JP5881788B2 - 筐体のフォームファクタ内に配置される一体型予備電源装置を備えたフライトレコーダ、データレコーダまたは航空機 - Google Patents

Description

関連出願のクロスリファレンス
本出願は、２００８年６月１９日に出願された米国特許出願第１２／１４２，１２９号の利益を主張するものであり、その内容は全て参考としてここに援用される。

本発明は、一般的なアビオニクス（航空電子機器）に関し、特に筐体のフォームファクタ内に物理的に配置される一体型予備電源装置を備えたフライトレコーダに関する。

多くの民間航空機に加え、大部分の商用及び軍用の航空機は、フライトデータレコーダ（ＦＤＲｓ；Flight Data Recorders）やコックピットボイスレコーダ（ＣＶＲｓ；Cockpit Voice Recorders）を搭載する。通常の飛行操作中、ＦＤＲは対気速度や高度，垂直加速度，時間，機首磁方位，操縦ハンドル位置，方向舵ペダル位置，操縦輪位置，水平安定板，燃料流量のような特定の航空機性能パラメータを記録する。またＣＶＲは、操縦席の声や、地上管制部と航空機搭乗員との間の会話のような別の音声を記録する。当該ＦＤＲとＣＶＲは、電子インターフェースを含んで、各回路やクラッシュサバイバブルメモリユニット（ＣＳＭＵ；Crash Survivable Memory Unit）を処理する筐体を備えている。ＣＳＭＵは、フライトデータやボイスデータを蓄積するための不揮発性メモリを有する。

墜落した場合には、フライトレコーダのシャーシや内部構成部品の大部分が、損傷を受ける可能性がある。しかし、ＣＳＭＵは衝撃や、潜在的に起こるその後の火災や、様々な環境条件の余波に耐える設計がされている。例えば、ＥＵＲＯＣＡＥ ＥＤ−１１２ 規格の下では、３６００ｇの衝撃と最大１０００℃までの温度に耐えることが要求される。ＣＳＭＵに蓄積されたデータは、そのときにも回収できなければならない。

一般に「ブラックボックス」として知られ、国際民間航空機関（ＩＣＡＯ；International Civil Aviation Organization）で規制されるように、これらのユニットは、航空機事故を調査および理解するのに重要である。実際には、ブラックボックスの回収は、生存者や犠牲者の回収に次いで二番目に行われる。ＦＤＲは、空路の安全問題や材料の劣化、危険な操縦手順、ジェットエンジンの性能の研究にも利用できる。フライトレコーダの外側ハウジングは、素早い確認のために明るいオレンジ色で塗装され、存続性を最大にするために、一般には航空機の尾部に配置される。

前記フライトレコーダは、主たる航空機のパワーバスから、電気的な動作パワーを受け入れている。緊急状態になると、主たる航空機のパワーバスは不能になる可能性があり、それが墜落前の瞬間の重要データを失う要因となり得る。そのため、主たる航空機のパワーバスが不能に陥っても、フライトレコーダに対して短期間の動作パワーを提供するために、一般には補助の電源装置が利用される。この補助電源は、フライトレコーダに配線された単独のユニットである。特許文献１は、この２つのユニット、すなわちＣＶＲと独自の補助電源装置のアプローチが開示されている。

米国特許第６４１０９９５号明細書

従来のフライトレコーダと関連付けられた単独の補助電源装置は、いくつかの不利益を有している。ＦＤＲとＣＶＲは、様々な管理機関によって課せられる特定の寸法的なスペースの要求がある。独自の補助電源装置は、そうしたフライトレコーダ自身の寸法的制約を遥かに越えて、追加のスペースを必要とする。加えて、２つのユニットのアプローチ（フライトレコーダと独自の補助電源装置）は、保守，点検，交換の各コストを増加させる。

