一種飛行記錄儀水下定位發(fā)信器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種飛行記錄儀水下定位發(fā)信器，本實(shí)用新型利用現(xiàn)有的飛行記錄儀水下定位發(fā)信器，通過加裝水聽器和固態(tài)繼電器改變其開關(guān)機(jī)制，令其在浸水的基礎(chǔ)之上還需要接收某頻率或某幾個(gè)頻率的聲信號才開始發(fā)射自己的定位信號；就可以避免傳統(tǒng)飛行記錄儀水下定位發(fā)信器的打撈時(shí)間窗口小的問題；同時(shí)，這也減小了飛機(jī)正常使用過程中意外觸發(fā)飛行記錄儀水下定位發(fā)信器并在空難發(fā)生前將其電池耗盡的危險(xiǎn)。
【專利說明】
一種飛行記錄儀水下定位發(fā)信器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于航空工業(yè)領(lǐng)域，具體涉及一種飛行記錄儀水下定位發(fā)信器。
【背景技術(shù)】
[0002]飛行記錄儀(FlightRecorder)，俗稱“黑匣子”，是現(xiàn)代民用飛機(jī)不可或缺的安全設(shè)施。它由兩部分構(gòu)成，飛行數(shù)據(jù)記錄器(Flight Data Recorder)和駕駛艙通話記錄器(Cockpit Voice Recorder)，兩者裝在同一個(gè)旨在保護(hù)它們的金屬外殼中。兩者在飛行過程中一直分別記錄著飛機(jī)的各個(gè)部件的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)和駕駛艙內(nèi)的飛行員的通話語音。如果飛機(jī)失事墜毀，那么飛行記錄儀所記錄的信息便可以協(xié)助事故調(diào)查，幫助人們找出事故原因。一旦找到事故發(fā)生的原因，人們便可以改善今后的飛機(jī)設(shè)計(jì)、維護(hù)、管理及操作程序，以避免類似的事故再次發(fā)生。
[0003]可是，飛行記錄儀并不是在每次空難都能很容易找到。當(dāng)空難發(fā)生在水上時(shí)，飛行記錄儀尤為難找；以具體事件為例，1987年的南非航空295航班、1985年的印度航空182航班、2007年的印度尼西亞亞當(dāng)航空574航班以及前幾年的馬航MH370均墜毀在海上，且尋找飛行記錄儀的難度均給事故調(diào)查增加了不少阻力。這幾起事故中甚至有幾個(gè)飛行記錄儀在葬身海底之后至今仍未被找到。
[0004]為了方便在水中尋找失事飛機(jī)的飛行記錄儀，人們通常會(huì)在飛行記錄儀的外殼上安裝一個(gè)叫作水下定位發(fā)信器(Underwater Locator Beacon，簡稱ULB，下文當(dāng)中“飛行記錄儀水下定位發(fā)信器”、“發(fā)信器”、“ULB”皆指此設(shè)備)的裝置。水下定位發(fā)信器一旦浸在水中，就會(huì)開始向周圍發(fā)出一定頻率的聲納信號(國際標(biāo)準(zhǔn)一般為37.5千赫茲)。這樣的信號會(huì)一直持續(xù)，直到水下定位發(fā)信器的電池能量耗盡，無法繼續(xù)為信號提供能量為止。這個(gè)聲納信號，打撈人員可以通過自己所駕乘的船只攜帶的被動(dòng)聲納對其進(jìn)行探測，從而確定飛行記錄儀的位置。當(dāng)然，人們除此之外還考慮過許多其它減少尋找難度的方法，但那些方法由于各種原因一直未被采用，在此不作贅述。
[0005]ULB在外形上是一個(gè)直徑約3厘米，高約10厘米的金屬圓柱體，內(nèi)部裝有一個(gè)電路。那個(gè)電路由一個(gè)聲納信號播放器和一節(jié)鋰電池串聯(lián)而成。電路有一部分通向圓柱體表面，并在該位置處于斷開狀態(tài);整個(gè)圓柱體一旦浸入水中，斷開的位置就會(huì)被水充滿，電路也就會(huì)通過帶有雜質(zhì)的水的導(dǎo)體性質(zhì)閉合。這樣，便形成了一個(gè)未浸水關(guān)閉，浸入水中開啟的聲納信號播放裝置。
[0006]ULB的主要局限在于它的能源。目前世界主流工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求ULB能夠發(fā)出I米處160.5 dB re IyPa的聲納信號(相當(dāng)于147.5 dB re 20yPa，空氣中的標(biāo)準(zhǔn)147.5分貝)，平均每秒發(fā)出不少于I個(gè)持續(xù)時(shí)間10毫秒的脈沖一一這樣的信號在大約幾千米遠(yuǎn)處可以用一般搜救船只的被動(dòng)聲納監(jiān)測到。與此同時(shí)，世界主流工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求ULB能夠?qū)⑦@樣的信號維持30天。為此，ULB的內(nèi)置電池需要攜帶大約1kJ的能量;盡管這能量要求并不高，但對于一個(gè)ULB尺寸的物體而言，提供這樣的能量的電池已經(jīng)需要占用它絕大部分的體積。
