驾驶舱话音记录器应用及故障分析讲解.docx
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驾驶舱话音记录器应用及故障分析讲解
CivilAviationUniversityofChina
毕业设计（论文）
专业：
航空机电设备维修
学号：
111210031
学生姓名：
朱春达
所属学院：
中国民航大学继续教育学院
指导教师：
李真真
二〇一三年九月
中国民航大学大专生毕业设计（论文）
驾驶舱话音记录器应用及故障分析
Analysisof cockpitvoicerecorder andfault
专业：
航空机电设备维修
学生姓名：
朱春达
学号：
111210031
学院：
中国民航大学继续教育学院
指导教师：
李真真
2023年09月
创见性声明
本人声明：
所呈交的毕业论文是本人在指导教师的指导下进行的工作和取得的成果，论文中所引用的他人已经发表或撰写过的研究成果，均加以特别标注并在此表示致谢。
与我一同工作的同志对本论文所做的任何贡献也已在论文中作了明确的说明并表示谢意。
毕业论文作者签名：
签字日期：
年月日
大专毕业设计（论文）版权使用授权书
本毕业设计（论文）作者完全了解中国民航大学有关保留、使用毕业设计（论文）的规定。
特授权中国民航大学可以将毕业设计（论文）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。
同意学校向国家有关部门或机构送交毕业设计（论文）的复印件和磁盘。
（保密的毕业论文在解密后适用本授权说明）
毕业论文作者签名：
指导教师签名：
签字日期：
年月日签字日期：
年月日
摘要
驾驶舱话音记录器记录的驾驶舱内背景声包括警告声、开关声、操纵舵面的操纵手柄声、发动机噪音、机组座位的移动声、风挡玻璃刮水器的马达声、这些声音往往意味着一些特殊的操作或者事件，常常用于判断系统的故障、发动机转速、飞机速度、特定操作或者事件发生的时间以及气象环境等，是重要的信息来源。
从驾驶舱话音记录器上读取的这些背景声，知道这些背景声出现的时间和内容对事故调查而言是非常重要的。
关键词：
驾驶舱话音记录器；故障分析；事故调查
Abstract
Cockpitvoicerecorder records cockpit backgroundsound includingwarning sound, sound, switch controlsurfaceoperatinghandle, enginenoise, sound unit seat movingsound, windscreenwiper motor sound, thesevoicesareoften meansthat somespecialoperation or event, often usedtojudgethe systemfault, enginespeed, theaircraftspeed, thespecific operationor thetimeoftheincident andthe meteorological environment, isanimportantsourceofinformation. Readfromthe cockpitvoicerecorder onthe backgroundsound, knowthe backgroundsound appearstime andcontent isveryimportantfor theinvestigationoftheaccident.
KeyWords：
cockpitvoicerecorder；faultanalysis；accidentsurvey
1.引言
1.1驾驶舱话音记录器
