内容完全一致，TSO-C124c和欧盟的ED-112A规范内容完全一致。美国标准中规定指标变化情况见表1。 通过对比我们可以看出，由FAA所颁布的有关飞行数据记录器的规范文件在不断地被修改提高：1100℃高温火烧烤，承受高温火的时间从30min增加到60min，承受的火焰包围面积比例从50%提高到100%，增加了热通量的规定；增加了低温火260℃，烘烤10h。
之所以不断提高防护的要求等级，是因为尽管对飞行数据记录器的坠毁幸存性能作了许多要求，其防护作用看起来似乎很理想，但实际上，在空难中仍然有很多飞行数据记录器遭到损坏，而使得记录的数据不能被读出，其防护表现还不尽如人意。
美国国家运输安全委员会（National Transportation Safety Board，NTSB）1992年发表的报告中指出，技术标准规范TSO-C51a和TSO-C84在抗火焰冲击要求的严苛程度要远低于TSO-C123和TSO-C124。TSO-C51a和TSO-C84在火焰测试方面的要求非常模糊，只要求了火焰温度为1100℃，而没有要求火焰的热通量，在这样的测试条件下，火焰的热通量不足，可以使得记录器前25cm处的测温热电偶达到1100℃，而记录器本身承受的实际温度低于1100℃而通过测试[6]。
报告统计了从1966年到1992年以来，90起撞击后起火受到热冲击的飞行记录器的状况。在45个（50%）满足TSO-C124要求的记录器中有4个（9%）记录介质受热冲击损毁，满足TSO-C51a/TSO-C84的45个记录器中有21个（47%）记录介质被热冲击损毁。在45个（50%）的满足TSO-C124要求的磁记录介质中9个（20%）被损坏或是损毁，在45个满足TSO-C51a和TSO-C84检测要求的数据记录仪中的33个（73%）磁记录介质被损坏或损毁。
NTSB认为，记录器抗热冲击的历史数据清晰地表明，满足TSO-C51a和TSO-C84记录器易被损毁。损失47%的记录介质是不能被接受的。因此NTSB认为应该逐步用新标准取代旧标准。同时NTSB建议FAA应该基于对过往发生事故的状况的研究，为改进后的飞行数据记录器抗热冲击测试条款确定一个切实可行的热分布和测试方法，以反映坠机后火灾的实际情境。
NTSB1995年发表的报告表明，FAA通过研究得知，TSO-C124规定的高强度30min火焰烧烤测试比模拟30min航空油池燃烧的严苛程度要低。实验发现，将测试时间从30min延长到60min所产生的总热量等同于失事后30min航空油燃烧产生的热量。FAA的研究也表明满足10h低强度火测试条件的记录器可以在撞击后由自然物阴燃条件下幸存。因此，NTSB在报告中提出，建议FAA修改TSO-C124/C123中抗热冲击条款，使之等同于ED-56A，ED-55[7]。
因此，国际民航组织及各国航空规章，依据飞行数据记录器的发展和对过往事故展开的调查研究，一直在不断修改、提高针对飞行数据记录器的相关技术标准等级，以期不断地提高记录器坠毁幸存能力。
4 国内飞行数据记录器的抗热冲击防护等级发展
我国最初自行研制的机载磁带记录器是用于军用飞机试飞时测量飞行参数的。到了20世纪80年代初，机载磁带记录器推广应用作为机载设备直接装备飞机，用以记录飞机的飞行数据。FJ-1，FJ-1A飞行参数记录仪就是装备军用飞机的数字式的机载磁带记录系统。但它没有防护壳体。
FJ-30飞行数据记录系统是用于运输机的飞行数据记录设备，1989年通过了设计定型，1991年其机载部分FB-30记录器通过了适航审查。它是我国第一个带有防坠毁壳体的机载记录器，其坠毁幸存性能符合国际通用FAA TSO-C51a标准。在抗热冲击方面满足1100℃、30min的测试条件。进入20世纪90年代，我国新一代的以固态存储器作为记录介质的飞行数据记录设备FJ-20飞行参数记录系统问世，并于1993年11月通过了设计定型。其坠毁幸存性能符合FAA TSO-C51a标准。在抗热冲击方面并未取得更多的进展[8]。中航工业陕西千山航空电子有限责任公司2000年成功研制了紧跟TSO-C124a标准的“黑匣子”；2012年成功研制了抗飞机高速坠毁的“黑匣子”，超出TSO-C124b标准要求[9]。中航工业成都凯天电子股份有限公司飞机集成数据系统产品特种防护高于ED-112和TSO-C124标准[10]。
5 结语
伴随着飞行数据记录器的升级换代，依据飞行事故发生状况，制定更全面反映事故发生状况的测试条件，调整、更新技术标准规范，提高对飞行数据记录器的防护等级，才能使人们更好地了解各种事故状况，掌握各种现象出现的原因，做好预防措施，避免悲剧发生。
参考文献
EUROCAE ED-55，“Minimum Operational Performance Specifications for Flight Data Recorder System，”European Organization for Civil Aviation Equipment， May 1990.
TSO-C124a“Flight Data Recorder Systems”， August 1996.
TSO-C124b“Flight Data Recorder Systems”， April 2007.
TSO-C124c“Flight Data Recorder Equipment”， December 2013.
EUROCAE ED-112，“Minimum Operational Performance Specifications for Crash Protected Airborne Recorder System，”European Organization for Civil Aviation Equipment， March 2003.
National Transportation Safety Board—Safety Recommendation， A-92-45 through 48， MAY 28， 1992.
National Transportation Safety Board—Safety Recommendation， A-95-9 through 12， JAN 19， 1995.
郑凯仪. 我国飞机飞行数据记录设备概况[J]. 测控技术 ，1995，14（2）：19-23.
蒋丰. 解密“黑匣子”：黑匣子发展历史及如何定位打捞[J]. 中国航空报， 2014-04-22.
http：//caic-china.com.