フライトレコーダの寸法的制約を越えないようにする必要性は、予備電源装置に存在する。一つの実施形態において、本発明は内側に広がる切込みを有する筐体からなるフライトレコーダである。電子インターフェースは、筐体の内部に配置される。電子インターフェースは、データを受取るために接続される。メモリユニットは筐体の内部に配置され、前記データを蓄積するために電子インターフェースと電気的に接続される。切込みは筐体の外周囲面に形成されていて、少なくとも予備電源装置を受け入れる寸法と形状を有する。予備電源装置に配置される電池をさらに備えている。予備電源装置は、筐体の外方で切込みの内部に物理的に取外し可能に配置される。この予備電源装置は、電子インターフェースとメモリユニットに動作電圧を提供するために、筐体の電気的接続合わせ部に接続する電気的接続部を有する。予備電源装置と電気的接続部の物理的寸法は、適用規格でフライトレコーダに予め決められたフォームファクタ内に収まる。

別な実施態様において、本発明は、内側に広がる切込みを有する筐体と、その筐体の内部に配置された電子インターフェースとからなるデータレコーダである。電子インターフェースは、データを受取るために接続される。メモリユニットは、前記データを蓄積するために電子インターフェースと電気的に接続される。切込みは筐体の外周囲面に形成されていて、少なくとも予備電源装置を受け入れる寸法と形状を有する。予備電源装置に配置される電池をさらに備えている。予備電源装置は、前記筐体の外方で切込みの内部に物理的に配置される。予備電源装置の物理的寸法が、適用規格でデータレコーダに予め決められたフォームファクタ内に収まり、予備電源装置は、電子インターフェースとメモリユニットに動作電圧を提供する。

別な実施態様において、本発明は、機体と、その機体に装着されるフライトレコーダとからなる航空機である。フライトレコーダは、内側に広がる切込みを有する筐体と、その筐体の内部に配置された電子インターフェースとを備えている。電子インターフェースは、データを受取るために接続される。切込みは筐体の外周囲面に形成されていて、少なくとも予備電源装置を受け入れる寸法と形状を有する。予備電源装置に配置される電池をさらに備えている。フライトレコーダは、さらに前記データを蓄積するために電子インターフェースと電気的に接続されるメモリユニットと、前記筐体の外方で前記切込みの内部に物理的に配置される予備電源装置とを備えている。予備電源装置の物理的寸法が、適用規格でデータレコーダに予め決められたフォームファクタ内に収まり、予備電源装置は、電子インターフェースとメモリユニットに動作電圧を提供する。

フライトレコーダを備えた航空機の斜視図である。 一体型予備電源装置を備えたフライトレコーダの筐体を示し、その筐体のフォームファクタ内に一体型予備電源装置が存在する。 一体型予備電源装置を備えたフライトレコーダの筐体を示し、その筐体のフォームファクタ内に一体型予備電源装置が存在する。 一体型予備電源装置を備えたフライトレコーダの切欠き図である。 一体型予備電源装置を備えたフライトレコーダに対する航空機インターフェースボードの機能的ブロック図である。

本発明は、以下の記述において、同じ要素あるいは類似する要素を同様の数字で表す図を参照して、一つ以上の実施形態で表される。本発明は、本発明の目的を実現する最良の形態に関して表されるが、添付の請求項と以下の開示および図面でサポートされるそれらと同等のものとで定義される本発明の精神と範囲に含まれる代替手段，改良および同等のものを含める意図であることが、当業者によって正しく理解されるだろう。

