黃書(shū)雅

（中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，景德鎮(zhèn) 333001）

1 引言

1953年，由英國(guó)德·哈維蘭公司研制的世界上第一架噴氣式民航客機(jī)——“彗星”客機(jī)發(fā)生墜機(jī)事故。墜機(jī)發(fā)生數(shù)小時(shí)后，航空公司的相關(guān)專家便開(kāi)展了事故調(diào)查，但由于沒(méi)辦法了解墜機(jī)時(shí)飛機(jī)的具體情況，同時(shí)無(wú)法獲取飛機(jī)殘骸，調(diào)查組只能依靠其他細(xì)微證據(jù)進(jìn)行研究，最后得出的調(diào)查結(jié)論也是基于推測(cè)而做出的。因此，亟需一種設(shè)備可以記錄飛機(jī)失事前的飛行參數(shù)及駕駛艙內(nèi)的聲音信息，用以提高判斷事故原因的準(zhǔn)確性。當(dāng)時(shí)正在墨爾本航空研究實(shí)驗(yàn)室工作的沃倫參與調(diào)查事故原因，他由此萌生了制造一種飛行記錄設(shè)備的想法。1956年，沃倫與同事試驗(yàn)成功了可以保留4h語(yǔ)音和飛行數(shù)據(jù)的“黑匣子”的雛形——“航空研究實(shí)驗(yàn)室飛行記憶匣”。

1960年7月以來(lái)，又陸續(xù)發(fā)生了4起直升機(jī)墜毀事故，事故調(diào)查變得異常困難，美國(guó)聯(lián)邦航空局（FAA）認(rèn)為在直升機(jī)上使用駕駛艙錄音機(jī)可以極大提高事故原因判斷的準(zhǔn)確性，以此避免相似的事故再次發(fā)生，從而提高經(jīng)濟(jì)性。因此，同年FAA開(kāi)展了關(guān)于安裝駕駛艙錄音機(jī)（CVR）的可行性研究工作，最后形成適航安裝許可標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)行規(guī)則文件，要求運(yùn)輸類旋翼航空器在航空運(yùn)輸服務(wù)中安裝符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定（TSO）的CVR。1969年，F(xiàn)AA頒布修正案29-6，規(guī)定了運(yùn)輸類旋翼航空器CVR的安裝要求。本文通過(guò)分析CVR的適航要求，結(jié)合某型直升機(jī)探討運(yùn)輸類直升機(jī)CVR的適航符合性思路及方法。

2 適航條款要求

駕駛艙錄音機(jī)用于采集、記錄來(lái)自旋翼航空器的語(yǔ)音，并保存在記錄器中，可用于旋翼航空器維護(hù)、訓(xùn)練評(píng)估和事故分析等，因此許多載客運(yùn)營(yíng)的旋翼航空器都要求配備駕駛艙錄音機(jī)。針對(duì)運(yùn)輸類旋翼航空器，CVR的設(shè)計(jì)和安裝必須要滿足《運(yùn)輸類旋翼航空器適航規(guī)定》（CCAR-29-R1）的要求。同時(shí)，為保證后續(xù)快速投入運(yùn)營(yíng)，其設(shè)計(jì)和安裝還必須滿足《一般運(yùn)行和飛行規(guī)則》（CCAR-91-R2）及《小型航空器商業(yè)運(yùn)輸運(yùn)營(yíng)人運(yùn)行合格審定規(guī)則》（CCAR-135）的要求。

2.1 CCAR-29-R1對(duì)CVR的要求

（1）CVR必須經(jīng)過(guò)批準(zhǔn)，能夠記錄機(jī)組成員在艙內(nèi)的聲音信息；

（2）記錄的通信信息必須是可懂的；

（3）不同的通話或音頻信號(hào)應(yīng)分別記錄在不同的通道上；

（4）CVR的供電應(yīng)最為可靠，且不影響重要或應(yīng)急負(fù)載；

（5）CVR應(yīng)安裝于在飛機(jī)墜撞的情況下，CVR破裂及隨之起火而導(dǎo)致記錄毀壞的概率降低至最小的位置；

（6）墜撞后10min內(nèi)能夠停止抹音；

（7）能夠在飛行中檢查CVR功能是否正常；

（8）記錄器顏色為鮮橙色或鮮黃色。

2.2 CCAR-91-R2對(duì)CVR的要求

（1）最大審定起飛重量超過(guò)3180kg的旋翼機(jī)，應(yīng)安裝型號(hào)合格審定要求的CVR；

（2）對(duì)于已安裝了經(jīng)批準(zhǔn)的CVR，但沒(méi)有安裝飛行數(shù)據(jù)記錄器（FDR）的旋翼機(jī)，應(yīng)至少在CVR的一個(gè)通道上記錄主旋翼的轉(zhuǎn)速；