[0007]然而，即使是持續(xù)30天的信號，在現(xiàn)實(shí)中也被認(rèn)為是不夠的；以往在水上發(fā)生的空難，打撈人員尋找飛機(jī)殘骸的時(shí)間經(jīng)常超過30天。為此，美國聯(lián)邦航空管理局(FederalAviat1n Administrat1n)曾建議各航空公司采用能量更高的電池，將信號持續(xù)時(shí)間延長至90天。然而，讓相同大小及重量的電池含有更多的能量，電池的價(jià)格便會(huì)隨能量的增加而指數(shù)式飆升，故此全球多數(shù)航空公司沒有采納這項(xiàng)建議。如果擴(kuò)大ULB的物理尺寸以容納更大更重的電池，則會(huì)增加其對于飛機(jī)運(yùn)載能力的負(fù)擔(dān)。
[0008]更何況，即使采用能夠持續(xù)90天的電池，ULB也很有可能由于意外情況而在空難之前將電能耗盡;例如，在黑匣子周圍的空氣濕度較大或有灰塵意外落到ULB電路斷開位置的情況下，電路會(huì)被水氣或灰塵接通，即使飛機(jī)沒有在水上墜毀也會(huì)導(dǎo)致ULB開始發(fā)送信號并消耗電池。美國至今已發(fā)生并查出多起這樣的事件，而每次都需要飛機(jī)的操作者臨時(shí)緊急更換ULB電池，給飛機(jī)的使用所帶來的不便可想而知。世界其它國家發(fā)生類似事件的相關(guān)統(tǒng)計(jì)信息不詳，但目前沒有任何證據(jù)表明其它國家沒有發(fā)生這種事情。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為了解決這一系列問題，本實(shí)用新型提供了一種飛行記錄儀水下定位發(fā)信器，其給現(xiàn)有的ULB加裝兩種部件;這兩種部件分別為水聽器(hydrophone)和固態(tài)繼電器(Sol idState Relay，簡稱SSR);本實(shí)用新型適用于改善水上空難之后尋找飛行記錄儀的難易度，同時(shí)也可以降低發(fā)信器平時(shí)儲(chǔ)存時(shí)的成本。
[0010]水聽器是一種將聲信號轉(zhuǎn)化為電流的裝置，它的工作原理如下:水聽器的主要部件為一個(gè)壓電效應(yīng)換能器，即一種能夠在自身的晶體結(jié)構(gòu)中儲(chǔ)存電能的材料，而這種材料一旦經(jīng)受某種形式的機(jī)械力便會(huì)釋放儲(chǔ)存的電能。水聽器的其它部分的功能，無非是保證釋放電能的機(jī)械力形式是某頻率的聲波，以及將釋放的電能轉(zhuǎn)化為電流。值得注意的是，水聽器的上述基本部件在工作過程中理論上無需外界電能輸入。當(dāng)今市面上的主流小型水聽器物理尺寸大約在5厘米X I厘米X I厘米左右，如有必要可能還可以造得更小。如今這種小型水聽器市面價(jià)格在幾元至幾百元不等。
[0011]固態(tài)繼電器是一種電路開關(guān)。相對于其它電路開關(guān)，其特點(diǎn)在于其斷開或閉合取決于其內(nèi)部的一個(gè)子電路中是否有電流。如果子電路一直沒有電流通過，則固態(tài)繼電器所處的母電路保持?jǐn)嚅_;一旦子電路有電流通過，則固態(tài)繼電器所處的母電路則閉合。換言之，它是一種用微小電流控制另一個(gè)電路開啟或關(guān)閉的工具。當(dāng)今市面上最小的固態(tài)繼電器物理尺寸略小于半厘米見方，價(jià)格在幾十元至幾百元不等。
[0012]兩種電子元件都具備抗高壓、抗震蕩、抗撞擊等飛行記錄儀部件必備條件。相比于ULB的整體造價(jià)(萬元量級)，它們的價(jià)格并不昂貴;本實(shí)用新型中使用的固態(tài)繼電器和水聽器均為常規(guī)市售元件。
[0013]本實(shí)用新型是通過如下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的:
