블랙박스

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배경

블랙박스는 현대 상용 항공기에 탑재된 전산화된 비행 데이터 기록기를 설명하는 데 사용되는 일반적인 용어입니다. FDR(Flight Data Recorder)은 속도, 위치 및 고도와 같은 비행기의 비행과 관련된 다양한 데이터를 추적하는 소형 컴퓨터 시스템입니다. 이 장치는 일반적으로 조종실의 무선 전송 및 소리(예:조종사의 음성 및 엔진 소음)를 기록하는 조종석 음성 녹음기(CVR)로 알려진 두 번째 블랙박스와 함께 사용됩니다. 사고 발생 시 블랙박스에 저장된 정보를 활용해 사고 원인을 파악할 수 있다.

블랙박스는 항공 초창기부터 사용되어 왔습니다. Wright 형제는 최초의 비행 중 하나에서 최초의 비행 기록 장치를 가지고 다녔습니다. 이 조잡한 장치는 지속 시간, 속도 및 엔진 회전 수와 같은 제한된 비행 데이터를 등록했습니다. 또 다른 초기 항공 개척자인 Charles Lindbergh는 회전하는 드럼 주위를 감싼 종이에 잉크를 표시하는 기압계로 구성된 다소 더 정교한 버전을 사용했습니다. 전체 장치는 인덱스 카드 홀더 크기의 작은 나무 상자에 들어 있었습니다. 불행히도, 이 초기 프로토타입은 견고하게 제작되지 않았고 충돌에서 살아남을 수 없었습니다.

1940년대에 상업용 항공기가 비약적으로 성장하면서 일련의 충돌 사고로 인해 민간 항공 위원회는 비행 데이터의 중요성을 더 심각하게 생각하게 되었습니다. 그들은 데이터를 수집하는 보다 안정적인 방법을 개발하기 위해 여러 회사와 협력했습니다. 도전에 직면하여 General Electric은 비행기 계기에 직접 부착된 일련의 작은 전극으로 구성된 "selsyns"라는 시스템을 개발했습니다. 이 센서는 비행기 뒤쪽에 있는 녹음기에 정보를 연결했습니다. (기록계는 일반적으로 비행기의 꼬리 부분에 보관됩니다. 그 이유는 비행기의 꼬리 부분이 가장 충돌에서 살아남을 수 있는 영역이기 때문입니다.) GE 엔지니어들은 selsyns의 설계에서 여러 가지 기술적 문제를 극복했습니다. 예를 들어, 그들은 낮은 기압과 온도의 높은 고도 조건으로 인해 일반적으로 기록 장치에 사용되는 잉크가 동결되거나 펜이 막힐 수 있음을 영리하게 인식했습니다. 그들의 솔루션은 스타일러스를 사용하여 이미지를 흰색 래커로 코팅된 검은색 종이로 자르는 기록 시스템이었습니다. 그러나 이들의 노력에도 불구하고 실제 비행에는 사용되지 않았다. 같은 시기에 또 다른 엔지니어링 회사인 Frederick Flader가 초기 자기 테이프 레코더를 개발했습니다. 그러나 이 장치도 사용된 적이 없습니다.

블랙박스 기술은 James J. Ryan 교수가 General Mills의 기계 부서에 합류한 1951년까지 더 이상 발전하지 않았습니다. Ryan은 계측, 진동 분석 및 기계 설계의 전문가였습니다. FDR의 문제를 공격하면서 Ryan은 자신의 VGA Flight Recorder를 생각해 냈습니다. "V"는 속도(대기 속도)를 나타냅니다. G 힘의 경우 "G"(수직 가속도); "A"는 고도를 나타냅니다. Ryan Recorder는 두 개의 별도 구획이 있는 빵 상자 크기의 10파운드(4.5kg) 장치였습니다. 한 섹션에는 측정 장치(고도계, 가속도계 및 속도 표시기)가 포함되어 있고 다른 섹션에는 세 개의 계측기에 연결된 기록 장치가 포함되어 있습니다.

Ryan의 기본 구획 디자인은 많은 개선을 거쳤지만 오늘날에도 여전히 비행 기록계에 사용됩니다. 스타일러스와 래커 필름 기록 장치는 1/4인치(6.4mm) 자기 테이프로 교체되었으며, 결국 디지털 메모리 칩으로 교체되었습니다. 레코더가 추적할 수 있는 변수의 수도 3~4개의 매개변수에서 약 300개로 크게 증가했습니다. 이제 FDR은 속도, 고도, 플랩 위치, 자동 조종 모드, 심지어 기내 연기 상태와 같은 비행 중 특성을 추적할 수 있습니다. 알람. 1960년대 초, 항공 산업은 조종석 음성 녹음기(CVR)에 음성 녹음 기능을 추가했습니다. 그러나 아마도 비행 기록계 제조의 가장 중요한 발전은 구조가 개선되어 장치가 충돌의 파괴적인 힘을 더 잘 견딜 수 있도록 한 것입니다. 초기 모델은 약 100G(중력의 100배)만 견뎌야 했으며, 이는 지면에서 약 3m(10피트)에서 콘크리트 표면으로 떨어지는 힘과 느슨하게 동일합니다. 실제 충돌 조건을 더 잘 시뮬레이션하기 위해 1965년에 요구 사항이 5밀리초 동안 1,000G로 증가했고 나중에 6.5밀리초 동안 3,400G로 증가했습니다.

