Comet G-ALYV
Copyright Matthew Clarkson – Used with permission
Historia de los vuelos
Calcuta
El 2 de mayo, 1953, un año después del vuelo inaugural del Comet de Havilland de fabricación británica, el avión G-ALYV partió del aeropuerto de Calcuta con destino a Delhi como vuelo 783 de BOAC. A pocas millas del aeropuerto, el vuelo se encontró con una fuerte tormenta eléctrica. Aunque tanto el piloto como el control de tráfico aéreo eran conscientes de ello, la tormenta no parecía lo suficientemente grave como para restringir el vuelo a través de ella. Además, el capitán estaba bien cualificado, tenía una experiencia considerable en esta ruta y tenía experiencia en condiciones meteorológicas similares. Sólo seis minutos después del despegue, mientras ascendía a 7.500 pies, se perdió la comunicación por radio. Aproximadamente a esa misma hora, los testigos en varios lugares de tierra vieron «un avión que descendía en una llamarada de fuego a través de una fuerte tormenta eléctrica y lluvia» y luego se estrelló contra el suelo. Los 37 pasajeros y los seis miembros de la tripulación murieron.
La investigación del accidente, dirigida por el Gobierno Central de la India, concluyó que el accidente cerca de Calcuta se debió a un «fallo estructural del fuselaje durante el vuelo a través de una tormenta eléctrica». Determinaron que una de las dos posibilidades causó un sobreesfuerzo del avión suficiente para estrellarlo: o bien las fuertes ráfagas de la tormenta, o bien un exceso de control por parte del piloto debido a la tormenta. Recomendaron que los restos del avión se analizaran más a fondo para determinar el fallo principal, y que «se considerara» la posibilidad de modificar las características de vuelo del Comet para que tuviera más «tacto» cuando se aplicaran cargas a las superficies de control.
Comet G-ALYP en Calcuta/Dum Dum
Copyright Matthew Clarkson – Usado con permiso
Elba
El 10 de enero, 1954, el cometa G-ALYP partió del aeropuerto de Ciampino, Roma, con destino a Londres en el vuelo 781 de BOAC. A los 20 minutos de vuelo, cuando se acercaba a los 27.000 pies, la transmisión de la tripulación cesó a mitad de frase, indicando un fallo del avión con «brusquedad catastrófica». Testigos en la isla de Elba (Italia) vieron cómo el avión caía al mar envuelto en llamas. Los 29 pasajeros y los seis miembros de la tripulación murieron.
Aunque la investigación de un accidente normalmente la lleva a cabo el gobierno o la autoridad de aviación del país del accidente, se determinó que las autoridades británicas dirigirían la investigación de Elba. La flota del Comet quedó en tierra mientras se iniciaba la investigación y mientras de Havilland realizaba modificaciones «para cubrir todas las posibilidades que la imaginación ha sugerido como causa probable del desastre». Estas modificaciones se hicieron para abordar cualquier posible causa de fallo, incluyendo el aleteo de las superficies de control, el fallo estructural primario debido a las ráfagas, los controles de vuelo, la descompresión explosiva, el incendio del motor, el fallo de un álabe de la turbina y la fatiga del ala. La fatiga del fuselaje no se consideró como causa en ese momento, ni se hizo una modificación para compensarla.
Mientras se realizaban estas modificaciones, y mientras se recuperaban los restos del avión, el Ministro de Transporte y Aviación Civil británico señaló «la naturaleza y el alcance de las modificaciones previstas… y aunque el desastre de Calcuta está completamente explicado… no podemos eliminar que el accidente pudiera deberse a alguna otra causa que posiblemente fuera común a ambos desastres.» Creyendo que la causa desconocida de los posibles dos accidentes se había solucionado durante el proyecto de modificación masiva, el vuelo del Comet se reanudó el 23 de marzo de 1954.
