CN102224077A - 具有在机壳的外形尺寸内的集成备用电源的飞行记录器及其方法 - Google Patents

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Abstract

飞行记录器包括机壳，所述机壳具有在其一侧或一角形成的槽口。电子接口被置于机壳内。电子接口被耦接，以接收飞行数据，视频数据和音频数据。存储单元被置于机壳内，并与电子接口电连接，以存储数据。存储单元包含非易失性存储设备。备用电源被物理地置于机壳的槽口内。备用电源包含可再充电的电池。夹具把备用电源固定到机壳上，以使备用电源可从机壳上拆下。备用电源具有与机壳耦接的电连接器，以向电子接口和存储单元提供工作电压。备用电源和电连接器物理上在机壳的外形尺寸之内。

Description

具有在机壳的外形尺寸内的集成备用电源的飞行记录器及其方法
 
相关申请的交叉引用 
本申请要求2008年6月19日提交的美国专利申请No.12/142129的优先权，通过引用将其全部内容并入于此。 
技术领域
本发明涉及航空电子设备，更具体地说，涉及具有物理上置于机壳的外形尺寸内的集成备用电源的飞行记录器。
背景技术
大部分商用和军用飞机，以及许多民用飞机带有飞行数据记录器(FDR)或者驾驶舱话音记录器(CVR)。在正常飞行操作期间，FDR记录具体的飞机性能参数，比如空速、海拔高度、垂直加速度、时间、磁航向、操纵杆位置、方向舵脚蹬位置、控制轮位置、水平稳定器和燃油流量。CVR记录驾驶舱话音和其它音频，比如地面控制人员和飞行人员之间的会话。FDR和CVR具有壳体，所述壳体包含电子接口和处理电路，以及坠毁可保全存储单元(CSMU)。CSMU包含用于保存飞行数据和话音数据的非易失性存储器。
如果坠毁，那么大多数飞行记录器机箱和内部组件会受损。不过，CSMU被设计成可幸免于撞击，可能的继发失火，和各种环境条件的后果。例如，按照EUROCAE ED-112标准，要求飞行记录器经受3600g的撞击和高达1000℃的温度。保存在CSMU上的数据应仍可恢复。
通俗称为“黑匣子”，并由国际民用航空组织(ICAO)管理，这些单元在调整和了解飞行事故方面至关重要。事实上，黑匣子的回收仅次于生还者和遇难者的寻找。FDR还可用于研究航空安全问题，材料老化，不安全的飞行程序，和喷气发动机性能。飞行记录器的外壳被刷成鲜橙色，以便于识别，并且通常位于飞机的尾部，以使抗毁性达到最高。
飞行记录器从飞机电源总线获得工作电力。在紧急情况下，飞机 电源总线可能失效，这会导致坠毁前瞬间的关键数据的丢失。因此，如果飞机电源总线失效的话，那么一般使用辅助电源为飞行记录器提供短时工作电力。辅助电源是与飞行记录器导线连接的独立单元。美国专利6410995公开这种双单元方案，即，CVR和独立的辅助电源。
与现有的飞行记录器相关的独立辅助电源存在一些缺点。FDR和CVR具有由各种管理机构强加的具体尺寸空间要求。独立的辅助电源需要大大超出飞行记录器本身的尺寸规格的额外空间。另外，双单元方案(飞行记录器和独立的辅助电源)增大了维护、保养和更换成本。
发明内容
需要一种不超过飞行记录器的尺寸规格的备用电源。在一个实施例中，本发明是一种飞行记录器，它包括具有槽口的机壳。电子接口被布置在机壳内。电子接口被耦接，以便接收数据。存储单元被布置在机壳内，与电子接口电耦接，以存储数据。备用电源被物理地置于机壳的槽口内。备用电源具有与机壳耦接的电连接器，以便向电子接口和存储单元提供工作电压。备用电源和电连接器的物理尺寸在机壳的外形尺寸之内。
在另一个实施例中，本发明是一种数据记录器，它包括机壳，和置于机壳内的电子接口。电子接口被耦接，以便接收数据。存储单元与电子接口电耦接，以存储数据。备用电源物理上被置于机壳的外形尺寸之内。备用电源向电子接口和存储单元提供工作电压。
在另一个实施例中，本发明是一种飞机，所述飞机包括机身和安装在机身上的飞行记录器。所述数据记录器包括机壳，和置于机壳内的电子接口。电子接口被耦接，以便接收数据。飞行记录器还包括与电子接口电耦接，以存储数据的存储单元，和物理上被置于机壳的外形尺寸之内的备用电源。备用电源向电子接口和存储单元提供工作电压。
在另一个实施例中，本发明是一种产生数据记录器的方法，包括 下述步骤：提供具有槽口的机壳，把电子接口布置在机壳内，把存储单元布置在机壳内，电连接存储单元和电子接口，把备用电源物理地布置在机壳的槽口内。备用电源被耦接，以便向电子接口和存储单元提供工作电压。
附图说明
图1是具有飞行记录器的飞机的透视图；