まず図面、特に図１を参照すると、機首部分12，コックピット14，胴体すなわち機体16，尾部18，翼20およびエンジン22を含む民間航空機10が図示される。フライトデータ取得装置24は、例えば対気速度や高度，垂直加速度、時間，機首磁方位，操縦ハンドル位置，方向舵ペダル位置，操縦輪位置，翼フラップ位置，水平安定板，燃料流量，着陸装置位置などの飛行情報を、航空機10の至るところにある対応するセンサから取得するために、機首部分12に配置することができる。各センサは、リアルタイムでの物理的な飛行の測定結果を、フライトデータ取得装置24への電気信号に変換するために、航空機の重要な表面やシステム構成部に配置される。代表的な飛行機センサは、エンジン速度センサ26，翼フラップ位置センサ28，補助翼位置センサ30および方向舵位置センサ32を含む。飛行機センサ26〜32は、フライ・バイ・ワイヤーデータバス34または無線チャネルを通じて、フライトデータ取得装置24に接続することができる。他の飛行関連情報として、例えば音および映像のデータは、コックピット，客室エリア，貨物倉，着陸装置区画に配置できる音／映像レコーダ36により収集される。フライトデータ取得装置24および音／映像レコーダ36は、データバス34，ダイレクトリンクまたは無線通信によって、フライトレコーダ40に飛行関連情報を送る。フライトレコーダ40は機体16に装着される。このフライトレコーダ40を、フライトデータレコーダ（ＦＤＲ），コックピットボイスレコーダ（ＣＶＲ），コックピットボイスおよびフライトデータレコーダ（ＣＶＤＲ），或いは飛行データと音／映像を組み合わせた別なレコーダとして実現することができる。

フライトレコーダ40の詳細を、図２ａおよび図２ｂで示す。図２ａはフライトレコーダ40の側面図であり、図２ｂはフライトレコーダ40の斜視図である。フライトレコーダ40は、フライトデータと音／映像データを記録する。フライトレコーダ40は、音，映像，管制官パイロット間データ通信（ＣＰＤＬＣ）メッセージおよび飛行データを同時に記録する列線交換ユニットである。フライトレコーダ40は、小型且つ軽量で、環境的に密封された筐体42を含み、この筐体42は、データバス34，ダイレクトリンクまたは無線通信を経由して、フライトデータ取得装置24および音／映像レコーダ36からの飛行関連情報を受け取る電気的接続部44を備えている。一実施形態において、接続部44は１０２４ワード／秒のデータレートを有する５７ピンのＤＰＸＢ型コネクタである。筐体42は、ＡＲＩＮＣ ４０４Ａに準拠する１／２−ＡＴＲ ｓｈｏｒｔサイズの防水ケースである。筐体42は概ね矩形のフォームファクタを有し、ケースの一側に沿って、またはケースの角部に形成されたＬ形状の切込み（ノッチ）としての切欠き43を備えている。この切込み43を、筐体42の任意の表面の中央部にＵ形状に配置することもできる。

レコーダ独立電源装置（ＲＩＰＳ：recorder independent power supply）46は、筐体42の切込み43に装着され物理的に存在する内蔵型のバッテリパックモジュールである。このＲＩＰＳ46は、電気的接続部48と機械的クランプ54によって筐体42に固定される。ＲＩＰＳ46は電気的接続部48によって、筐体42の内部に配置される印刷回路基板（ＰＣＢ）と電子部品に、予備の動作電圧や電力を提供する。ＲＩＰＳ46は、一般にニッケルカドミウム（ＮｉＣｄ）電池またはリチウムイオン（Ｌｉ−Ｉｏｎ）電池を使用する。ＲＩＰＳ46は、航空機パワーバス若しくはフライトレコーダの主電源から再充電される。ＲＩＰＳ46は、約１０．５分間、１２ワット（Ｗ）で直流２８Ｖを提供する能力がある。

ＲＩＰＳ46と電気的接続部48は、前記フライトレコーダ40と一体の各構成部品となっている。ＲＩＰＳ46と電気的接続部48の物理的寸法は、概ね単一の筐体42の矩形フォームファクタ内に配置される。つまりＲＩＰＳ46と電気的接続部48は、物理的に切欠き43の寸法内に存在し、フライトレコーダ40自体のフォームファクタ（規格サイズ）を増やすことなく、フライトレコーダ40に予備の動作電力を提供している。いかなる場合でも、フライトレコーダ40の筐体42は、一体のＲＩＰＳ46と電気的接続部48を含めて、例えばＴＳＯ １２３ｂや１２４ｂ，ＥＵＲＯＣＡＥ ＥＤ−１１２，ＡＲＩＮＣ７４７，ＡＲＩＮＣ ７５７のような、管理機関によって義務付けられたフライトレコーダに対する寸法仕様に適合する。