[0014]在傳統(tǒng)飛行記錄儀水下定位發(fā)信器的基礎(chǔ)之上，在其內(nèi)置發(fā)信電路中串聯(lián)一個(gè)固態(tài)繼電器，令整個(gè)電路只有在固態(tài)繼電器處于閉合狀態(tài)時(shí)才會(huì)像傳統(tǒng)水下定位發(fā)信器那樣工作;至于主宰固態(tài)繼電器斷開或閉合的微電流，則由一部與其相連的水聽器提供；當(dāng)且僅當(dāng)聲波信號觸發(fā)水聽器，水聽器才會(huì)向固態(tài)繼電器提供電流，固態(tài)繼電器才會(huì)閉合。如此，發(fā)信器浸入水中且與此同時(shí)接收到能夠觸發(fā)水聽器的聲納信號之時(shí)，才會(huì)啟動(dòng)發(fā)聲設(shè)備，開始消耗電池。如果僅僅是浸入水中，固態(tài)繼電器依然處于斷開狀態(tài)，電池不會(huì)被消耗。
[0015]當(dāng)然，產(chǎn)品設(shè)計(jì)者可以依據(jù)情況選擇給電路串聯(lián)多部固態(tài)繼電器，給每一個(gè)固態(tài)繼電器加裝一部分別工作于不同波段的水聽器;那么發(fā)信器必須在浸水之時(shí)同時(shí)接收到能夠觸發(fā)所有水聽器的多個(gè)波段的聲納信號才會(huì)啟動(dòng)。
[0016]本實(shí)用新型的技術(shù)效果如下:
[0017]其一，在飛機(jī)尚未墜毀之時(shí)，如果ULB處于潮濕或多灰塵的環(huán)境，傳統(tǒng)ULB電路會(huì)被接通，電池會(huì)發(fā)生消耗;新型ULB則不然；即使電路被水氣或灰塵接通，固態(tài)繼電器依然處于斷開狀態(tài)，不會(huì)對電池產(chǎn)生影響；
[0018]其二，在飛機(jī)水上墜毀之后，ULB主電路會(huì)被水接通，但由于固態(tài)繼電器沒有閉合，電路依然不會(huì)對外發(fā)送聲納信號;此時(shí)，ULB電池不會(huì)發(fā)生消耗。打撈人員在尋找ULB之時(shí)，卻有辦法讓ULB在自己足夠接近的時(shí)候開始發(fā)聲；例如，假設(shè)打撈人員的探測設(shè)備能夠在5千米遠(yuǎn)處探測到ULB的發(fā)射信號，那么他們可以開啟一臺頻率與ULB水聽器工作頻率相吻合的主動(dòng)聲納，并令其發(fā)射強(qiáng)度足以在5千米遠(yuǎn)處激發(fā)ULB的內(nèi)置水聽器。如此，打撈人員一旦進(jìn)入U(xiǎn)LB所在位置5千米之內(nèi)，水聽器就會(huì)產(chǎn)生控制電流，固態(tài)繼電器就會(huì)閉合，ULB便會(huì)開始發(fā)聲。
【附圖說明】

[0019]圖1為傳統(tǒng)飛行記錄儀水下定位發(fā)信器電路示意圖；
[0020]圖2為本實(shí)用新型發(fā)信電路示意圖；
[0021 ]圖3為本實(shí)用新型帶有多個(gè)固態(tài)繼電器的發(fā)信電路示意圖；
[0022]圖中:1-為電源;2-開關(guān);3為發(fā)聲器;4為固態(tài)繼電器;5為水聽器。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面通過附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明，但本實(shí)用新型保護(hù)范圍不局限于所述內(nèi)容。
[0024]傳統(tǒng)飛行記錄儀水下定位發(fā)信器的電路圖如圖1所示。其中，標(biāo)注開關(guān)2的位置即ULB電路的開口，一旦浸入水中便會(huì)閉合;位于該圖上方的電子元件即ULB的發(fā)聲器3由電源I供電而工作。
[0025]實(shí)施例1:如圖2所示，本飛行記錄儀水下定位發(fā)信器是在常規(guī)飛行記錄儀水下定位發(fā)信器的由電源1、開關(guān)2和發(fā)聲器3組成的發(fā)信電路中串聯(lián)一個(gè)固態(tài)繼電器4，同時(shí)固態(tài)繼電器4上連接一個(gè)水聽器5，水聽器連接在固態(tài)繼電器控制電流端(輸入端)；
[0026]在“開關(guān)”浸水閉合之后，固態(tài)繼電器(即標(biāo)記“SSR”的電子元件)依舊處于斷開狀態(tài)；只有在浸水的基礎(chǔ)之上令水聽器5探測到聲波信號，產(chǎn)生微電流觸發(fā)固態(tài)繼電器，整個(gè)電路才會(huì)通電。
[0027]當(dāng)然，圖2中的設(shè)計(jì)成立的前提是水聽器擁有足夠高的聲波頻率分辨能力，以致于它不會(huì)被海洋中自然環(huán)境中發(fā)出的聲響觸發(fā)，但能夠被打撈人員的設(shè)備發(fā)射的聲納信號觸發(fā)?？梢韵胂?，這樣的條件不一定很容易滿足;不同地區(qū)的海洋中生活著不同的海洋生物，自然噪聲大不相同，而水聽器工作頻率不與任何海區(qū)的自然噪聲吻合可能很難保證。