图2a-2b表示具有物理上留驻在机壳的外形尺寸内的集成备用电源的飞行记录器的机壳；
图3是具有集成备用电源的飞行记录器的局部剖视图；和
图4是相对于具有集成备用电源的飞行记录器的飞机接口的功能方框图。
具体实施方式
在参考附图的下述说明中的一个或多个实施例中，描述了本发明，附图中，相同的附图标记代表相同或相似的元件。尽管利用实现本发明目的的最佳方式，说明了本发明，不过本领域的技术人员会认识到意图覆盖可包含在本发明的精神和范围内的备选方案、修改和等同物，本发明的精神和范围由获得下述公开内容和附图支持的附加权利要求及其等同物限定。
现在参见附图，更具体地说参见图1，图中表示了商用飞机10，所述飞机10具有机头12，驾驶舱14，机身或者说机体16，尾部18，机翼20和发动机22。飞行数据采集单元24可被置于机头12中，以从位于整架飞机10内的对应传感器获得飞行信息，比如空速、海拔高度、垂直加速度、时间、磁航向、操纵杆位置、方向舵脚蹬位置、控制轮位置、襟翼位置、水平稳定器、燃油流量和起落架位置。传感器被布置在飞机的关键表面和系统组件上，以把实时物理飞行测量结果转换成给飞行数据采集单元24的电信号。典型的飞机传感器包括发动机转速传感器26，襟翼位置传感器28，副翼位置传感器30，和 方向舵位置传感器32。飞机传感器26-32可通过电传数据总线34或者无线通道，与飞行数据采集单元24连接。其它飞行相关信息，例如，音频和视频数据由音频/视频记录器36收集，音频/视频记录器36可位于驾驶舱、客舱、货舱和起落架舱中。飞行数据采集单元24和音频/视频记录器36借助数据总线34、直接链路或者无线传输，把飞行相关信息发给飞行记录器40。飞行记录器40安装在机身16上。飞行记录器40可被实现成飞行数据记录器(FDR)，驾驶舱话音记录器(CVR)，驾驶舱话音和飞行数据记录器(CVDR)，或者其它的组合飞行数据和音频/视频记录器。
图2a和2b中表示了飞行记录器40的更多细节。图2a是飞行记录器40的侧视图；图2b是飞行记录器40的透视图。飞行记录器40记录飞行数据和音频/视频数据。飞行记录器40是同时记录音频、视频、管制员驾驶员数据链通信(CPDLC)消息，和飞行数据的外场可更换单元。飞行记录器40包括紧凑、轻量、环境密封的机壳42，机壳42具有用于经数据总线34、直接链路或无线传输，接收来自飞行数据采集单元24和音频/视频记录器36的飞行相关信息的电连接器44。在一个实施例中，连接器44是具有1024字/秒的数据速率的57针DPXB式连接器。机壳42是符合ARINC 404A的1/2-ATR防水短机箱。机壳42具有通常矩形的外形尺寸，具有沿机箱一侧或一角形成的L形槽口或开口43。槽口43也可为U形，和置于机壳42的任意表面的中部。
记录器独立电源(RIPS)46是安装在并且物理驻留于机壳42的槽口43内的自备电池组。用电连接器48和机械夹具54，把RIPS 46固定到机壳42。RIPS 46利用电连接器48，向位于机壳42内的印刷电路板(PCB)和电子组件提供备用工作电压和电功率。RIPS 46一般使用镍镉(NiCd)或锂离子(Li-Ion)电池。从飞机电源总线或者飞行记录器主电源向RIPS 46充电。RIPS 46能够按12瓦(W)提供28伏直流电约10.5分钟。
RIPS 46和电连接器48是飞行记录器40的集成组件。RIPS 46 和电连接器48的物理尺寸在单个机壳42的通常矩形的外形尺寸内。即，RIPS 46和电连接器48物理上留驻在槽口43的尺寸之内，向飞行记录器40提供备用工作电力，而不增大飞行记录器40的外形尺寸。在其它实施例中，RIPS 46和电连接器48可被置于机壳42之内。总之，飞行记录器40的机壳42，包括集成的RIPS 46和电连接器48符合由管理机构制订的飞行记录器的尺寸规格，比如TSO 123b和124b，EUROCAE ED-112，ARINC 747和ARINC 757。
发光的水下定位器信标50用夹具52安装在机壳42上。信标50用于在坠毁或其它飞行事故的情况下，定位和取回飞行记录器40。
图3是飞行记录器40的局部剖视图，表示内部PCB和其它电子组件，比如采集处理器板60，音频压缩板62，视频压缩板64，和飞行接口板66。坠毁可保全存储单元(CSMU)70与PCB 60-66电连接，以接收和保存飞行相关信息，包括飞行数据和音频/视频数据。CSMU70包含非易失性存储设备，所述非易失性存储设备可被实现成具有固态闪速存储芯片的叠层存储卡，或者其它非易失性存储设备，比如磁性或光学大容量存储介质。CSMU 70是为非承压和非温控应用构成的，并且符合DO-160F的环境要求。CSMU 70的外壳是耐热材料，比如不锈钢。在外壳和非易失性存储设备之间布置绝热层。机壳42被涂成国际橙色，以便于识别。