発光式水中探知ビーコン（Light-emitting underwater locator beacon）50が、クランプ52で筐体42に装着される。このビーコン50は、墜落や他の航空機事故の場合に、フライトレコーダ40を発見して回収するのに役立つ。

図３はフライトレコーダ40の切欠き図であり、ここでは取得処理基板60や、音声圧縮基板62や、映像圧縮基板64や、航空機インターフェースボード66のような、内部の印刷回路基板や他の電子部品を示している。クラッシュサバイバブルメモリユニット（ＣＳＭＵ）70は、飛行データや音／映像データを含む飛行関連情報を受け取って蓄積するために、各印刷回路基板60〜66と電気的に接続される。ＣＳＭＵ70は、固体フラッシュメモリチップを有するスタック型メモリカードとして実施される不揮発性メモリデバイスや、磁気または光学マスストレージ媒体のような、他の不揮発性ストレージデバイスを収容する。ＣＳＭＵ70は、非圧力および非温度制御のアプリケーション用に構築され、ＤＯ−１６０Ｆの環境要求に準拠する。ＣＳＭＵ70の外側ハウジングは、ステンレス鋼のような耐熱材料からなる。外側ハウジングと不揮発性メモリデバイスとの間には、断熱層が配置される。筐体42は、素早い確認のために国際的なオレンジ色で塗装される。

図４は、飛行データの取得および記録システムにおけるブロック図である。通常の飛行動作中、フライトレコーダ40は、特定の航空機性能パラメータを記録して、飛行情報をＣＳＭＵ70に蓄積する。例えば各航空機センサ80は、図１で示したように、航空機の表面や主要なシステム構成部品から飛行データを収集する。このセンサデータは、フライトレコーダ40に送られる。例えばマイクロホンやカメラからの音声と映像のデータ82は、一般にはコックピットに配置される制御パネル84に送られる。制御パネル84は、フライトレコーダ40へのユーザインタフェースであって、制御スイッチ，ジャックおよび指示器を含んでおり、各指示器は、完全状態の消去，完全状態のテスト，ヘッドセットジャック，ＣＡＭ入力，スイッチの消去，スイッチのテストを示している。乗務員に対するヘッドセット84とコックピット領域のマイクロホン（ＣＡＭ）86も、制御パネル84に接続する。オンボードの保守システム（ＯＭＳ）88とクロノメータとしてのタイマ90も、制御パネル84に接続する。

フライトレコーダ40は、ビーコン50と、ＦＤＲ電子部品92と、ＣＶＲ電子部品94と、ＣＳＭＵ70とを備えている。フライトレコーダ40は、音，映像およびフライトデータを任意に組み合わせる電子インターフェースをさらに備えてもよい。音データや映像データと同様に飛行情報は、前記各電子部品を通して処理され、墜落や他の重大な事態に陥った場合に後で分析するために、ＣＳＭＵ70に蓄積される。この飛行データは、空路の安全問題や材料の劣化、危険な操縦手順、ジェットエンジンの性能の研究にも利用できる。

一つの実施態様において、フライトレコーダ40は、４つの独立した各チャンネルのコックピット音声を同時に記録し、その音声をディジタルフォーマットに変換して、メモリにそのデータを蓄積する。フライトレコーダ40は、４つのコックピット音声入力、すなわち（１）コックピット予備オーディオ入力（第３の乗務員，拡声装置）と、（２）副操縦士のオーディオ，ブーム，マスクおよび手持ち式のマイクロホン入力と、（３）操縦士のオーディオ，ブーム，マスクおよび手持ち式のマイクロホン入力と、（４）ＣＡＭ入力とから、２時間分の高品質音声を記録する。各音声入力は、必要に応じて調整され、増幅され、均等化される。結果として得られる信号は、ディジタルパルスコード変調（ＰＣＭ）データに変換される。コックピット領域のマイクロホンをフライトレコーダ40と結合するために、前置増幅と自動利得制御が内部で処理され、それによりコックピット制御ユニットに対する必要性を排除している。飛行機センサ80からの飛行データは、ＣＳＭＵ70で受取られ、バッファリングされて保存され、論理的にコックピット音や映像データから分離される。ＣＳＭＵ70は、飛行データや音／映像データを２４時間監視する能力がある。