El Comet G-ALYX de la BOAC en Londres, noviembre de 1952
Museo Nacional del Aire y del Espacio, Smithsonian Institution
(SI 2002-2526)
Nápoles
Un poco más de dos semanas después, el 8 de abril de 1954, el cometa G-ALYY partió del aeropuerto de Ciampino, en Roma, con destino a El Cairo, en el vuelo 201 de South African Airlines, fletado por BOAC. A los 40 minutos de vuelo, mientras ascendía a 35.000 pies, el avión sufrió una catastrófica rotura en vuelo y se estrelló en el mar cerca de Nápoles. Los 14 pasajeros y los siete miembros de la tripulación murieron.
Inmediatamente después de este accidente, BOAC suspendió todos los vuelos del Comet. Se retiró el certificado de aeronavegabilidad de todos los aviones Comet y la flota quedó posteriormente en tierra por tiempo indefinido. Pasaron cuatro años hasta que el Comet volvió a realizar vuelos comerciales, esta vez como Comet 4.
Se pudieron recuperar muy pocos restos del avión Naples debido a la gran profundidad a la que se había hundido, unos 3.300 pies. A partir de lo que se pudo recuperar, se concluyó que no había incoherencias con «la opinión de que el accidente del Yoke Yoke era atribuible a la misma causa que el accidente del Yoke Peter .»
Ahora, con la causa de tres accidentes en el lapso de un año que posiblemente dependa de los hallazgos de los restos del Elba, se renovaron los esfuerzos para recuperar las piezas restantes. Se utilizaron por primera vez cámaras de televisión subacuáticas. A finales de agosto de 1954, se había recuperado el 70% del accidente del Elba.
Comet G-ALYU
Foto cortesía de John Heggblom, tomada por J.C. ‘Connie’ Heggblom.
Pruebas del fuselaje
Cuando todavía no había una causa definitiva, los investigadores decidieron hacer pruebas a escala real en los fuselajes existentes: pruebas de vuelo sin presión en el G-ANAV y pruebas de presión en el G-ALYU. Para llevar a cabo las pruebas de presión de una manera más segura, se construyó un tanque de agua para encerrar el fuselaje. El fuselaje se sumergió y se llenó de agua, y luego se bombeó agua adicional en la cabina hasta que la presión dentro del fuselaje alcanzó 1P, el equivalente al vuelo. A continuación, se realizaron ciclos para simular muchos vuelos a lo largo de la vida de un avión. Al utilizar agua en lugar de aire, ya que el agua es un fluido mucho menos compresible, la prueba sería mucho más segura y el fuselaje podría repararse y volver a probarse cuando fuera necesario. Si se hubiera utilizado aire, los resultados se habrían parecido a las catastróficas roturas en vuelo de Elba y Nápoles.
Comet G-ALYU en el tanque de agua para las pruebas de presión. El fuselaje falló en una esquina de la ventana cuadrada de la escotilla de escape delantera.
(Ver fotos grandes)
G-ALYP, Elba, mostrando las dos ventanas ADF. Se determinó que esta pieza era el origen de la ruptura en vuelo.
(Ver foto grande)
«
Fuente: Centro Conjunto de Imágenes de las Fuerzas Canadienses, número de referencia PL-62095. Departamento de Defensa Nacional.
Reproducida con el permiso del Ministro de
Obras Públicas y Servicios Gubernamentales de Canadá, 2008.
El G-ALYU había realizado 1.230 vuelos presurizados antes de las pruebas y 1.830 «vuelos» en tanque antes de que el fuselaje fallara en la esquina de una ventana de la escotilla de escape delantera. Este fallo fue la prueba fundamental necesaria para orientar la investigación hacia la fatiga. A continuación se creó un modelo a escala para probar la teoría del fallo por fatiga del fuselaje en la esquina de la ventana. Los resultados se trasladaron al lugar del accidente, cerca de Elba, y se creó una nueva zona de búsqueda. En este nuevo lugar, se recuperaron en pocas horas las ventanas del ADF (Automatic Direction Finder) del avión, también cuadradas. Las ventanas del ADF están en la parte superior del fuselaje, justo delante de las alas. Esta pieza de los restos del Elba, que contenía las dos ventanas del ADF y el material adyacente, tenía la «inconfundible huella de la fatiga», y se determinó que era la primera fractura del accidente del Elba.