在现代商用航空器上，舱音记录器（CockpitVoiceRecorder,简称CVR）和飞行数据记录器（FlightDatarecorder,简称FDR）一样，是必不可少的机载设备。
飞行数据记录器记录了航空器飞行状态、机组操作、系统及设备运行、外界环境等飞行数据信息；而舱音记录器记录驾驶舱内最近2小时或30分钟的各种声音，包括机组内话、陆空通话、音响警告等。
驾驶舱中的非话语成分是重要的信息来源，CVR非话语信号主要指在飞机运行中，驾驶舱内出现的关键开关、操纵手柄和警告声等。
人们凭经验可以辨别出少数声响，而许多重要的CVR非话语信息凭人耳无法辨别。
对非话语信息的有效、准确判断受多种因素影响而制约CVR作用的发挥。
这些因素包括：
CVR上记录的声音繁多而复杂，这些声音种类多、差异大，混杂在一起。
有些非话语声单凭人耳不易辨别，有些超出了人的生理功能极限，而且经常受到各种噪声掩盖，例如飞机空气动力噪声、喷气式飞机的发动机喷流噪声、螺旋桨飞机的旋转叶片噪声等。
显然，这些声音记录为事故调查提供又一丰富而准确的依据。
2.正文
2.1舱音记录器的历史和特点
舱音记录器的出现稍晚于飞行数据记录器。
早期以磁带作为记录介质，其记录原理与一般家用盒式录音机类似，只是多了一个防护外壳。
由于舱音记录器内部有机械驱动装置，所以需要定期维护和校准。
磁带是循环记录的，能保留最近30分钟的声音。
进入90年代，随着数字采集和压缩记录技术的发展，飞行信息可以记录在半导体存储芯片上，这就是固态记录器。
固态舱音记录器内部没有机械驱动装置。
由于每一块印刷线路板都应用了表面安装技术（SurfaceMountTechnology--SMT），所以可靠性高，不需要定期维护和校准，损坏时只需直接更换线路板。
记录的时间更长，最长可达2小时，而且易于恢复。
与磁带介质的记录器相比，固态记录器重量轻，尺寸也更小。
1992年，出现了记录30分钟的固态记录器；3年后，2小时的固态舱音记录器开始投入商业运营。
固态记录器也是循环记录的，能保留最近30分钟或2小时的声音。
不久，一种更新型的组合式记录器（舱音和数据记录器组合在一起）出现了，该记录器最多能记录2小时声音和25小时飞行数据，目前主要安装在公务机、通用飞机和直升机上。
这种记录器重量轻，体积小，节省驾驶舱空间。
现在，固态舱音记录器除记录声音外，通过加装GMT线路板、直升机转子转速编码器，还可以记录来自机长时钟的时间GMT和频率转换键控（FrequencyShiftKeyed--FSK）时间，记录直升机的转速，并具有记录ATC数据链信息和机上维护系统（OnboardMaintenancesSystem,简称OMS）信息的硬件接口。
舱音记录器的外形有两种:
一种是按ARINC4041/2-ATR短标准尺寸（高8英寸×宽5英寸×长15英寸）制造，长方体外形，外面是不锈钢机匣。
记录器漆成国际通用醒目的橘黄色，带有两个反光条，侧面有英法两种文字：
飞行记录器不能打开。
记录器的前面装有水下定位仪，在机匣内长方形的盒子里，装有坠毁保护的存储组件（CSMU）。
另一种是按ARINC404A1/2-ATR短标准尺寸（即高6英寸×宽5英寸×长14英寸）制造，记录器的电源组件和带有坠毁保护的圆柱形存储组件（CSMU），固定在记录器接口控制底座上。
水下定位仪安装在存储组件上，圆柱形存储组件外涂有两个反光条。
这两种记录器的水下定位仪遇水自动触发，在水下14,000英尺也能发射37.5KHZ的声波，持续时间长达30天，以利于记录器的搜寻。
记录器前后各有一个接口，前接口与地面回放设备相连，后接口与飞机连接。
记录器从飞机汇流条上获取115伏/400赫兹交流电或28伏直流电。
某些型号的记录器，还带有耳机插孔、测试插孔、工作状态灯或监测显示器。
事故发生后，记录器上通常只有存储组件（CSMU）得以保存，其余部分均受到不同程度的破坏。
存储组件一般有三层保护：