通常の動作では、直流２８ボルト（ＶＤＣ）または交流１１５Ｖ（ＶＡＣ）の形態で、航空機パワーバス98からの電力を電源96が受ける。電源96は、通常の動作電力をＦＤＲ電子部品92と、ＣＶＲ電子部品94と、ＣＳＭＵ70に提供する。ビーコン50は、数年間動作し続けることが可能な電池をそれ自体で保有している。

例えば墜落前の一時期に、航空機パワーバス98が不能若しくは電源96が機能しなくなると、フライトレコーダ40はバックアップ動作を開始して、ＣＳＭＵ70にデータを更新および蓄積する。このバックアップ動作の処理は、完了するのに最大で１０分を要することができる。ＲＩＰＳ46は、バックアップ動作の処理中に補助の動作電力をフライトレコーダ40に供給する。図４は、ＦＤＲ電子部品92，ＣＶＲ電子部品94およびＣＳＭＵ70に接続され、これらの各部品に補助の動作電圧を供給するための電気的接続部48を示している。バックアップの終わりに、ＲＩＰＳ46はシャットオフし、航空機パワーバス98がリストアされるまで再始動しなくなる。フライトレコーダ40は、周期カウンタを用いて、バックアップが発生してからの事象を記録する。仮にバックアップ処理の終了する前に航空機パワーバス98がリストアされた場合、ＲＩＰＳ46はスタンバイモードに戻り、周期カウンタの値を増加させることなく、再充電を開始する。ＲＩＰＳ46は電源96または航空機パワーバス98によって再充電され、交換前に４０００回のバックアップ周期に達するまで機能させることができる。ＲＩＰＳ46はその内部にある電池パックの不具合を記録する。また、ＲＩＰＳ46はモジュラー方式のもので、電気的接続部48とクランプ54によって取外しと交換が可能である。

ＲＩＰＳ46はフライトレコーダ40と一体の構成部品であり、特別な接続部や、配線や、空間割当てや、既存システムに対する別な変更を必要とせず、フライトレコーダに補助電源装置を提供できる。ＲＩＰＳ46と電気的接続部48は、筐体42のフォームファクタ内部に物理的に存在し、フライトレコーダの寸法仕様を越えるような如何なる空間をも必要としない。したがって、ＲＩＰＳ46を主要な航空機電源および配線から独立させることができる。

地上支援装置（ＧＳＥ）100は、保守，診断，状態およびＣＳＭＵ70からのデータ検索のために、フライトレコーダ40に接続される。ＧＳＥ100は、コンピュータのような外部装置に対して、イーサネット（登録商標）インターフェースや他の電子通信プロトコルを使用する。

フライトレコーダ40は、民間ジェット機，軍用機，無人飛行機，超軽量飛行機，小型飛行船，気球，全翼機のような固定翼機や回転翼機に適応できる。またフライトレコーダ40は、ボート，潜水艦，ホバークラフトのような海上輸送システムに適応できると共に、娯楽用／レクリエーション用，科学的用途，民間用，地上の各車輛や、宇宙旅行にも及ぶものである。

一つ以上の本発明の実施形態が詳細に説明されたが、以下の請求項に記載の発明の要旨を逸脱しない範囲の実施形態に改良し適応させることは、当業者であれば十分理解するだろう。

10 航空機
16 機体
40 フライトレコーダ（データレコーダ）
42 筐体
43 切欠き（切込み）
46 ＲＩＰＳ（予備電源装置）
50 ビーコン
54 クランプ
70 ＣＳＭＵ（メモリユニット）
92 ＦＤＲ電子部品（電子インターフェース）
94 ＣＶＲ電子部品（電子インターフェース）

