CN105891806B - 一种飞行记录仪水下定位发信器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种飞行记录仪水下定位发信器，本发明利用现有的飞行记录仪水下定位发信器，通过加装水听器和固态继电器改变其开关机制，令其在浸水的基础之上还需要接收某频率或某几个频率的声信号才开始发射自己的定位信号；就可以避免传统飞行记录仪水下定位发信器的打捞时间窗口小的问题；同时，这也减小了飞机正常使用过程中意外触发飞行记录仪水下定位发信器并在空难发生前将其电池耗尽的危险。

Description

一种飞行记录仪水下定位发信器

技术领域

本发明属于航空工业领域，具体涉及一种飞行记录仪水下定位发信器。

背景技术

飞行记录仪（Flight Recorder），俗称“黑匣子”，是现代民用飞机不可或缺的安全设施。它由两部分构成，飞行数据记录器（Flight Data Recorder）和驾驶舱通话记录器（Cockpit Voice Recorder），两者装在同一个旨在保护它们的金属外壳中。两者在飞行过程中一直分别记录着飞机的各个部件的运行状态参数和驾驶舱内的飞行员的通话语音。如果飞机失事坠毁，那么飞行记录仪所记录的信息便可以协助事故调查，帮助人们找出事故原因。一旦找到事故发生的原因，人们便可以改善今后的飞机设计、维护、管理及操作程序，以避免类似的事故再次发生。

可是，飞行记录仪并不是在每次空难都能很容易找到。当空难发生在水上时，飞行记录仪尤为难找；以具体事件为例，1987年的南非航空295航班、1985年的印度航空182航班、2007年的印度尼西亚亚当航空574航班以及前几年的马航MH370均坠毁在海上，且寻找飞行记录仪的难度均给事故调查增加了不少阻力。这几起事故中甚至有几个飞行记录仪在葬身海底之后至今仍未被找到。

为了方便在水中寻找失事飞机的飞行记录仪，人们通常会在飞行记录仪的外壳上安装一个叫作水下定位发信器（Underwater Locator Beacon，简称ULB，下文当中“飞行记录仪水下定位发信器”、“发信器”、“ULB”皆指此设备）的装置。水下定位发信器一旦浸在水中，就会开始向周围发出一定频率的声纳信号（国际标准一般为37.5千赫兹）。这样的信号会一直持续，直到水下定位发信器的电池能量耗尽，无法继续为信号提供能量为止。这个声纳信号，打捞人员可以通过自己所驾乘的船只携带的被动声纳对其进行探测，从而确定飞行记录仪的位置。当然，人们除此之外还考虑过许多其它减少寻找难度的方法，但那些方法由于各种原因一直未被采用，在此不作赘述。

ULB在外形上是一个直径约3厘米，高约10厘米的金属圆柱体，内部装有一个电路。那个电路由一个声纳信号播放器和一节锂电池串联而成。电路有一部分通向圆柱体表面，并在该位置处于断开状态；整个圆柱体一旦浸入水中，断开的位置就会被水充满，电路也就会通过带有杂质的水的导体性质闭合。这样，便形成了一个未浸水关闭，浸入水中开启的声纳信号播放装置。

ULB的主要局限在于它的能源。目前世界主流工业标准要求ULB能够发出1米处160.5 dB re 1μPa的声纳信号（相当于147.5 dB re 20μPa，空气中的标准147.5分贝），平均每秒发出不少于1个持续时间10毫秒的脉冲——这样的信号在大约几千米远处可以用一般搜救船只的被动声纳监测到。与此同时，世界主流工业标准要求ULB能够将这样的信号维持30天。为此，ULB的内置电池需要携带大约10kJ的能量；尽管这能量要求并不高，但对于一个ULB尺寸的物体而言，提供这样的能量的电池已经需要占用它绝大部分的体积。

然而，即使是持续30天的信号，在现实中也被认为是不够的；以往在水上发生的空难，打捞人员寻找飞机残骸的时间经常超过30天。为此，美国联邦航空管理局（FederalAviation Administration）曾建议各航空公司采用能量更高的电池，将信号持续时间延长至90天。然而，让相同大小及重量的电池含有更多的能量，电池的价格便会随能量的增加而指数式飙升，故此全球多数航空公司没有采纳这项建议。如果扩大ULB的物理尺寸以容纳更大更重的电池，则会增加其对于飞机运载能力的负担。