最里层是薄层铝壳，包裹着存储芯片组；中间层是高温绝缘体——2.54厘米厚的干硅石材料，可抵御事故后燃起的大火；最外层是0.64厘米厚的不锈钢（或钛金属）外壳。
记录器还要连续经受以下抗破损的测试：
抗冲击能力（抗3400G的撞击，有的记录器达到6000G，持续时间不低于6.5毫秒），抗静压能力，抗穿透能力，抗火能力（1100℃,持续1小时；260℃，持续10小时），抗海水浸泡能力，抗液体（如燃油、润滑油、灭火剂）浸泡能力。
为使记录器损坏的可能性降至最小，记录器通常都安装在事故时最不易受到冲击的飞机尾部，如后客舱、后厨房、飞机尾舱、后货舱侧壁、后机组休息舱侧壁等，但对直升机没有类似的要求。
由于记录器是循环记录的，新记录信息总是覆盖掉30分钟或2小时以前的信息，所以发生事故时，必须保证记录器能够自动停止记录，并同时停止各种抹音装置的功能。
通常使用的方法有以下三种：
冲击电门。
事先定义一个重力加速度的限制值。
超过该限制值，记录器的电源自动关断。
如果记录器电源直接取自发动机驱动的发电机，而不是直流电转换器，记录器电源会自动关断。
因为发生事故时，发动机会停止运转。
记录器自动关断信号。
记录器自动连续监测后接口第10针的信号输入。
如果飞机不再靠自身动力飞行，就会给第10针发送一个信号。
若信号持续时间超过10分钟，记录器就自动停止记录。
2.2飞机的舱音记录系统
在飞机上，舱音记录器只是整个舱音记录系统的一部分，另一部分是控制组件。
控制组件安装在驾驶舱前顶板上，由记录器为其提供＋18伏电源，并通过飞机联线与记录器相连。
控制组件对进入记录器的声音进行前置放大，也对记录器起遥控作用。
控制组件面板上有测试和抹音开关、耳机插孔、工作状态灯或监测显示器、区域麦克风。
测试开关、工作状态灯或监测显示器用于测试记录器是否处于正常工作状态。
耳机插孔用于监听记录器上的话音记录。
抹音开关用来删除记录器上全部的声音，这只有在飞机起落架处于放下状态、飞机重量在起落架上并且停留刹车刹住时才工作。
区域麦克风用来拾取驾驶舱的环境声音。
有时为了节省驾驶舱的空间，区域麦克风也可以独立于控制组件，安装在两名驾驶员座位中间的上方或前方位置，面对着驾驶员。
舱音记录器同时记录着四个独立声道的声音。
第一至第三声道记录的声音分别来源于正驾驶、副驾驶、第三机组成员座位上的耳机/吊杆式话筒、氧气面罩话筒、手持式话筒或扬声器，没有第三机组成员的声音输入时，第三声道记录的是旅客广播系统的声音。
三个声道记录的频率范围是150Hz—3500Hz。
机长时钟GMT、频率转换键控（FSK）时间、直升机的转子转速可以记录在三个声道中的任意一个。
第四声道记录的声音来源于区域麦克风，记录的频率范围是150Hz—6800Hz。
所以，舱音记录器至少能记录：
用无线电发送或接收的话音通信、驾驶舱中的声响、机组成员在驾驶舱中使用飞机内话系统进行的通话、传入耳机或扬声器中的识别导航或进近助航识别的话音或音频信号、机组成员使用旅客广播系统进行的话音通话以及空中交通服务机构的数字通信。
对事故调查员而言，驾驶舱中的声响是重要的信息来源。
在这些声响中，有音响报警信号，如空速极限警告、轮舱火警、高度警示、近地警告和警报、风切变警告和警报、防撞系统警告、座舱高度音响、起落架形态警告、起飞形态警告、自动驾驶脱开音响等，也有发动机噪音、机组座位的移动声、风档玻璃刮水器的马达声、各种开关声、襟翼、缝翼和起落架操纵手柄的使用音响，还有其他咔嗒声、噼啪声等，这些声音往往意味着一些特殊的操作或事件，常常用于判断系统的故障、发动机转速、飞机速度、特定操作或事件发生的时间以及气象环境等。
2.3国内航空器上安装的舱音记录器
国内所有运输飞机，如波音系列、空客系列、加拿大CRJ、巴西EMB145、英宇航BAe146、法国ATR等飞机，都安装了磁带或固态介质的舱音记录器。
这些记录器主要由L3（即原Loral）公司和Honeywell（即原AlliedSignal）公司生产。