（3）CVR應(yīng)該至少能夠保留飛機(jī)運(yùn)行過(guò)程中最后2h所記錄的信息；

（4）可以采用安裝2套組合式飛行記錄器（FDR/CVR）的方式替代獨(dú)立的FDR和CVR；

（5）應(yīng)在CVR的殼體外部表面固定反射材料，并在其上牢固地安裝自動(dòng)激發(fā)的水下定位裝置。

2.3 CCR-135對(duì)CVR的要求

（1）乘客座位數(shù)超過(guò)6人，并且，按照型號(hào)審定規(guī)定或運(yùn)行規(guī)定，要求配備2名駕駛員且以渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的旋翼機(jī)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)適用情況配備符合CCAR-29-R1要求的CVR。

（2）在外殼上或者靠近外殼處有經(jīng)批準(zhǔn)的水下定位裝置，該裝置的固定方式應(yīng)當(dāng)保證在發(fā)生墜毀撞擊時(shí)不易分離，除非該CVR和FDR相互靠近安裝，在發(fā)生墜毀撞擊時(shí)兩者不易分離。

（3）可以使用具有抹音特性的經(jīng)批準(zhǔn)的CVR，但必須符合CCAR-91-R2的要求。

3 CVR符合性驗(yàn)證思路及方法建議

3.1 符合性驗(yàn)證思路

CVR的符合性驗(yàn)證在通常情況下是首先根據(jù)適航要求對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行試驗(yàn)和相應(yīng)的分析表明CVR的設(shè)計(jì)、安裝和功能符合適航的要求，最后提交適航當(dāng)局批準(zhǔn)通過(guò)。具體的符合性驗(yàn)證思路如圖1所示。

（1）根據(jù)研制機(jī)型的設(shè)計(jì)特征和預(yù)期用途，按照適航規(guī)章條款要求進(jìn)行CVR系統(tǒng)設(shè)計(jì)，選擇合適的CVR供應(yīng)商；

（2）開(kāi)展電氣系統(tǒng)負(fù)載分析，選擇CVR的供電匯流條；

（3）對(duì)CVR可能的安裝位置進(jìn)行墜撞情況下的生存概率分析，選擇盡可能高的生存位置進(jìn)行安裝；

（4）墜撞后自動(dòng)停止記錄試驗(yàn)；

（5）對(duì)CVR的操作可達(dá)性、錄音可理解性進(jìn)行評(píng)估；

（6）供應(yīng)商提供CVR鑒定證明；

（7）局方批準(zhǔn)所有的驗(yàn)證文件，關(guān)閉條款驗(yàn)證。

圖1 符合性驗(yàn)證思路流程圖

3.2 符合性驗(yàn)證方法

符合性驗(yàn)證方法是指民用航空器在適航取證過(guò)程中，用于表明航空器、系統(tǒng)和設(shè)備能夠滿足相關(guān)適航條款的方法。CVR的符合性方法包括說(shuō)明性文件、計(jì)算分析、試驗(yàn)室試驗(yàn)、飛行試驗(yàn)和設(shè)備合格性等。

（1）說(shuō)明性文件是指提供系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、設(shè)計(jì)圖樣等，描述CVR系統(tǒng)組成、工作原理、數(shù)量、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、記錄的信號(hào)來(lái)源、安裝方式和位置、容量、供電要求、自檢操作和防止誤動(dòng)作抹音設(shè)計(jì)及墜撞后停止抹音設(shè)計(jì)等方面的情況，上述情況須均滿足適航要求。

（2）計(jì)算分析是指進(jìn)行電氣負(fù)載分析和安裝位置分析。進(jìn)行電氣負(fù)載分析的目的是選擇合適的供電方式：如果應(yīng)急供電的裕度足夠的話，最好接入應(yīng)急匯流條，當(dāng)應(yīng)急匯流條的容量不足以承擔(dān)供電時(shí)，可接入其他匯流條。當(dāng)旋翼航空器發(fā)生電氣故障時(shí)，要求切斷其他負(fù)載轉(zhuǎn)入應(yīng)急匯流條之前，CVR應(yīng)是最后被切斷的設(shè)備。

安裝位置的分析應(yīng)表明：該位置能在墜撞沖擊中對(duì)CVR提供合理的保護(hù)，使得沖擊導(dǎo)致記錄器破裂的概率最??；該位置盡可能遠(yuǎn)離燃油系統(tǒng)、滑油系統(tǒng)等可燃液體，使墜撞后CVR著火的概率最小，一般考慮安裝在尾梁上；如果CVR設(shè)計(jì)為可彈射，可以不進(jìn)行安裝位置分析。