图4是飞行数据采集和记录器系统的方框图。在正常飞行操作期间，飞行记录器40记录具体的飞机性能参数，并把飞行信息保存在CSMU 70上。例如，飞机传感器80从飞机表面和主要的系统组件收集飞行数据，如图1中所示。传感器数据被发给飞行记录器40。来自例如麦克风和摄像机的音频和视频数据82被发给一般位于驾驶舱中的控制面板84。控制面板84是相对于飞行记录器40的用户接口，包括控制开关，插孔，和显示擦除完成状态，测试完成状态，头戴式耳机插孔，CAM输入，擦除开关和测试开关的指示器。机组人员用头戴式耳机84和驾驶舱区麦克风(CAM)86也与控制面板84连接。机载维护系统(OMS)88和记时计或定时器90也与飞行记录器40连接。
飞行记录器40包括信标50、FDR电子组件92、CVR电子组件94和CSMU 70。飞行记录器40还可包括用于音频、视频和飞行数据的任意组件的电子接口。飞行信息，以及音频/视频数据通过电子组件被处理，并被保存在CSMU 70上，以供稍后在坠毁或其它重大事件的情况下分析之用。飞行数据还可用于研究航空安全问题，材料老化，不安全的飞行程序，和喷气发动机性能。
在一个实施例中，飞行记录器40同时记录四个独立通道的驾驶舱音频，把音频转换成数字格式，并把数据保存在存储器中。飞行记录器40记录四个驾驶舱音频输入的2小时高质量音频：(1)驾驶舱备份音频输入(第三机组成员，公共广播系统)，(2)副驾驶员的音频、吊杆式话筒(boom)、面罩和手持麦克风输入，(3)驾驶员的音频、吊杆式话筒(boom)、面罩和手持麦克风输入，和(4)CAM输入。音频输入被酌情调节、放大和均衡。所得到的信号被转换成数字脉码调制(PCM)数据。在内部处理用于使驾驶舱区麦克风与飞行记录器40面接的预放大和自动增益控制，从而消除对驾驶舱控制单元的需要。来自飞机传感器80的飞行数据被接收、缓存和保存在CSMU 70中，逻辑上与驾驶舱音频和视频数据分离。CSMU 70具有存储25小时飞行数据和音频/视频数据的容量。
在正常操作中，电源96以28伏直流电(VDC)或115伏交流电(VAC)的形式，从飞机电源总线98获得电力。电源96向FDR电子组件92、CVR电子组件94和CSMU 70提供正常工作电力。信标50具有它自己的电池，当被启动时，所述电池能够持续数年。
在飞机电源总线98失效，或者电源96发生故障的情况下，例如，在坠毁前的瞬间，飞行记录器40启动更新数据，和把数据保存在CSMU 70上的备份操作。备份过程的完成需要多达10分钟。在备份过程中，RIPS 46向飞行记录器40提供备用工作电力。图4表示与FDR电子组件92、CVR电子组件94和CSMU 70耦接，以便向这些组件提供备用工作电压的电连接器48。在备份结束时，RIPS 46关闭，在飞机电源总线98被恢复之前，不再启动。飞行记录器40利用循环 计数器，记录该事件(即，已发生备份)。如果在备份过程结束之前，飞机电源总线98被恢复，那么RIPS 46返回等待模式，并开始重新充电，而不递增循环计数器。RIPS 46由电源96或飞机电源总线98再充电，在替换之前，能够运行高达4000个备份周期。RIPS 46报告内部电池组的故障。RIPS 46是模块化的，可借助电连接器48和夹具54拆卸和更换。
RIPS 46是飞行记录器40的集成组件，向飞行记录器提供备用电源并不需要任何特殊的连接器、布线、空间分配或者对现有系统的其它修改。RIPS 46和电连接器48物理上留驻在机壳42的外形尺寸内，不需要超出飞行记录器的尺寸规格的任何空间。于是，RIPS 46与飞机主电源和布线无关。
地面支援设备(GSE)100与飞行记录器40连接，用于维护、诊断、获取状态、以及从CSMU 70取回数据。GSE 100利用相对于诸如计算机之类的外部设备的以太网接口或者其它电子通信协议。
飞行记录器40可应用于固定翼和旋翼飞机，包括商用喷气飞机，军用飞机，无人驾驶飞机，超轻型飞机，软式飞艇，气球和飞翼式飞机。飞行记录器40还可适合于海上运输系统，比如船，潜艇，气垫船，还可扩展到娱乐/休闲、科学、商业、陆基交通工具，和宇宙飞行。
尽管详细说明了本发明的一个或多个实施例，不过本领域的技术人员会认识到可以做出对这些实施例的各种改进和修改，而不脱离在下面的权利要求中陈述的本发明的范围。