更何况，即使采用能够持续90天的电池，ULB也很有可能由于意外情况而在空难之前将电能耗尽；例如，在黑匣子周围的空气湿度较大或有灰尘意外落到ULB电路断开位置的情况下，电路会被水气或灰尘接通，即使飞机没有在水上坠毁也会导致ULB开始发送信号并消耗电池。美国至今已发生并查出多起这样的事件，而每次都需要飞机的操作者临时紧急更换ULB电池，给飞机的使用所带来的不便可想而知。世界其它国家发生类似事件的相关统计信息不详，但目前没有任何证据表明其它国家没有发生这种事情。

发明内容

为了解决这一系列问题，本发明提供了一种飞行记录仪水下定位发信器，其给现有的ULB加装两种部件；这两种部件分别为水听器（hydrophone）和固态继电器（SolidState Relay，简称SSR）；本发明适用于改善水上空难之后寻找飞行记录仪的难易度，同时也可以降低发信器平时储存时的成本。

水听器是一种将声信号转化为电流的装置，它的工作原理如下：水听器的主要部件为一个压电效应换能器，即一种能够在自身的晶体结构中储存电能的材料，而这种材料一旦经受某种形式的机械力便会释放储存的电能。水听器的其它部分的功能，无非是保证释放电能的机械力形式是某频率的声波，以及将释放的电能转化为电流。值得注意的是，水听器的上述基本部件在工作过程中理论上无需外界电能输入。当今市面上的主流小型水听器物理尺寸大约在5厘米×1厘米×1厘米左右，如有必要可能还可以造得更小。如今这种小型水听器市面价格在几元至几百元不等。

固态继电器是一种电路开关。相对于其它电路开关，其特点在于其断开或闭合取决于其内部的一个子电路中是否有电流。如果子电路一直没有电流通过，则固态继电器所处的母电路保持断开；一旦子电路有电流通过，则固态继电器所处的母电路则闭合。换言之，它是一种用微小电流控制另一个电路开启或关闭的工具。当今市面上最小的固态继电器物理尺寸略小于半厘米见方，价格在几十元至几百元不等。

两种电子元件都具备抗高压、抗震荡、抗撞击等飞行记录仪部件必备条件。相比于ULB的整体造价（万元量级），它们的价格并不昂贵；本发明中使用的固态继电器和水听器均为常规市售元件。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

在传统飞行记录仪水下定位发信器的基础之上，在其内置发信电路中串联一个固态继电器，令整个电路只有在固态继电器处于闭合状态时才会像传统水下定位发信器那样工作；至于主宰固态继电器断开或闭合的微电流，则由一部与其相连的水听器提供；当且仅当声波信号触发水听器，水听器才会向固态继电器提供电流，固态继电器才会闭合。如此，发信器浸入水中且与此同时接收到能够触发水听器的声纳信号之时，才会启动发声设备，开始消耗电池。如果仅仅是浸入水中，固态继电器依然处于断开状态，电池不会被消耗。

当然，产品设计者可以依据情况选择给电路串联多部固态继电器，给每一个固态继电器加装一部分别工作于不同波段的水听器；那么发信器必须在浸水之时同时接收到能够触发所有水听器的多个波段的声纳信号才会启动。

本发明的技术效果如下：

其一，在飞机尚未坠毁之时，如果ULB处于潮湿或多灰尘的环境，传统ULB电路会被接通，电池会发生消耗；新型ULB则不然；即使电路被水气或灰尘接通，固态继电器依然处于断开状态，不会对电池产生影响；

其二，在飞机水上坠毁之后，ULB主电路会被水接通，但由于固态继电器没有闭合，电路依然不会对外发送声纳信号；此时，ULB电池不会发生消耗。打捞人员在寻找ULB之时，却有办法让ULB在自己足够接近的时候开始发声；例如，假设打捞人员的探测设备能够在5千米远处探测到ULB的发射信号，那么他们可以开启一台频率与ULB水听器工作频率相吻合的主动声纳，并令其发射强度足以在5千米远处激发ULB的内置水听器。如此，打捞人员一旦进入ULB所在位置5千米之内，水听器就会产生控制电流，固态继电器就会闭合，ULB便会开始发声。

附图说明

图1为传统飞行记录仪水下定位发信器电路示意图；

图2为本发明发信电路示意图；

图3为本发明带有多个固态继电器的发信电路示意图；

图中：1-为电源；2-开关；3为发生器；4为固态继电器；5为水听器。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。

