CN103582356B - 用于保护飞行记录器的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了用于保护飞行记录器的系统和方法。在某些实施例中，一种坠毁可保全存储器单元包括：存储器设备，记录飞行数据；柔性隔热层，抑制热能从柔性隔热层的外侧传递至柔性隔热层的内侧，其中，所述内侧面对存储器设备；微晶格层，邻接内侧并围住存储器设备，所述微晶格层被配置成使穿过柔性隔热层的热能基本上遍布于微晶格层；以及吸热材料，灌注微晶格层，所述吸热材料被配置成吸收微晶格层中的热能；以及抗冲击层，环绕柔性隔热层，其中，抗冲击层吸收由接触抗冲击层的其他对象引起的震动。

Description

用于保护飞行记录器的系统和方法

本申请涉及以下共同待决美国专利申请，该申请被通过引用结合到本文中：

于2012年7月18日提交且在本文中称为'151申请的题为“SYSTEM AND methodsfor A protective casing”的美国专利申请序号13/552,243（代理人档案号H0034151-5438）。

背景技术

由于飞行记录器必须经受得住由灾难性的飞机坠毁引起的极端条件，所以飞行记录器内的坠毁可保全存储器单元要求极端的机械稳健性以及在短时间段内吸收大量热能的能力。为了耐受极端条件，坠毁可保全存储器单元通过易碎隔热材料和相对不可压缩的吸热材料与热隔离。一般地，隔热材料围绕一层吸热材料，并且吸热材料围绕数据存储设备。由于隔热材料和吸热材料是易碎或不可压缩的，所以为了保护坠毁可保全存储器，外壳一般由大量规硬化钢构成，使得外壳经历尽可能少的变形。

一般地，当设计钢外壳、隔热材料和吸热材料时使用最优化过程以减少外壳的总内封体积和重量，同时仍针对飞机失事的极端条件进行保护。然而，用于结构稳健性的外壳几何结构的最优化和对数据存储设备的尺寸的实际限制导致隔热和/或吸热材料的不均匀分布。此外，结果得到的坠毁可保全存储器单元占飞行记录器的总重量的超过70%，钢外壳占坠毁可保全存储器单元的重量的约65%。

发明内容

提供了用于保护飞行记录器的系统和方法。在至少一个实施例中，坠毁可保全存储器单元包括：存储器设备，被配置成记录飞行数据；柔性隔热层，被配置成抑制热能从柔性隔热层的外侧传导至柔性隔热层的内侧，其中，柔性隔热层的内侧面对存储器设备。坠毁可保全存储器单元还包括与柔性隔热层的内侧邻接且围住存储器设备的微晶格层，该微晶格层被配置成使穿过柔性隔热层的热能基本上遍布于微晶格层；以及吸热材料，灌注微晶格层，所述吸热材料被配置成吸收微晶格层中的热能；以及抗冲击层，环绕柔性隔热层，其中，所述抗冲击层被配置成吸收由接触抗冲击层的其他对象引起的震动。

附图说明

根据参考附图的以下描述，本发明的特征将变得对于本领域的技术人员而言显而易见。理解了附图仅描绘典型实施例且因此并不被认为在范围方面是限制性的，将通过使用附图来以附加的特殊性和细节来描述本发明，在所述附图中：

图1是图示出根据一个实施例的飞行记录器的部件的图；

图2是图示出根据一个实施例的坠毁可保全存储器单元的部件的方框图；

图3是图示出根据一个实施例的用来构造微晶格层的桁架杆元的区段的图；以及

图4是根据一个实施例的用于构造坠毁可保全存储器单元的方法的流程图。

具体实施方式

在以下详细描述中，足够详细地描述了实施例以使得本领域的技术人员能够实施本发明。应理解的是在不脱离本发明的范围的情况下，可以利用其他实施例。因此不应以限制性意义来理解以下详细描述。

本公开的实施例提供了用于在存在于飞机灾难期间的极端环境中保护飞行记录器的方法和系统。

图1是飞行记录器100中的部件的图。飞行记录器100是记录发送到飞机上的电子系统的指令的电子设备。例如，飞行记录器100可以包括飞行数据记录器、驾驶舱语音记录器、图像记录器以及CNS/ATM（数据链路）记录器。并且，在某些实施方式中，飞行记录器100能够在类似于战场的飞机的某些位置上记录音频和/或视频图像。飞行记录器100包括数据接口102、通信电缆104以及坠毁可保全存储器单元（CSMU）106。数据接口102提供飞行记录器100的用于从飞机上的不同电气系统进行信号的输入和调节的电路与坠毁可保全存储器之间的接口。例如，数据接口102接收描述发射到飞机上的不同电子系统的命令的信息。并且，数据接口102接收音频信息以描述飞机机组人员之间的会话以及飞机中的其他环境声。此外，数据接口102从飞机接收视频信息。数据接口102通过通信电缆104来接收和向CSMU106发射数据。通信电缆104能够以所需数据可容易地被CSMU 106记录的方式将所需数据发射到CSMU 106。例如，通信电缆104可以包括柔性印刷电缆、同轴电缆、光纤电缆等。在某些实施例中，当飞机经历坠毁时，数据接口102和通信电缆104可能在不损坏存储在CSMU 106中的存储器中的数据的情况下被毁坏。

