O plural de caixa-preta é caixas-pretas, porque se trata de uma palavra composta por um substantivo e um adjectivo e, como tal, segue a regra geral da concordância que é a de um adjectivo passar ao plural se o substantivo a que se associa também estiver no plural.

Como termo da aeronáutica, caixa-preta é «aparelhagem que grava dados sobre o funcionamento de uma aeronave, seus sistemas e as conversas da equipagem; serve para detectar problemas e verificar suas causas em caso de acidente e para controlar a manutenção da aeronave». Em cibernética, informática, electrónica, é «em tecnologia lógica, teoria dos autômatos etc., nome dado a qualquer elemento, máquina ou dispositivo de cujo funcionamento não se tem nenhum conhecimento por acesso direto, sendo apenas identificado ou caracterizado através da verificação da relação existente entre as informações ou estímulos que chegam a ele (entrada) e as respostas de saída». Em tecnologia, trata-se de «qualquer dispositivo, ger[almente] eletrônico, de funcionamento intrincado e vedado a quaisquer interferências, capaz de operar autonomamente e us[ado] esp[ecialmente] no registro e controle de informações técnicas». Ainda é, em sentido figurado, «qualquer sistema, instituição, empreendimento etc. cujos mecanismos de funcionamento interno não são claros ou abertos à observação».

[Cf. Dicionário Eletrônico Houaiss]