El G-ALYU soportó unos 3.060 «vuelos» presurizados, ya fuera en el aire o en el tanque de agua. El avión Elba había experimentado 1.290 vuelos presurizados. El avión de Nápoles realizó 900 vuelos presurizados. Todo ello parecía indicar una vida útil a la fatiga muy inferior a los 16.000 ciclos satisfactorios que probó de Havilland.
Incluso en la fase de diseño, de Havilland sabía que el Comet sería un gran avance tecnológico. Estaban compitiendo para ser la primera compañía en ofrecer un servicio de avión presurizado al público. Dado que en el momento del desarrollo del Comet había poca experiencia en el diseño y la producción de aviones comerciales presurizados, deHavilland puso especial énfasis en las pruebas estructurales. Tanto la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) como los British Civil Aircraft Requirements (BCARs), la normativa aplicable a cualquier avión civil de fabricación británica de la época, exigían una presión de diseño de 2P y una prueba del fuselaje de hasta 1,33P, donde «P» es la diferencia de presión de trabajo, o la presión esperada en vuelo normal. Para el Comet, P era de aproximadamente 8,25 libras por pulgada cuadrada (lbs/in2 o psi). Ni la OACI ni las autoridades británicas eran aún plenamente conscientes de todas las implicaciones y efectos del vuelo presurizado, por lo que muchas normas seguían siendo las mismas para los aviones presurizados y los no presurizados, incluidos los requisitos de fatiga.
De Havilland superó significativamente los requisitos en su esfuerzo por garantizar la seguridad de sus aviones. Decidieron diseñar el fuselaje para que soportara hasta 2,5P, y probarlo hasta 2P, en lugar de sólo 1,33P. Un prototipo de fuselaje se presurizó entre 1P y 2P unas 30 veces, y luego se presurizó a «bastante más de P» otras 2.000 veces. Estas dos pruebas debían demostrar que el fuselaje era un recipiente a presión adecuado, así como su integridad estructural. Mucho más tarde, en el verano de 1953, cuando los Comets ya estaban volando, se empezaron a publicar reglamentos que exigían más pruebas de fatiga para los fuselajes presurizados. En consecuencia, de Havilland volvió a probar el mismo fuselaje prototipo con otros 16.000 ciclos de presurización entre cero y 1P para verificar su vida a la fatiga. El fuselaje finalmente falló a los 16.000 ciclos debido a grietas por fatiga en la esquina de una ventana cuadrada de la cabina. La vida útil esperada del Comet era de sólo 10.000 ciclos, por lo que las grietas a los 16.000 no eran preocupantes.
De Havilland Comet Prototype G-ALVG. Obsérvense las ventanas cuadradas de los pasajeros.
Foto cortesía de British Airways Museum Collection – Utilizada con permiso.
Concentraciones de estrés en las esquinas de las ventanas
De Havilland realizó muchas pruebas en la preproducción para demostrar la seguridad del Comet: desde pruebas de presión, hasta pruebas de vuelo, pasando por pruebas de estrés. Se creía que las extensas pruebas del fuselaje eran una prueba contundente de que el Comet era seguro. Esta experiencia adquirida en las pruebas reales reforzó la confianza de De Havilland en sus análisis. Se habían realizado cálculos para una tensión media «en las proximidades de las esquinas» que determinaron que la tensión era inferior a la mitad de la resistencia última del material. De Havilland no consideraba que otros cálculos de tensión fueran más precisos que los ya realizados, y prefería confiar en las pruebas como principal prueba de la idoneidad del Comet. Sin embargo, tras el fallo del G-ALYU en el tanque de agua, más pruebas revelaron que la tensión en la ventana era significativamente mayor que la determinada originalmente. Las pruebas encontraron altas concentraciones de tensión en las esquinas de la ventana.