然而，为了保存已经记录的数据，CSMU 106被设计成耐受在飞机灾难期间发生的极端环境。为了保证CSMU 106能够耐受飞机坠毁的极端环境，CSMU 106被严格地测试。例如，CSMU 106被设计成耐受3400 G的坠毁冲击。CSMU 10也可抵抗穿透，因为CSMU 106的最脆弱轴能够耐受在从十英寸的高度从重量的底部突出的0.25平方英寸的销的情况下由500磅重量的掉落引起的力。此外，CSMU 106还能够耐受1100℃的温度达至少一小时。CSMU 106可以经历其他测试以测试CSMU对在飞机灾难事件中可能存在的压力、液体以及化学力的抵抗力。为了能够耐受在飞机坠毁期间存在的极端环境和上述严格测试，CSMU 106由一起作用以保护CSMU 106内的存储器单元不会由于飞机坠毁而被损坏的材料制成。

图2是图示出根据一个实施例的CSMU 206的部件的图。CSMU 206包括保护存储器单元210的部件。在正常操作期间，存储器单元210被连接到图1中的通信电缆104。存储器单元210是存储数据以供未来检索的介质。例如，存储器单元210可以通过磁带、硬驱、固态存储器设备、金属镌刻等来存储数据。由于存储器单元210对由震动和热引起的损坏敏感，所以存储器单元210被围绕在抑制热和震动影响存储器单元210的保护性结构内。例如，存储器单元210可以被金属微晶格层212、柔性隔热层216以及抗冲击层214围绕。在至少一个实施例中，CSMU 206包括围绕存储器单元210的微晶格层212内的吸热材料211。

微晶格层212是将存储器单元封装在金属微晶格中的层。在某些实施例中，金属微晶格是三维微结构。在某些实施例中，微晶格是能够用作设备中的支撑脚手架以便存储热能的结构，其中，微晶格层212包括储热材料和微晶格支撑脚手架。微晶格一般地包括桁架杆元的多个区段。

图3是图示出用来形成微晶格支撑脚手架的桁架杆元302的区段300的图。在至少一个示例性实施例中，区段300包括在节点304处被接合在一起的八个不同桁架杆元302。在其他实施例中，桁架杆元302的区段300可以包括多于或少于八个不同的桁架杆元302。如图3中所示，不同的桁架杆元302在接点304中相互穿插而形成区段300。图2中的微晶格层212中的微晶格支撑脚手架由被接合在一起以形成连续晶格结构的多个区段300形成。

在一个实施例中，区段300中的多个桁架杆元302被连续地形成，使得两个结合的桁架杆元302的内部在桁架杆元的区段300内形成不具有内部边界的邻近空隙。当不同桁架杆元300的内部缺少内部边界时，连接不同桁架杆元302的节点由与用来制造桁架杆元302的材料相同的材料制成。

区段300中的桁架杆元302由于桁架杆元302的小尺寸而具有固有地高强度。此外，桁架杆元302被配置成具有用于耐受弯曲力矩的相应地小的纵横比（例如，长度/直径比）。并且，由于图2中的微晶格层212由桁架杆元300的多个结合区段形成，所以微晶格层212能够经由区段300中的桁架杆元的轴向张力和压缩而耐受机械负荷。桁架杆元302沿着其各自轴向方向的分子对准向桁架杆元302且也相应地向微晶格层212提供附加强度和/或刚度。此外，在至少一个实施方式中，桁架杆元302被配置成在施加于微晶格层212的压缩负荷下为图2中的微晶格层212提供伸展支配行为。

如图3中所示，桁架杆元302分别地在远离接节点304的不同方向上延伸。例如，根据至少一个实施例，桁架杆元302的区段300可以包括八个桁架杆元302，其中的每一个沿着远离节点304的八个变化方向中的相应的一个延伸。在至少一个实施方式中，八个桁架杆元302在节点304处相互穿插而形成连续材料的区段。