（3）試驗(yàn)室試驗(yàn)是指進(jìn)行CVR自動(dòng)停止記錄試驗(yàn)，模擬墜撞沖擊，判定條件可以是以下5種情況之一：向下過(guò)載大于4g（法向加速度3g）、向前過(guò)載大于4g（軸向加速度4g）、側(cè)向過(guò)載大于2g（側(cè)向加速度2g）、向上過(guò)載大于1.5g（法向加速度-2.5g）、直升機(jī)旋翼轉(zhuǎn)速低于10r/min，并處于高轉(zhuǎn)速到低轉(zhuǎn)速的變化趨勢(shì)時(shí)。通過(guò)試驗(yàn)報(bào)告證明CVR能夠保證在墜撞沖擊后10min內(nèi)停止記錄。

（4）進(jìn)行飛行試驗(yàn)，并通過(guò)試驗(yàn)報(bào)告表明：航空器具備內(nèi)置的區(qū)域麥克風(fēng)，用于記錄駕駛艙內(nèi)飛行機(jī)組成員的通話等艙音信息；將規(guī)定的通話或音頻信號(hào)根據(jù)不同聲源分別記錄在4條通道上，每個(gè)通道按照適航要求能夠獨(dú)立采集相應(yīng)的音頻信息；語(yǔ)音數(shù)據(jù)記錄時(shí)間及艙音數(shù)據(jù)記錄時(shí)間均不少于2h，音頻數(shù)據(jù)在地面下載回放時(shí)清晰可懂，滿足使用要求。提供駕駛員的評(píng)估報(bào)告，表明記錄器的操作可達(dá)性、自檢性和防止誤動(dòng)作抹音設(shè)計(jì)等方面均符合要求。

（5）對(duì)于取得技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定項(xiàng)目批準(zhǔn)書(shū)（CTSOA）的設(shè)備，由供應(yīng)商提供CTSOA證書(shū)；對(duì)于國(guó)外設(shè)備，由供應(yīng)商提供設(shè)計(jì)認(rèn)可批準(zhǔn)書(shū)（VDA）證書(shū)。對(duì)于隨航空器型號(hào)合格審定一起批準(zhǔn)的CVR，應(yīng)在設(shè)備技術(shù)規(guī)范中要求其滿足CTSO-C123b《座艙音頻記錄器系統(tǒng)》、TSO-C155《記錄儀獨(dú)立供電系統(tǒng)》及TSO-C121《水下定位裝置(音響) (自備電源)》等文件規(guī)定的要求。

4 某型直升機(jī)CVR適航驗(yàn)證

某型直升機(jī)安裝了一套飛行參數(shù)及音頻記錄系統(tǒng)，用于采集、記錄來(lái)自直升機(jī)各系統(tǒng)和傳感器的飛行參數(shù)、語(yǔ)音和艙音信號(hào)。以下具體闡述其設(shè)計(jì)和驗(yàn)證的情況。

4.1 CVR的設(shè)計(jì)

（1）安裝位置：某型直升機(jī)安裝了2個(gè)記錄器，一個(gè)安裝在直升機(jī)尾梁尾6框到尾7框之間，記錄飛行數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)；另一個(gè)安裝在無(wú)線電艙第3層，記錄飛行數(shù)據(jù)，安裝位置如圖2所示。2個(gè)記錄器距離主、輔旋翼及燃油等距離均較遠(yuǎn)，在墜撞沖擊發(fā)生時(shí)，記錄器承受的沖擊等外部力量較小，接觸到燃油及其他可燃液體的概率也相對(duì)較小。

圖2 飛行參數(shù)及音頻記錄系統(tǒng)安裝位置圖

（2）布局：飛行參數(shù)及音頻記錄系統(tǒng)的控制面板位于正、副駕駛員中間的中央操縱臺(tái)上，便于空中操縱和檢查。

（3）記錄器通道：記錄器具有4個(gè)通道音頻采集記錄接口。

第一通道采集正駕駛員位置耳機(jī)和唇用話筒的各類聲音、通過(guò)無(wú)線電系統(tǒng)的通話、通過(guò)機(jī)內(nèi)通話器與副駕駛的通話，以及導(dǎo)航或進(jìn)近設(shè)備的通話或音頻識(shí)別信號(hào)；第二通道采集副駕駛員位置耳機(jī)和唇用話筒的各類聲音、通過(guò)無(wú)線電系統(tǒng)的通話、通過(guò)機(jī)內(nèi)通話器與正駕駛的通話，以及導(dǎo)航或進(jìn)近設(shè)備的通話或音頻識(shí)別信號(hào)；第三通道采集安裝在駕駛艙正、副駕駛員間的中央操縱臺(tái)的區(qū)域麥克風(fēng)信號(hào)，記錄正、副駕駛員工作位置上進(jìn)行的通話，以及駕駛艙內(nèi)其他機(jī)組成員面向正、副駕駛員工作位置時(shí)的通話；第四通道采集其他乘員位置耳機(jī)和唇用話筒的各類聲音。