오늘날 FAA는 대형 상업용 항공기와 일부 소형 상업용, 기업용 및 개인용 항공기에 조종석 음성 녹음기와 비행 데이터 녹음기를 장착하도록 요구하고 있습니다. 충돌이 발생한 경우 블랙박스를 회수하여 밀봉된 상태로 NSTB(National Transportation Safety Board)로 보내 분석을 요청할 수 있습니다.

구성 요소

비행 데이터 녹음기와 음성 데이터 녹음기(또는 조종석 음성 녹음기)는 유사한 구성 요소로 만들어졌습니다. 둘 다 전원 공급 장치, 메모리 장치, 전자 컨트롤러 보드, 입력 장치 및 신호 비콘을 포함합니다.

전원 공급 장치

FDR과 CVR은 모두 이중 전압 전원 공급 장치(115VAC 또는 28DC)에서 작동하므로 다양한 항공기에서 사용할 수 있는 유연성을 제공합니다. 배터리는 30일 연속 작동하도록 설계되었으며 유효 기간은 6년입니다.

충돌 생존 메모리 장치(CSMU)

CSMU는 25시간 동안의 디지털 비행 정보를 유지하도록 설계되었습니다. 장치의 최첨단 전자 장치가 데이터를 압축되지 않은 형태로 보관할 수 있기 때문에 저장된 정보의 품질이 매우 높습니다.

통합 컨트롤러 및 회로 기판(ICB)

이 보드에는 들어오는 데이터의 교환기 역할을 하는 전자 회로가 포함되어 있습니다.

항공기 인터페이스

이 포트는 블랙박스가 비행기에 대한 모든 정보를 얻는 입력 장치에 대한 연결 역할을 합니다. FDR 인터페이스는 속도 표시기, 온보드 경고 경보, 고도계 등과 같은 기내의 다양한 계기로부터 신호를 수신 및 처리합니다. CVR에 사용되는 인터페이스는 조종석 영역 마이크, 이것은 일반적으로 두 조종사 사이의 오버 헤드 계기판 어딘가에 장착됩니다. 마이크는 엔진 소음, 실속 경고, 착륙 장치 확장 및 수축, 기타 클릭 및 팝과 같이 조사관이 충돌 원인을 결정하는 데 도움이 될 수 있는 소리를 포착하기 위한 것입니다. 이러한 소리는 특정 충돌 관련 이벤트가 발생한 시간을 결정하는 데 도움이 될 수 있습니다. 마이크는 또한 항공 교통 관제소, 자동 무선 기상 브리핑, 조종사와 지상 또는 객실 승무원 간의 대화를 중계합니다.

수중 탐지기 비콘(ULB)

각 레코더에는 수중 사고 발생 시 위치를 식별하는 데 도움이 되는 ULB(Underwater Locator Beacon)가 장착되어 있을 수 있습니다. 비공식적으로 "핑거(pinger)"라고 알려진 이 장치는 레코더가 물에 잠겨 있을 때 작동합니다. 특수 수신기로 감지할 수 있는 37.5KHz의 음향 신호를 전송합니다. 그만큼 FDR(Flight Data Recorder)은 항공기의 비행에 관한 다양한 데이터를 추적하는 소형 컴퓨터 시스템입니다. 항공기의 속도, 위치, 고도를 포함합니다. 시스템은 충돌 스트레스를 견디도록 제작된 중금속 컨테이너에 보관됩니다. 비콘은 깊이에서 4,200m(14,000피트)까지 전송할 수 있습니다.

제조
프로세스

성공적인 블랙박스 제조의 핵심은 최대한 파괴되지 않도록 하는 것입니다. 이것은 다층 보호 쉘 내부의 구성 요소를 피복하여 수행됩니다. 리코더 제조업체마다 고유한 디자인이 있지만 일반적으로 제조 프로세스는 다음과 같이 설명할 수 있습니다.