在某些实施方式中，当桁架杆元300的多个区段被接合在一起而形成微晶格层时，类似于图2中的微晶格层212，微晶格层212的相当一部分是自由空间。在某些实施方式中，微晶格层212内的自由空间被至少部分地填充与微晶格结构本身的材料不同的材料。例如，可以用吸收热能的材料来填充微晶格层212内的自由空间，其中，微晶格层212内的微晶格支撑脚手架使热能基本上均匀地遍布于微晶格层212内的自由空间中的吸收材料。

在至少一个实施例中，微晶格层212被制造成通过提供金属微晶格作为充当脚手架的三维有序开放蜂窝式结构来吸收热能。该开放蜂窝随后被填充相变材料。适当相变材料的示例是碳氢化合物、有机分子、脂肪酸、盐水合物、碳酸氢钠等。在至少一个实施方式中，存储器单元210被封装在包括相变材料的吸热材料211内，其中，吸热材料211被围绕在微晶格层212内。在以下美国专利中进一步描述了吸热材料，该专利全部被通过引用结合到本文中：于1997年11月4日提交、在本文中称为'839专利的题为“Method for dissipatingheat away from heat sensitive device using bicarbonate compositions”的美国专利号5,932,839；于1999年5月6日提交、在本文中称为'011专利的题为“method fordissipating heat away from a heat sensitive device using bicarbonatecomposition”的美国专利号6,078,011；以及于2003年4月3日提交、在本文中称为'161专利的题为“method for heat absorption using polyoxymethlene polymer compositions”的美国专利号6,899,161。

如上文相对于图2所述，存储器单元210和微晶格层212被围在柔性隔热层216内。柔性隔热层216抑制通过柔性隔热层216的热传递以保护存储器单元210免受包含CSMU 206的受热环境的影响。例如，当CSMU 206处于受热环境中时，柔性隔热层216抑制通过柔性隔热层216到微晶格层212的热传递。通过柔性隔热层216传递的热被包含在微晶格层212内的吸热材料吸收。柔性隔热层216和微晶格层212的组合共同地作用以抑制CSMU的环境中的热损坏存储器单元210。

此外，柔性隔热层216和微晶格层212的组合共同地作用以防止对CSMU 206的震动损坏存储器单元210。在一个示例性实施方式中，柔性隔热层216包括一层柔性气凝胶或其他柔性绝热体。在至少一个实施方式中，柔性气凝胶层216是PYROGEL XTF。柔性隔热层216是可变形的且能够响应于震动而移动。此外，微晶格层212也是可变形的且能够响应于震动而移动。由于柔性隔热层216和微晶格层212两者的可变形性，柔性隔热层216和微晶格层212能够吸收由施加于CSMU 206的震动产生的能量并防止该震动损坏存储器单元210。

此外，为了防止存储器单元210在飞机灾难事件中进一步损坏，CSMU 206包括抗冲击层214。抗冲击层214是被设计成在存在于飞机灾难中的高力下耐受冲击而不破损的硬质层。例如，抗冲击层214可以由金属、复合材料（例如，碳复合材料）等制成。与传统CSMU上的抗冲击层相对比，柔性隔热层216和微晶格层212（其两者都具有震动吸收剂品质）的组合允许有比在传统CSMU中找到的更薄的抗冲击层214。较薄抗冲击层214减小了CSMU 206的尺寸和重量。因此，抗冲击层214、柔性隔热层216以及微晶格层212的组合一起作用以保护存储器单元210免受由在飞机灾难期间存在的极端环境引起的力的影响。

图4是根据一个实施例的用于制造CSMU的方法400的流程图。方法400在402处继续，其中，金属微晶格层被放置在存储器单元周围。如上文所讨论的，金属微晶格层是在存储器单元周围提供可压缩脚手架层的桁架杆元的结构。方法400在404处继续，其中，用吸热材料灌注金属微晶格层。吸热材料包括相变材料，诸如碳酸氢钠或其他相变材料。金属微晶格层使热遍布于吸热材料以阻止热能到达存储器单元。

方法400在406处继续，其中，柔性隔热层被放置在用吸热材料灌注的金属微晶格层周围。例如，可以在金属微晶格层周围放置一层柔性气凝胶。柔性气凝胶阻止从CSMU的外层到围绕存储器单元的内层的热传递。方法400在408处继续，其中，在柔性隔热层周围形成抗冲击层。例如，抗冲击层吸收到CSMU的震动并将金属微晶格层和金属微晶格层密封。围绕存储器单元的CSMU的多个层的组合保护存储器单元免受由在飞机灾难期间存在的极端环境引起的力的影响。

示例性实施例

示例1包括坠毁可保全存储器单元，包括被配置成记录飞机数据的存储器设备；围绕存储器设备的微晶格层，其中，用吸热材料灌注该微晶格层；围绕微晶格层的柔性隔热层；以及围绕柔性隔热层的抗冲击层。