[0028]實(shí)施例2:如圖3所示，本飛行記錄儀水下定位發(fā)信器是在常規(guī)飛行記錄儀水下定位發(fā)信器的由電源1、開關(guān)2和發(fā)聲器3組成的發(fā)信電路中串聯(lián)3個(gè)固態(tài)繼電器4，同時(shí)每個(gè)固態(tài)繼電器4上連接一個(gè)水聽器5; 3個(gè)水聽器5分別識別3個(gè)不同波段聲納信號；
[0029]每個(gè)固態(tài)繼電器由一個(gè)不同的水聽器提供控制電流，而每一部水聽器的工作頻率有所不同。這樣，ULB浸水之后，若欲開啟發(fā)聲器，必需令所有水聽器同時(shí)接收到自己工作波段內(nèi)的聲信號，從而同時(shí)閉合所有固態(tài)繼電器。如此，即使海洋中的自然聲能夠觸發(fā)一個(gè)或多個(gè)水聽器，只要未能觸發(fā)所有水聽器，電池依舊不會(huì)發(fā)生消耗。打撈人員在尋找ULB的時(shí)候，卻可以根據(jù)ULB生產(chǎn)商提供的內(nèi)置水聽器規(guī)格選擇發(fā)射多個(gè)頻率的聲納信號，從而在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候觸發(fā)所有水聽器，致使電路閉合。
[0030]當(dāng)然，ULB的設(shè)計(jì)者應(yīng)盡量按圖2所示的電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，而此時(shí)電路中唯一的水聽器的工作頻率應(yīng)該選擇在全球任何一個(gè)角落的水中自然噪聲所不具備的頻率，以免ULB被自然噪聲開啟。圖3中的設(shè)計(jì)僅僅應(yīng)當(dāng)在找不到或造不出工作頻率適合的水聽器之時(shí)采用。
[0031]無論采用圖2還是圖3所示的電路，新增的電路部件都會(huì)相對圖1擠占更多的ULB內(nèi)部空間，而鑒于航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，ULB整體大小和重量不能發(fā)生改變。新型ULB解決這個(gè)問題的方法是攜帶體積更小、重量更輕的電池，以此給新的部件騰空間。新型ULB的工作方式正好使得它無需攜帶太多的電量;傳統(tǒng)ULB必須從空難發(fā)生時(shí)刻起一直發(fā)射信號，直至飛行記錄儀打撈工作完成，而新型ULB只需在打撈過程中維持信號。如此，新型ULB所配備的電池只需要采用電壓相同，電量更小，體積、重量更小的設(shè)計(jì)即可。
[0032]如有可能，新型ULB甚至可以考慮加大發(fā)聲器的功率，即犧牲信號持續(xù)時(shí)間換取更大的探測范圍。既然新型ULB的信號只需從被發(fā)現(xiàn)時(shí)刻維持到打撈過程結(jié)束，那么它就無需像傳統(tǒng)ULB那樣連續(xù)好幾十天持續(xù)發(fā)射信號，于是打撈人員對它的有效探測范圍便成了它的主要性能參數(shù)。加大發(fā)聲器功率，使得打撈人員能夠在更遠(yuǎn)的距離上發(fā)現(xiàn)ULB發(fā)出的信號，正好能夠達(dá)到這樣的目的。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種飛行記錄儀水下定位發(fā)信器，其特征在于:在飛行記錄儀水下定位發(fā)信器的發(fā)信電路中串聯(lián)一個(gè)固態(tài)繼電器，同時(shí)固態(tài)繼電器上連接一個(gè)水聽器。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的飛行記錄儀水下定位發(fā)信器，其特征在于:發(fā)信電路中串聯(lián)加裝一個(gè)以上的連接有水聽器的固態(tài)繼電器，且不同固態(tài)繼電器上連接的水聽器分別識別不同波段聲納信號。
【文檔編號】G01S7/524GK205691770SQ201620529851
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月3日 公開號201620529851.X, CN 201620529851, CN 205691770 U, CN 205691770U, CN-U-205691770, CN201620529851, CN201620529851.X, CN205691770 U, CN205691770U
【發(fā)明人】高沿, 董亮
【申請人】高沿, 董亮