L3公司的A100/A100A和Honeywell公司的AV-557C是两种磁带式舱音记录器。
A100/A100A记录器可以利用系统测试面板（SystemTestPanel）进行声音回放，AV-557C可以使用测试组件（CVRTestSet）进行声音回放，回放出来的声音都是混和四个声道的。
通常在实验室里，我们都要进行分道处理，使每个声道的声音单独回放出来，尽可能清晰易辨。
L3公司的A100S、A200S、FA2100型和Honeywell公司的980-6020、980-6022型是固态记录器。
A100S型最多可记录30分钟舱音，使用AMA/1（AudioMonitorAdapter）设备，各声道的声音可以单独回放，也可以混和回放。
A200S和FA2100型分别使用DAP（DigitalAudioPlaybackUnit）和PI（PortableInterface）进行声音回放，这两种型号记录器都各有两种构型：
30分钟或2小时。
30分钟的记录器可以回放出4个声道高质量声音，2小时的记录器可以回放出6个声道：
4个声道30分钟高质量声音和2个声道（区域和混和）2小时标准质量声音。
Honeywell公司的980-6020型是30分钟记录器，980-6022型是2小时记录器。
声音输出情况与L3的FA2100型记录器相似，利用专门软件PATS（PlaybackandTeststation），可以下载和回放声音。
与定翼飞机相比，直升机上安装的舱音记录器种类较多，但声音回放方法与定翼飞机类似。
例如，西科斯基公司的S76上安装了Penny&Giles生产的舱音记录器，欧洲直升机公司的超美洲豹直升机和海豚直升机上，安装了英宇航公司生产的组合式记录器，贝尔直升机上安装了L3磁带式舱音记录器。
2.4事故发生后记录器的处理
2.4.1．记录器的搜寻
事故发生后，记录器的搜寻是放在优先地位的，尤其在飞机坠水事故中。
虽然水下定位仪的电池可以连续工作30天，但许多情况会降低其使用寿命，而且记录器在水下环境中的状态也会逐渐恶化。
2.42.记录器的处理和运输
找到记录器后，不要在现场打开或进行处理，应迅速将其送到指定的机构进行处理。
如果记录器干燥而且没有破损，就把它仔细包好后运送。
如果记录器破损了，也不应取出磁带或固态存储介质。
用聚乙烯或类似材料包上整个记录器及散落的内部零部件。
如果磁带散落在外，尽量不要皱、折磁带，仔细将其缠绕在卷轴、纸管上，再将其包好后运送。
数据的记录品质很容易退化，折皱过的磁带会产生电子噪音，严重时会导致数据永久丢失。
如果发现记录器已遭水浸泡，应用淡水（最好是蒸馏水）冲洗，然后将其浸入到盛水的容器中运回实验室。
如果记录介质是磁带，为防止盐分在磁带表面上结晶，影响数据回放质量，在现场不宜对其进行干燥处理。
运送过程中，还要避免记录器接触强磁场，例如：
记录器不能通过机场安检站的X光机，否则数据会受到破坏。
2.4.3．记录器在实验室的处理
记录器到达实验室之前，工作人员就已经开始了准备工作：
搜集记录器译码所需的资料、准备磁带或光盘用于复制，同时还要准备好切割工具及其他特殊设备，以便从破损程度不同的记录器中，取出记录介质。
如果记录器没有破损，使用常规回放方法就可以听到记录的声音。
但一般情况下，记录器在事故中都会有些破损。
对于磁带记录器，如果保护性外壳没有损坏，应迅速将磁带从记录器中取出，进行清洁和干燥处理，然后装到没有破损的同型号记录器上，进行声音回放。
对于破损的固态记录器，其处理方法取决于记录器存储组件（CSMU）与其他组件之间连接电缆的破损程度。
如果连接电缆完好，我们就可以把记录器存储组件（CSMU）从破损记录器上拆下来，安装到其他记录器上进行声音回放；如果连接电缆已被烧毁，说明记录器在坠毁时经历了强火的烧灼，这时就需要打开存储组件（CSMU），作进一步处理。
L3公司的记录器存储组件（CSMU）内部，有一个热度指示器。