示例2包括示例1的坠毁可保全存储器单元，其中，所述吸热材料包括相变材料。

示例3包括示例2的坠毁可保全存储器单元，其中，所述相变材料包括碳氢化合物；有机化学制品、脂肪酸、水合盐；以及碳酸氢钠中的至少一个。

示例4包括示例1—3中的任一个的坠毁可保全存储器单元，其中，柔性隔热层包括隔热毛织品；泡沫；以及柔性气凝胶中的至少一个。

示例5包括示例1—4中的任一个的坠毁可保全存储器单元，其中，所述抗冲击层包括金属。

示例6包括示例5的坠毁可保全存储器单元，其中，所述抗冲击层是可变形的。

示例7包括示例1—6中的任一个的坠毁可保全存储器单元，其中，所述抗冲击材料包括复合材料。

示例8包括示例1—7中的任一个的坠毁可保全存储器单元，其中，所述存储器单元存储与飞机操作参数；飞行员通信；环境声和视频图像中的至少一个有关的数据。

示例9包括示例1-8中的任一个的坠毁可保全存储器单元，其中，所述存储器单元被包裹在吸热材料中。

示例 10包括示例1—9中的任一项的坠毁可保全存储器单元，其中，所述存储器单元是固态存储器设备；磁带存储器设备；以及磁存储器设备中的至少一个。

示例11包括用于保护存储器单元的方法，该方法包括在存储器单元周围放置金属微晶格层；用吸热材料灌注金属微晶格层；在用吸热材料灌注的金属微晶格层周围放置柔性隔热层；以及在柔性隔热层周围形成抗冲击层。

示例12包括示例11的方法，其中，所述柔性隔热层包括柔性气凝胶。

示例13包括示例11—12中的任一个的方法，其中，所述吸热材料包括相变材料。

示例14包括示例11—13中的任一个的方法，还包括确定用于存储器单元的保护水平，其中，确定保护水平包括测试存储器单元对冲击的响应；测试存储器单元对受热环境的响应；以及测试存储器单元在不同压力下与流体的相互作用。

示例15包括坠毁可保全存储器单元，包括被配置成包括：存储器设备，被配置成记录飞行数据；柔性隔热层，被配置成抑制热能从柔性隔热层的外侧传导至柔性隔热层的内侧，其中，柔性隔热层的内侧面对存储器设备；微晶格层，邻接柔性隔热层的内侧并围住存储器设备，该微晶格层被配置成使穿过柔性隔热层的热能基本上遍布于微晶格层；吸热材料，其灌注微晶格层，该吸热材料被配置成吸收微晶格层中的热能；以及抗冲击层，环绕柔性隔热层，其中，抗冲击层被配置成吸收由接触抗冲击层的其他对象引起的震动。

示例16包括示例15坠毁可保全存储器单元，其中，抗冲击层包括复合材料；以及金属中的至少一个。

示例17包括示例15—16中的任一个的坠毁可保全存储器单元，其中，所述吸热材料包括相变材料。

示例18包括示例17的坠毁可保全存储器单元，其中，所述相变材料包括碳氢化合物；有机化学制品、脂肪酸、水合盐；以及碳酸氢钠中的至少一个。

示例19包括示例15—18中的任一个的坠毁可保全存储器单元，还包括被密封在微晶格层内并包围存储器设备的附加吸热材料。

示例20包括示例15—19中的任一个的坠毁可保全存储器单元，其中，柔性隔热层包括隔热毛织品；泡沫；以及柔性气凝胶中的至少一个。

在不脱离其本质特性的情况下，可以以其他特定形式来体现本发明。所述实施例在所有方面仅仅被视为说明性而非限制性的。因此由所附权利要求而不是由前述描述来指示本发明的范围。在权利要求等价物的意义和范围内的所有变更将被涵盖在其范围内。

Claims (4)

1.一种坠毁可保全存储器单元（206），包括：

存储器设备（210），被配置成记录飞机数据；

微晶格层（212），围绕存储器设备（210），其中，用吸热材料灌注所述微晶格层（212）；

柔性隔热层（216），围绕所述微晶格层（212）；以及

抗冲击层（214），围绕柔性隔热层（216）。

2.如权利要求1所述的坠毁可保全存储器单元（206），其中，所述吸热材料包括相变材料。

3.一种用于保护存储器单元（210）的方法，该方法包括：

在存储器单元（210）周围放置微晶格层（212）；

用吸热材料灌注微晶格层（212）；

在用吸热材料灌注的微晶格层（212）周围放置柔性隔热层（216）；以及

在柔性隔热层（216）周围形成抗冲击层（214）。

4.如权利要求3所述的方法，其中所述微晶格层（212）是金属微晶格层。