Claims (13)

1. 内側に広がる切込みを有する筐体と、
   前記筐体の内部に配置され、データを受け取るために接続される電子インターフェースと、
   前記筐体の内部に配置され、前記データを蓄積するために前記電子インターフェースと電気的に接続されるメモリユニットと、からなり、
   前記切込みは、前記筐体の外周囲面に形成されていて、少なくとも予備電源装置を受け入れる寸法と形状を有し、
   前記予備電源装置に配置される電池をさらに備えており、
   前記予備電源装置は、前記筐体の外方で前記切込みの内部に物理的に取外し可能に配置され、前記電子インターフェースと前記メモリユニットに動作電圧を提供するために、前記筐体の電気的接続合わせ部に接続する電気的接続部を有し、
   前記予備電源装置と前記電気的接続部の物理的寸法が、適用規格でフライトレコーダに予め決められたフォームファクタ内に収まることを特徴とするフライトレコーダ。
2. 前記予備電源装置を前記筐体に固定するためのクランプをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のフライトレコーダ。
3. 前記メモリユニットが不揮発性メモリデバイスを備えたことを特徴とする請求項１記載のフライトレコーダ。
4. 前記メモリユニットは、飛行データ，音データまたは映像データを蓄積するものであることを特徴とする請求項１記載のフライトレコーダ。
5. 前記筐体にビーコンをさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のフライトレコーダ。
6. 内側に広がる切込みを有する筐体と、
   前記筐体の内部に配置され、データを受け取るために接続される電子インターフェースと、
   前記データを蓄積するために前記電子インターフェースと電気的に接続されるメモリユニットと、からなり、
   前記切込みは、前記筐体の外周囲面に形成されていて、少なくとも予備電源装置を受け入れる寸法と形状を有し、
   前記予備電源装置に配置される電池をさらに備えており、
   前記予備電源装置は、前記筐体の外方で前記切込みの内部に物理的に配置され、
   前記予備電源装置の物理的寸法が、適用規格でデータレコーダに予め決められたフォームファクタ内に収まり、
   前記予備電源装置は、前記電子インターフェースと前記メモリユニットに動作電圧を提供するものであることを特徴とするデータレコーダ。
7. 前記予備電源装置を前記筐体に固定するためのクランプをさらに備えたことを特徴とする請求項６記載のデータレコーダ。
8. 前記予備電源装置が前記筐体から取外し可能であることを特徴とする請求項６記載のデータレコーダ。
9. 前記メモリユニットは、飛行データ，音データまたは映像データを蓄積するものであることを特徴とする請求項６記載のデータレコーダ。
10. 機体と、この機体に装着されるフライトレコーダとからなり、
    前記フライトレコーダは、
    内側に広がる切込みを有する筐体と、
    前記筐体の内部に配置され、データを受け取るために接続される電子インターフェースと、
    前記データを蓄積するために前記電子インターフェースと電気的に接続されるメモリユニットと、からなり、
    前記切込みは、前記筐体の外周囲面に形成されていて、少なくとも予備電源装置を受け入れる寸法と形状を有し、
    前記予備電源装置に配置される電池をさらに備えており、
    前記予備電源装置は、前記筐体の外方で前記切込みの内部に物理的に配置され、
    前記予備電源装置の物理的寸法が、適用規格で前記フライトレコーダに予め決められたフォームファクタ内に収まり、
    前記予備電源装置は、前記電子インターフェースと前記メモリユニットに動作電圧を提供するものであることを特徴とする航空機。
11. 前記予備電源装置を前記筐体に固定するためのクランプをさらに備えたことを特徴とする請求項１０記載の航空機。
12. 前記予備電源装置が前記筐体から取外し可能であることを特徴とする請求項１０記載の航空機。
13. 前記メモリユニットは、飛行データ，音データまたは映像データを蓄積するものであることを特徴とする請求項１０記載の航空機。

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