如果指示的温度超过250℃，就要把记录器送到L3公司，使用特殊处理程序回放声音;如果没有超温，将电缆和接头重新更换，即可回放声音。
Honeywell公司记录器存储组件（CSMU）内部，有少量红色橡胶物质。
如果该物质已转变为粘稠液体，也需要把记录器送到生产厂家，经过特殊处理再读出声音。
先把回放出来的声音备份到磁带或光盘上，然后事故调查员会请一些熟悉该机型运行程序、熟悉飞行机组成员声音的有关人员参加辨听，并整理出一份完整的、未经删节的舱音文字材料，与空中交通管制部门的地面录音、飞行数据记录器记录的数据相互比较，确定具体事件发生的时间。
有时，还要对声音进行频谱分析和信号增强处理，以使声音更加清晰易辨。
作为事实报告的一部分，事故调查员将确定记录器上的信息是否可用。
事故调查过程中，舱音的文字整理材料将与收集到的其他证据一起，作为事故结论判断的依据，但不作为唯一的信息来源做出结论或解释。
由于驾驶舱内语言交谈内容的敏感性，按照国际惯例，不公布记录中语言交谈部分的详情，而只公布事故调查员认为与事故有关或相关的内容。
2.5存在的问题和发展方向
尽管舱音记录器带有坠毁保护外壳，有防止抹音和覆盖记录的功能，但多年来对十几起事故和事故征候的记录器声音回放中，我们发现，部分记录器不能提供有价值的声音信息，这直接影响了事故的调查和事件的分析。
主要表现在以下三个方面：
1．在对发生在空中和着陆阶段的一些事件进行译码时，我们发现，30分钟记录器上记录的声音，都是地面维修人员的声音。
这是因为飞机落地及滑行后，循环记录的新舱音已经覆盖了事件段的记录，致使无法提取事件发生段的信息。
如果已知有事故或事件发生，飞机着陆后，及时断开记录器的跳开关，就可以保留住有用的信息。
或者安装记录时间更长的2小时记录器。
目前在欧洲，民航局已强制航空公司使用记录时间为2小时的记录器。
而国际民航组织在附件六《航空器的运行》中也做出规定，要求安装在最大审定起飞质量超过5700千克（定翼飞机）、2003年1月1日以后首次颁发单机适航证的定翼飞机和直升机上的舱音记录器，必须至少能够保存最后2小时运行中所记录的信息。
2．根据ICAO附件六《航空器的运行》中规定，对舱音记录器上记录信号的年度检查，应通过重放舱音记录器上的记录来进行。
但由于一些航空公司缺乏地面译码设备，记录器不能按期检查，一些失效记录器仍在使用。
例如1996年4月18日发生的BELL直升机B7721事故，飞机上的记录器在事故发生前就已不工作，致使记录器未记录任何舱音信息。
另一方面，对记录器的检查方法不当，也会错过发现记录器工作异常的机会。
例如，仅仅利用记录器机上测试功能进行记录器测试，只能用于判断记录器已测试部分的状况，而其他未测试部分的情况，如记录介质的好坏，我们就无法得知。
3．目前，磁带舱音记录器在部分老旧飞机和直升机上仍有使用。
它与新一代固态记录器相比，记录介质容量小（只能循环工作30分钟）、读写速度慢、易磨损、抗破坏能力差、机械可靠性低。
这些都给航空公司带来了很大的维护成本。
厂商都已经不再生产。
因此，航空公司有必要尽快更换新一代固态记录器。
一起发生在1998年9月2日的空难，促使美国民航部门对飞行数据记录系统提出了更高的要求。
当时，瑞士航空公司一架MD11飞机执行纽约—日内瓦的航班任务，在大西洋海域坠海，机上14名机组人员和215名旅客全部遇难。
当事故调查员对打捞上来的记录器进行译码时，却发现两个记录器在坠海前约6分钟已停止记录。
随后，美国国家运输安全委员会（NTSB）提出建议：
应为记录器提供10分钟的独立备用电源（电池或者电容器），以使记录器在飞机电源系统失效或关断的情况下，仍能正常工作。
另一个建议就是对于2003年1月1日以后生产的飞机，建议安装两套组合式记录器（FDR/CVR二合一），一套安装在飞机尾部，另一套安装在靠近驾驶舱的位置。
美国联邦航空局（FAA）也支持美国国家运输安全委员会（NTSB）关于将记录器的记录时间延长至2小时的建议。