传统飞行记录仪水下定位发信器的电路图如图1所示。其中，标注开关2的位置即ULB电路的开口，一旦浸入水中便会闭合；位于该图上方的电子元件即ULB的发声器3由电源1供电而工作。

实施例1：如图2所示，本飞行记录仪水下定位发信器是在常规飞行记录仪水下定位发信器的由电源1、开关2和发声器3组成的发信电路中串联一个固态继电器4，同时固态继电器4上连接一个水听器5，水听器连接在固态继电器控制电流端（输入端）；

在“开关”浸水闭合之后，固态继电器（即标记“SSR”的电子元件）依旧处于断开状态；只有在浸水的基础之上令水听器5探测到声波信号，产生微电流触发固态继电器，整个电路才会通电。

当然，图2中的设计成立的前提是水听器拥有足够高的声波频率分辨能力，以致于它不会被海洋中自然环境中发出的声响触发，但能够被打捞人员的设备发射的声纳信号触发。可以想象，这样的条件不一定很容易满足；不同地区的海洋中生活着不同的海洋生物，自然噪声大不相同，而水听器工作频率不与任何海区的自然噪声吻合可能很难保证。

实施例2：如图3所示，本飞行记录仪水下定位发信器是在常规飞行记录仪水下定位发信器的由电源1、开关2和发声器3组成的发信电路中串联3个固态继电器4，同时每个固态继电器4上连接一个水听器5；3个水听器5分别识别3个不同波段声纳信号；

每个固态继电器由一个不同的水听器提供控制电流，而每一部水听器的工作频率有所不同。这样，ULB浸水之后，若欲开启发声器，必需令所有水听器同时接收到自己工作波段内的声信号，从而同时闭合所有固态继电器。如此，即使海洋中的自然声能够触发一个或多个水听器，只要未能触发所有水听器，电池依旧不会发生消耗。打捞人员在寻找ULB的时候，却可以根据ULB生产商提供的内置水听器规格选择发射多个频率的声纳信号，从而在适当的时候触发所有水听器，致使电路闭合。

当然，ULB的设计者应尽量按图2所示的电路进行设计，而此时电路中唯一的水听器的工作频率应该选择在全球任何一个角落的水中自然噪声所不具备的频率，以免ULB被自然噪声开启。图3中的设计仅仅应当在找不到或造不出工作频率适合的水听器之时采用。

无论采用图2还是图3所示的电路，新增的电路部件都会相对图1挤占更多的ULB内部空间，而鉴于航空工业标准，ULB整体大小和重量不能发生改变。新型ULB解决这个问题的方法是携带体积更小、重量更轻的电池，以此给新的部件腾空间。新型ULB的工作方式正好使得它无需携带太多的电量；传统ULB必须从空难发生时刻起一直发射信号，直至飞行记录仪打捞工作完成，而新型ULB只需在打捞过程中维持信号。如此，新型ULB所配备的电池只需要采用电压相同，电量更小，体积、重量更小的设计即可。

如有可能，新型ULB甚至可以考虑加大发声器的功率，即牺牲信号持续时间换取更大的探测范围。既然新型ULB的信号只需从被发现时刻维持到打捞过程结束，那么它就无需像传统ULB那样连续好几十天持续发射信号，于是打捞人员对它的有效探测范围便成了它的主要性能参数。加大发声器功率，使得打捞人员能够在更远的距离上发现ULB发出的信号，正好能够达到这样的目的。

Claims (2)

1.一种飞行记录仪水下定位发信器，其特征在于：在常规飞行记录仪水下定位发信器的发信电路中串联一个固态继电器，同时固态继电器上连接一个水听器；

所述常规飞行记录仪水下定位发信器的发信电路是装在水下定位发信器内的一个电路，该电路由一个声纳信号播放器和一节锂电池串联而成，电路有一部分通向水下定位发信器表面，并在该位置处于断开状态；整个水下定位发信器一旦浸入水中，断开的位置会被水充满，电路会通过带有杂质的水的导体性质闭合，形成一个未浸水关闭，浸入水中开启的声纳信号播放电路。

2.根据权利要求1所述的飞行记录仪水下定位发信器，其特征在于：常规飞行记录仪水下定位发信器的发信电路中串联加装一个以上的连接有水听器的固态继电器，且不同固态继电器上连接的水听器分别识别不同波段声纳信号。