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전원, 인터페이스/컨트롤러 보드, 메모리 회로 등의 주요 부품을 별도의 유닛으로 조립한 후 조립하여 완성된 블랙박스를 구성합니다. 이 모듈식 접근 방식을 사용하면 전체 장치를 분해하지 않고도 구성 요소를 쉽게 교체할 수 있습니다. 이러한 각 구성 요소에는 고유한 조립 요구 사항이 있지만 조사자가 관심을 가질 데이터가 포함되어 있으므로 메모리 장치를 보호하는 데 일차적인 주의를 기울입니다.

메모리 장치의 집적 회로가 적절하게 보호되도록 다층 구성이 사용됩니다. 가장 바깥 쪽 레이어는 강철 갑옷 플레이트로 구성된 하우징입니다.

그 아래에는 단열재 층이 있고 그 뒤에 열 블록을 형성하는 두꺼운 파라핀 슬라브가 있습니다. 파라핀이 녹으면서 열을 흡수하여 메모리 코어의 온도를 낮게 유지합니다.

파라핀 아래에는 메모리 칩이 들어 있는 보드가 있습니다.

메모리 보드 아래에는 또 다른 파라핀 열 블록이 있고 그 뒤에 또 다른 절연층이 있습니다. 전체 어셈블리는 액세스 커버 역할을 하는 강판에 장착됩니다.

조립된 Crash Survivable Memory Unit은 4개의 큰 고정 볼트로 중금속 판 장착 선반 전면에 볼트로 고정됩니다. 전원 공급 장치는 CSMU 바로 뒤에 연결됩니다.

인터페이스 및 제어 회로 기판(ICB)은 나사로 장착 선반의 아래쪽에 부착됩니다. 금속 접근 덮개는 보드를 보호하고 쉽게 접근할 수 있도록 합니다.

수중 탐지기 비콘(ULB)은 메모리 장치의 전면에서 뻗어 있는 두 개의 암에 부착되어 있습니다. ULB는 케이스에서 돌출되어 있으며 전체 장치의 핸들로 사용할 수 있는 원통형 모양입니다. 레코더가 ULB 없이 판매되는 경우 속이 빈 금속 핸들 튜브가 그 자리에 설치됩니다.

외부 케이싱은 충돌 시 더 잘 보이도록 밝은 주황색 또는 빨간색으로 칠해져 있습니다.

품질 관리

제조 후 장치는 일련의 가혹하고 다소 기이한 고문 테스트 조건에 노출됩니다. 블랙박스는 대포에서 발사되고 227kg(500lb) 추에 부착되어 지상 10피트(3m)에서 떨어뜨리고 5,000lb(2,270kg) 압력으로 바이스로 부수고 얇은 강철 막대로 찔러 요리합니다. 1,100°C(2,012°F)에서 1시간 동안 블로우 토치를 사용하고 한 달 동안 20,000피트(6,000m)의 바닷물에 잠기도록 합니다. 이러한 테스트 후에 온보드 마이크로프로세서를 통해 장치가 올바르게 작동하는지 확인하기 위해 다양한 진단을 실행할 수 있습니다. 고속 인터페이스를 통해 전체 메모리 장치를 5분 이내에 확인할 수 있습니다. 이 평가는 공장에서 장치가 완벽하게 작동하는지 확인하기 위해 수행할 수 있으며, 설치 후에 다시 제대로 작동하는지 확인하기 위해 수행할 수 있습니다. 규정에 따라 새로 제작된 항공기의 비행 기록계는 시간, 고도, 속도, 방향 및 항공기 자세와 같은 최소 28개의 중요한 요소를 정확하게 모니터링해야 합니다. 이러한 장치의 평균 고장 시간은 15,000시간 이상이어야 하며 유지 보수가 필요 없도록 설계되었습니다. 장치가 위에 설명된 모든 테스트를 통과하면 FAA(연방 항공 당국)에서 설정한 요구 사항을 충족합니다.

미래

블랙박스 제조사의 미래는 이미 열리고 있습니다. 비행 기록계의 주요 공급업체인 Smith Industries는 최근 별도의 FDR 및 CVR 장치를 대체할 단일 장치를 개발 중이라고 발표했습니다. 그들의 장치는 통합 데이터 수집 레코더(IDAR)로 알려져 있으며 유지 관리 데이터 검색을 위한 데이터 전송 시스템과 함께 단일 상자 구성에 비행 및 음성 데이터를 통합합니다. IDAR의 도입으로 중요한 시스템 무게를 25% 줄일 수 있습니다. 흥미롭게도 제품 개발의 이 새로운 방향은 항공 교통 관제 메시지와 연결된 데이터의 기록을 의무화하는 새로운 법안과 동시에 나왔습니다. 이 새로운 법은 블랙박스에 더 많은 정보를 포함하도록 요구할 것입니다. 비행 기록 장비 제조업체는 도전에 직면하여 점점 더 많은 정보를 계속 축소되는 패키지에 저장할 수 있는 블랙박스를 개발할 것입니다.