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拆解:传说中的飞机黑匣子,里面有什么元器件?

2020-7-24 14:39:53 显示全部楼层
来源 | 微博用户@y1nzicng
今天献宝,给大家秀一下FA2100座舱语音记录器的拆解。先说一下背景,大概就是在某个垃圾场捡到的,本着研究的性质拆解来看看内部构造,原本并没想着去记录过程,就只是草草的拍了几张照片,不少资料都是去查的,本人对电路不熟,如果下文有错的地方,还请各位业内人士不吝赐教。
开始之前先回答两个问题,为什么黑匣子是橙色的?为什么会叫做黑匣子?
颜色问题大家都猜得到,橙色有更高的辨识度,方便寻找和定位,毕竟储存的是非常重要的飞行数据。
至于为什么被叫做黑匣子,有一种比较广泛认可的说法是因为工作原理比较简单,只需要输入数据就行,至于内部发生了什么无从得知,有点类似于“盲盒”。
然后还有人会问我,我拆的这个是不是失事飞机掉下来的→_→
如果真是失事飞机掉下来的。那么此时此刻这个黑匣子应该长这样:

或者是这样↓

所以说放心吧,这是一个正常退役的黑匣子。
接下来,咱们再来做一点额外的功课,否则一会儿看拆解会有点云里雾里。
飞机上的黑匣子主要有两个—FDR和CVR。
上为FDR,下为CVR
Flight Data Recorder(FDR),中文一般叫飞行数据记录器,主要是记录飞机飞行过程中各项指标参数数据的设备。一般说黑匣子大部分都是指的FDR,是空难调查中最重要的直接证据。
Cockpit Voice Recorder(CVR),中文一般翻译为座舱语音记录器。用人话说就是个录音机,用来记录无线电通话和飞行员之间的对话以及环境声音的。
比较遗憾的是这次拆的不是FDR而是CVR,所以看上去比较简陋。
CVR整体主要分为三部分,FDAU,CSMU和定位信标。
Flight Data Acquisition Unit (FDAU),翻译过来应该是飞行数据收集单元,就是有方正棱角的底座部分,用来和飞机相关数据总线通信获取相应数据并编码。
Crash-Survivable Memory Unit,中文应该叫事故数据存储单元,就是上面的橙色圆柱体,是真正用于存储数据的地方,整个黑匣子70%的重量都在上面。
最后固定在CSMU上的小圆筒是水下定位信标 (Underwater Locator Device) ,遇水后会自动启动发出定位信号。

做完功课以后来大致了解一下这次拆解的型号。这是一款来自于L-3 Communications的CVR,型号FA2100。外观就是图片中的样子:

东西看上去不大但是分量却十分的感人,而且主要重量都在凸起的CSMU上。

根据这款CVR的设计参数,它的工作温度可以从-55℃到70℃,同时可以承受:
5000磅的重压
1100℃的一小时持续高温
260℃下十小时的持续高温
3400G的加速度撞击
而不丢失任何的数据,总的来说就是一个超强悍的优盘没错了!
至于里面到底有什么,下面就开拆!

首先卸掉保护维修端口的保护盖,然后卸掉周围用来固定CVR本身的螺丝。

把螺丝统统卸掉,见一个拧一个,一点也不慌。
拆到最后发现需要先取下CSMU才能继续取下FDAU的顶盖,于是拧下4个巨大的螺栓,垂直抬起后取下连接电缆就能将整个CSMU取下。

本人家里只有普通的精密工具,没有这种尺寸的扳手,废了好大劲才取下来,手疼死了。取下后第一眼看到的就是两个TI的DSP,这个放到一会再说,先继续拆。
将顶盖抬起取出放到一边,取下固定PCB的螺丝,就可以将整块底板取出来了。整块板看着比较脏,实际上挺干净的,全部都进行了打胶处理,不过看着更像是某种树脂,至于打胶的原因我想我不说应该也都心里有数了吧!
接口部分还有几片板子没拆,继续拆另一半……

侧面看是有两块板子,底下还有点别的。于是继续拧螺丝……

取下第一块板,上面基本上都是一些逻辑电路,中间是主控。

第二块板应该是负责供电的没跑了,这个我还是多少能看出来的。

这是贴在侧面面板上的电容(?)应该没认错吧?

电源板的另一面果然还有东西,不过基本上也是供电相关的电路。同时还有一个很可爱的环形变压器,考虑到这玩意能同时工作在28V直流和115V交流电下,这也不奇怪。

所有板子无一例外,都做了彻底的打胶处理,基本上不会受到液体的损害,同时板与板之间都是采用连接器连接,方便维护和更换。

接下来是重头戏,拆CSMU。考虑到生产日期为上世纪末,所以采用固态记录的可能性比较大。

撕掉底下的减震泡棉,又出现了四个很大的螺钉,于是又费了好大劲才全部取出来……
小尾巴上有手写的序列号。和贴纸上的一样。应该是全手工组装校准调教的没跑了,特种设备用心程度就是不一样啊。

摘掉底盖,基本上就可以肯定这款用的固态介质记录了。周围一圈应该是隔热层和减震材料,顶上黑色的应该也是,不过材质貌似不一样。
用手抠了一下,感觉应该是某种石棉和泡沫的混合物,很轻。大致作用基本上就是隔热跟减震了。
不得不说这玩意体积比我想象中的要小很多。取出来以后内部基本上就没有能取出来的东西了,都是黑色的泡棉。

为了保护这个圆筒真的是煞费苦心,可见里面东西的重要性。
二话不说直接上螺丝刀,拧下圆筒上的所有螺丝。就可以分离顶盖了。

内部不出意外是多层堆叠的结构。通过4个柱子和螺丝紧紧固定在一起。
左边是主控,右边是FLASH。好了到了无奖竞猜环节,这个黑匣子用的FLASH来自哪一家?
揭晓答案:

供应商花落Intel。
讲真,我个人还是有点意外的,竟然是Intel的颗粒。
不管怎么样,全部拆了,然后一字排开,还是有点壮观的。
看标签上的日期应该是1998年的第21周组装,而颗粒本身是97年产,是Intel产品线中一款还不错的SLC颗粒。

那个年代能做到10000次擦写应该算是不错的水平了。工作温度从0℃到70℃,应该是宽温的颗粒。
不过顶盖上有个182℃的贴纸,意思是内部温度到182℃里面的数据就很危险么,不是很清楚了。

最后看看用的是什么主控。不出我所料是个定制的芯片,看来再利用整个模块基本上是不可能了。
来算一下整个模块总的容量,8x15就是120MB,记录4个30分钟的音频,基本上就是1分钟消耗1MB的样子?

最后再倒回这张图,中间两个TI的芯片就不说了,应该是用来处理模拟的麦克风信号的,一颗芯片负责两个通道,DSP左上角和右下角的两个黑色的芯片应该是DSP用的DRAM缓存。
中间贴了贴纸的应该是FDAU的主控,来自QuickLogic(快辑),本质跟现在用的FPGA差不多,是一种高度客制化的ASIC,不过灵活性没有FPGA高,个人理解就是一个专门定做的芯片。
除此以外还有几个主要的芯片也是QuickLogic制造,应该是应用了一整套的方案。

之前还考虑过要不要去收一套维修工具来读一下里面的信息,后来上网一查最便宜的报价都是在4w美金左右,我想那还是直接拆了吧。


拆解完的残骸就这样了,其实这玩意本身结构并不是很复杂,给我的印象还是扎实的用料和一些细节上的设计,以后有机会想办法去搞个FDR来拆,固态的CVR还是简单了些。


作者:微博用户@y1nzicng,来源:朝晖航空


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