Claims (25)

1.一种飞行记录器，包括：
具有槽口的机壳；
布置在机壳内的电子接口，该电子接口被耦接，以便接收数据；
布置在机壳内并且与电子接口电耦接以存储数据的存储单元；和
物理上被置于机壳的槽口内的备用电源，该备用电源具有与机壳耦接的电连接器，以便向电子接口和存储单元提供工作电压，其中备用电源和电连接器的物理尺寸在机壳的外形尺寸之内。
2.按照权利要求1所述的飞行记录器，还包括把备用电源固定到机壳的夹具。
3.按照权利要求1所述的飞行记录器，其中备用电源可从机壳拆下。
4.按照权利要求1所述的飞行记录器，其中存储单元包括非易失性存储设备。
5.按照权利要求1所述的飞行记录器，还包括置于备用电源中的电池。
6.按照权利要求1所述的飞行记录器，其中存储单元保存飞行数据、音频数据或视频数据。
7.按照权利要求1所述的飞行记录器，还包括安装到机壳的信标。
8.一种数据记录器，包括：
机壳；
置于机壳内的电子接口，该电子接口被耦接，以便接收数据；
与电子接口电耦接以存储数据的存储单元；和
物理上被置于机壳的外形尺寸之内的备用电源，该备用电源向电子接口和存储单元提供工作电压。
9.按照权利要求8所述的数据记录器，还包括在机壳中形成的槽口，备用电源物理上被置于机壳的槽口内。
10.按照权利要求8所述的数据记录器，还包括把备用电源固定到机壳的夹具。
11.按照权利要求8所述的数据记录器，其中备用电源可从机壳拆下。
12.按照权利要求8所述的数据记录器，还包括置于备用电源中的电池。
13.按照权利要求8所述的数据记录器，其中存储单元保存飞行数据、音频数据或视频数据。
14.一种飞机，包括：
机身；和
安装到机身的飞行记录器，所述飞行记录器包括，
(a)机壳，
(b)置于机壳内的电子接口，该电子接口被耦接，以便接收数据，
(c)与电子接口电耦接以存储数据的存储单元，和
(d)物理上被置于机壳的外形尺寸之内的备用电源，该备用电源向电子接口和存储单元提供工作电压。
15.按照权利要求14所述的飞机，还包括在机壳中形成的槽口，备用电源物理上被置于机壳的槽口内。
16.按照权利要求14所述的飞机，还包括把备用电源固定到机壳的夹具。
17.按照权利要求14所述的飞机，其中备用电源可从机壳拆下。
18.按照权利要求14所述的飞机，还包括置于备用电源中的电池。
19.按照权利要求14所述的飞机，其中存储单元保存飞行数据、音频数据或视频数据。
20.一种制造数据记录器的方法，包括：
提供具有槽口的机壳；
把电子接口布置在机壳内；
把存储单元布置在机壳内；
电连接存储单元和电子接口；和
在物理上把备用电源布置在机壳的槽口内，该备用电源被耦接，以便向电子接口和存储单元提供工作电压。
21.按照权利要求20所述的方法，还包括把备用电源固定到机壳。
22.按照权利要求20所述的方法，还包括从机壳拆下备用电源。
23.按照权利要求20所述的方法，还包括在备用电源中布置电池。
24.按照权利要求20所述的方法，还包括在存储单元中布置非易失性存储设备。
25.按照权利要求20所述的方法，其中存储单元保存飞行数据、音频数据或视频数据。
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