在未来的飞机驾驶舱中，无论是陆空通话，还是航空公司内部通话，都将以数字信息取代声音信息。
驾驶舱中还将安装数字视频记录系统，同时记录下话音和驾驶员看到的电子飞行仪表系统（EFIS）或主飞行显示（PFD）的信息。
如果这些措施得以实施，无疑会使记录器发挥更大的作用。
舱音记录器在飞行事故调查和分析中有着不可替代的地位。
最大程度地利用其记录的宝贵信息，使其更好地为事故调查和事故预防服务，对提高我国民航整个事故调查和事故预防的水平会有很大帮助。
2.6实际应用
驾驶员利用话音记录器开关控制话音记录器的电源。
AUTO位提供自动控制，在该位置时，话音记录器通过延时继电器获得电源。
当一台发动机工作在慢车或以上，一个发动机运转继电器吸合延时继电器。
从发动机起动到发动机停车期间，该吸合的继电器保持话音记录器电源接通。
延时继电器也保持发动机停车后的五分钟内接通以使驾驶员完成航后检查。
ON位可使你在进行维护或航前检查时给话音记录器施加电源。
在该位置上，当话音记录器开关供电时它将锁定。
它将一直供电直到一台发动机起动或直到将其拨回AUTO位置。
当一台发动机在慢车或以上时它将自动到AUTO位。
话音记录器组件同时收集下列音频信号：
－ 机长麦克和耳机
－ 副驾驶（F／O）麦克和耳机
－ 第一观察员（F／OBS）麦克和飞机
－ 位于驾驶舱话音记录器板上的区域麦克风 话音记录器组件也从时钟系统接收时间信号。
来自机长、副驾驶和第一观察员的麦克风输入送到REU.REU将每个座位的麦克音频信号与其耳机音频混音。
然后REU将音频信号放大后送到话音记录器
区域麦克风收集驾驶舱的声音如话音和音响警告。
驾驶舱话音记录器面板将来自区域麦克风的信号放大后送到话音记录器组件。
如果你联接一个耳机到驾驶舱话音记录器板上的耳机插孔中，你可以监听话音记录器记录下的音频信号。
话音记录器控制面板上的抹除开关将话音记录器中保存的所有音频信号抹除。
你只能当飞机在地面上且停留刹车设定好后才能抹除数据。
驾驶舱中话音记录器板上的测试开关起始话音记录器子系统的测试。
驾驶舱话音记录器板上的LED状态指示器可以显示测试后果。
在A320飞机日常航线维护中,工卡中要求对驾驶舱话音记录器（CVR）进行测试,测试的过程还是比较简单的,首先确认停留刹车刹住,第二步按压“RCDR／GNDCTL”按钮,第三部按压“RCDR／CVRTEST”按钮,驾驶舱喇叭里出现约4秒钟的蜂鸣声,测试就通过了。
其简略的原理图如图所示:
在我公司曾经出现过按压“RCDR／CVRTEST”驾驶舱喇叭无音频输出的故障。
事后总结多数为测试电路故障,导致测试失败。
而CVR记录器工作正常,是符合最低设备清单（MEL）放行要求的。
本文主要阐述如何快速确认是CVR测试电路故障,从而避免引起航班的延误。
CVR无测试音频输出有三种可能:
（1）CVR记录器故障,
（2）地面电源接不通,（3）测试电路故障。
测试电路故障又分两种,一种为测试信号输入电路故障,另一种为测试信号输出电路故障。
依据最低设备清单,CVR记录器和CVR测试按钮不能保留,其他部件故障可以放行。
具体判断方法是:
首先确认停留刹车手柄在ON位,按压RCDR／GNDCTL按钮接通地面电源,将机务用耳机插入驾驶舱右头顶板（50VU）上的CVRHEADSET插孔,如果能听见驾驶舱内声音,则认为CVR记录器工作正常,再按压CVRTEST按钮,如能听见测试音频,则认为CVRTEST按钮工作正常可放行飞机。
耳机中如果听不见驾驶舱内声音,检查RCDR／GNDCTL按钮ON灯是否点亮,不亮表示CVR地面电源没有接通,起动发动机做CVR测试,测试通过按MEL保留RCDR／GNDCTL按钮放行飞机;ON灯亮,耳机无声音则CV
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