（4）容量要求：記錄器的容量須大于2h。

（5）防誤動(dòng)措施：音頻監(jiān)控器具有抹音按鈕，需人工長(zhǎng)按3s并且輪載在地面狀態(tài)時(shí)方能進(jìn)行抹音，保證了誤動(dòng)的概率最小，也保證了在發(fā)生墜撞沖擊時(shí)抹音功能啟動(dòng)的概率最小。

4.2 CVR的驗(yàn)證

（1）計(jì)算分析：某型直升機(jī)經(jīng)過(guò)電氣負(fù)載分析，有足夠的電氣容量；記錄器的供電為機(jī)上的正常直流匯流條和應(yīng)急匯流條，記錄器不危及對(duì)重要負(fù)載或應(yīng)急負(fù)載的供電。另外，記錄器和音頻監(jiān)控器還配備有由獨(dú)立電源提供的專用后備電源。

（2）試驗(yàn)室試驗(yàn)：某型直升機(jī)在試驗(yàn)室進(jìn)行了停止自動(dòng)抹音試驗(yàn)，并制定了3個(gè)停止抹音條件：一是法向加速度大于3g；二是輪載信號(hào)有效且旋翼轉(zhuǎn)速Nr 低于90r/min；三是旋翼轉(zhuǎn)速Nr 低于90r/min 且飛機(jī)姿態(tài)角大于30°。結(jié)果表明，記錄器通電開(kāi)始進(jìn)行記錄，滿足停止記錄條件時(shí)停止了記錄。

（3）飛行試驗(yàn)：某型直升機(jī)采取隨機(jī)考核的方式進(jìn)行錄音可懂性試驗(yàn)，各種噪聲背景下的記錄信息，以及通過(guò)飛行后下載的信息，均能清晰回放，經(jīng)局方人員試聽(tīng)、辨析，通信清晰可懂，且與機(jī)上實(shí)際情況一致。

（4）設(shè)備合格性：某型直升機(jī)飛行參數(shù)及音頻記錄系統(tǒng)優(yōu)先選擇了具有CTSOA證書(shū)的產(chǎn)品，供應(yīng)商提供了技術(shù)規(guī)范、試驗(yàn)大綱和報(bào)告等證明，記錄器為鮮橙色，有特種反光膠貼，記錄器的水下定位信標(biāo)剛性安裝在記錄器殼體面板上。當(dāng)記錄器落入水中時(shí)，能夠連續(xù)發(fā)射出固定頻率的遇難緊急呼救信號(hào)。

5 結(jié)束語(yǔ)

某型直升機(jī)的飛行參數(shù)及音頻記錄系統(tǒng)的驗(yàn)證方法已得到局方批準(zhǔn)，該型機(jī)已獲得型號(hào)合格證。因此，后續(xù)新型號(hào)CVR的驗(yàn)證工作可以參考該型機(jī)。

隨著民航安全管理水平的整體提高，無(wú)論是民航行業(yè)管理部門還是航空公司都愈發(fā)認(rèn)識(shí)到CVR在飛行不安全事件調(diào)查和日常飛行監(jiān)控中的重要作用。本文通過(guò)對(duì)運(yùn)輸類旋翼航空器的CVR適航要求進(jìn)行分析，提出符合性驗(yàn)證思路及驗(yàn)證方法建議，并結(jié)合某型直升機(jī)對(duì)符合性驗(yàn)證方法進(jìn)行了證明，加深了對(duì)CVR適航要求技術(shù)內(nèi)涵的理解，完善了對(duì)我國(guó)運(yùn)輸類旋翼航空器適航相關(guān)條款的研究，為我國(guó)從事旋翼類航空器CVR設(shè)計(jì)和適航審定的人員提供了技術(shù)參考。目前FAA已對(duì)CVR的適航要求進(jìn)行了修訂，增加了對(duì)數(shù)據(jù)鏈通信的要求，同時(shí)中國(guó)民用航空局（CAAC）制定的CVR適航要求也與FAA進(jìn)行了同步。后續(xù)，對(duì)CVR新增的適航要求和技術(shù)內(nèi)涵，還有待技術(shù)人員進(jìn)一步進(jìn)行探索和研究。