Una concentración de tensión es un área muy localizada de tensión mucho más alta que el área circundante. Las concentraciones de tensiones eran elevadas específicamente debido a la forma cuadrada de las ventanas y los marcos de las ventanas, que es muy diferente de las formas redondas u ovaladas de las ventanas de los aviones modernos. En las ventanas modernas, la tensión fluye libremente alrededor de los bordes curvos con una acumulación mínima. Pero con las ventanas cuadradas de los Comets, la tensión no puede fluir suavemente alrededor de las esquinas abruptas. Esto crea concentraciones de tensión.
Imagen fija de la animación de la analogía del tráfico del Comet 1
En el siguiente enlace se puede ver una animación que describe las concentraciones de tensión asociadas a las ventanas cuadradas: Ver Animación de la Analogía del Tráfico del Cometa 1.
Aunque cualquier aeronave tendrá diversos niveles de concentración de tensiones, las exclusivas esquinas de las ventanas cuadradas del Comet dieron lugar a niveles de tensión especialmente elevados. De Havilland probó su prototipo a 2P, el doble de la presión operativa prevista. La sobrecarga de presión, combinada con los elevados niveles de tensión en las esquinas de las ventanas, creó niveles de tensión en las concentraciones lo suficientemente grandes como para cambiar las características del material en estos lugares. Cada vez que de Havilland aumentaba la carga de presión, las características del material cambiaban progresivamente. Al alcanzar la carga más alta de 2P, estos lugares tenían características de material fundamentalmente diferentes a las de un Comet de producción. El proceso por el que las características del material cambiaron se llama trabajo en frío.
Propiedades del material en el trabajo en frío
El trabajo en frío no es, en sí mismo, un problema de seguridad. Las pruebas a 2P demostraron que el Comet podía soportar cargas de presión excesivas. El error más importante fue la decisión de realizar la prueba de fatiga en el mismo prototipo de fuselaje que había sido sometido a la prueba de presión y trabajado en frío. El fuselaje prototipo soportó 16.000 ciclos antes de fallar, debido en gran parte a las características fundamentalmente diferentes del material trabajado en frío en las esquinas de las ventanas. Este cambio de características mejoró las propiedades de fatiga en estos lugares, lo que enmascararía la verdadera vulnerabilidad a la fatiga del Comet de producción. En el siguiente enlace hay una animación que describe cómo se pueden cambiar las características del material mediante el trabajo en frío: Animación del diagrama S-N del Comet 1.
Los Comets que se estrellaron en Calcuta, Elba y Nápoles, y el G-ALYU en el depósito de agua, no habían sido sometidos a ensayos de prueba a 2P, ni tampoco ningún otro Comet de producción. Estos fuselajes no tuvieron el «beneficio» de la aplicación de altas cargas para mejorar sus características de fatiga. Como resultado, los ciclos naturales de tensión de las esquinas de las ventanas desgastarían rápidamente, o fatigarían, el material. La fatiga tuvo un efecto tan grande en los fuselajes de producción nunca sobrecargados que, en lugar de 16.000 ciclos de vida a la fatiga, los Comet sólo alcanzaban unos 1.000 ciclos. Al final de su vida de fatiga, el material desgastado se rompía de forma catastrófica, provocando la rotura en vuelo.
Reconstrucción de los restos del fuselaje del Elba recuperado.
Fuente: Centro Conjunto de Imágenes de las Fuerzas Canadienses, número de referencia CAL-43-281-16, detalle de la foto. Department of National Defence. Reproducida con el permiso del Ministro de Obras Públicas y Servicios del Gobierno de Canadá, 2008.
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