Comet G-ALYV
Copyright Matthew Clarkson – Utilisé avec permission
Histoire des vols
Calcutta
Le 2 mai, 1953, un an jour pour jour après le vol inaugural du Comet de Havilland de fabrication britannique, l’avion G-ALYV quitte l’aéroport de Calcutta pour Delhi sous le nom de vol 783 de la BOAC. À quelques kilomètres de l’aéroport, le vol a rencontré un violent orage. Bien que le pilote et le contrôle aérien en soient tous deux conscients, l’orage ne semblait pas assez violent pour interdire le vol à travers lui. De plus, le commandant de bord était bien qualifié, avait une expérience considérable sur cette route et avait l’habitude de voler dans des conditions météorologiques similaires. Six minutes seulement après le décollage, alors que l’avion montait à 7 500 pieds, la communication radio a été perdue. À peu près au même moment, des témoins à divers endroits au sol ont vu « un avion descendre en flammes à travers un violent orage et de la pluie », puis s’écraser au sol. Les 37 passagers et les six membres d’équipage ont été tués.
L’enquête sur l’accident, dirigée par le gouvernement central de l’Inde, a conclu que le crash près de Calcutta était dû à une « défaillance structurelle de la cellule pendant le vol à travers un coup de tonnerre. » Ils ont déterminé que l’une des deux possibilités suivantes avait causé une surcharge de l’avion suffisante pour le faire s’écraser : soit de violentes rafales provenant de la tempête, soit un contrôle excessif de la part du pilote à cause de la tempête. Ils ont recommandé que l’épave soit analysée plus en profondeur pour déterminer la défaillance primaire, et que l’on « envisage » de modifier les caractéristiques de vol du Comet pour lui donner plus de « sensations » lorsque des charges sont appliquées aux surfaces de contrôle.
Comet G-ALYP à Calcutta/Dum Dum
Copyright Matthew Clarkson – Utilisé avec permission
Elba
Le 10 janvier, 1954, le Comet G-ALYP quitte l’aéroport de Ciampino, à Rome, à destination de Londres avec le vol 781 de la BOAC. Environ 20 minutes après le début du vol, alors qu’il approchait de 27 000 pieds, les transmissions de l’équipage ont cessé au milieu d’une phrase, indiquant une défaillance de l’appareil avec une « soudaineté catastrophique ». Des témoins sur l’île d’Elbe, en Italie, ont vu l’avion tomber dans la mer en flammes. Les 29 passagers et les six membres de l’équipage ont été tués.
Alors qu’une enquête sur un crash est normalement menée par le gouvernement ou l’autorité aéronautique du pays du crash, il a été déterminé que les autorités britanniques dirigeraient l’enquête sur l’île d’Elbe. La flotte de Comet a été clouée au sol pendant que l’enquête commençait et que de Havilland apportait des modifications « pour couvrir toutes les possibilités que l’imagination a suggérées comme cause probable de la catastrophe. » Ces modifications ont été apportées pour couvrir toutes les causes possibles de défaillance, y compris le battement des gouvernes, la défaillance structurelle primaire due aux rafales, les commandes volantes, la décompression explosive, l’incendie du moteur, la défaillance d’une pale de turbine et la fatigue de l’aile. La fatigue du fuselage n’a pas été considérée comme une cause à ce moment-là, et aucune modification n’a été faite pour la compenser.
Alors que ces modifications étaient effectuées, et que les épaves étaient encore récupérées, le ministre britannique des Transports et de l’Aviation civile a noté « la nature et l’étendue des modifications prévues… et alors que la catastrophe de Calcutta est complètement expliquée… nous ne pouvons pas éliminer que l’accident ait pu être dû à une autre cause qui était peut-être commune aux deux catastrophes. » Estimant que la cause inconnue d’éventuellement deux accidents avait été réparée au cours du projet de modification massive, les vols de Comet ont repris le 23 mars 1954.
BOAC Comet G-ALYX à Londres, novembre 1952
National Air and Space Museum, Smithsonian Institution
(SI 2002-2526)
Naples
Un peu plus de deux semaines plus tard, le 8 avril 1954, la comète G-ALYY quitte l’aéroport de Ciampino, à Rome, à destination du Caire, sous la forme du vol 201 de South African Airlines, affrété par BOAC. Environ 40 minutes après le début du vol, alors qu’il franchit 35 000 pieds en montée, l’avion subit une désintégration catastrophique en vol et s’écrase dans la mer près de Naples. Les 14 passagers et les sept membres d’équipage ont été tués.
Immédiatement après ce crash, BOAC a suspendu tous les vols de Comet. Le certificat de navigabilité a été retiré de tous les avions Comet et la flotte a ensuite été clouée au sol pour une durée indéterminée. Il faudra attendre quatre ans pour que le Comet effectue à nouveau des vols commerciaux – cette fois sous le nom de Comet 4.
Une très faible partie de l’épave de l’avion de Naples a pu être récupérée en raison de la grande profondeur à laquelle il avait coulé – environ 3 300 pieds. De ce qui a pu être récupéré, il a été conclu qu’il n’y avait pas d’incohérences avec « l’opinion selon laquelle l’accident de Yoke Yoke était attribuable à la même cause que l’accident de Yoke Peter ».
Maintenant, la cause de trois accidents en l’espace d’un an dépendant tous peut-être des découvertes de l’épave de l’Elbe, les efforts pour récupérer les morceaux restants ont été renouvelés. Des caméras de télévision sous-marines sont utilisées pour la première fois. À la fin du mois d’août 1954, 70 % du crash de l’Elba avaient été récupérés.
Comet G-ALYU
Photo gracieusement fournie par John Heggblom, prise par J.C. ‘Connie’ Heggblom.
Tests sur le fuselage
Avec toujours aucune cause définitive, les enquêteurs ont décidé de faire des tests en grandeur nature sur les fuselages existants : des tests de vol non pressurisés sur le G-ANAV et des tests de pression sur le G-ALYU. Pour effectuer les tests de pression de manière plus sûre, un réservoir d’eau a été construit pour envelopper le fuselage. Le fuselage a été immergé et rempli d’eau, puis de l’eau supplémentaire a été pompée dans la cabine jusqu’à ce que la pression à l’intérieur du fuselage atteigne 1P, l’équivalent du vol. Ce processus était ensuite répété pour simuler de nombreux vols au cours de la vie d’un avion. En utilisant de l’eau au lieu de l’air, l’eau étant un fluide beaucoup moins compressible, le test était beaucoup plus sûr et le fuselage pouvait être réparé et testé à nouveau si nécessaire. Si l’air avait été utilisé, les résultats auraient ressemblé aux ruptures catastrophiques en vol à l’Elbe et à Naples.
Comet G-ALYU dans le réservoir d’eau pour les tests de pression. Le fuselage s’est rompu au niveau d’un coin de la fenêtre carrée de la trappe d’évacuation avant.
(View Large Photos)
G-ALYP, Elba, montrant les deux fenêtres ADF. Cette pièce
a été déterminée comme étant à l’origine de la dislocation en vol.
(View Large Photo)
«
Source : Centre d’imagerie interarmées des Forces canadiennes, numéro de référence PL-62095. Ministère de la Défense nationale.
Reproduite avec la permission du ministre des
Travaux publics et des Services gouvernementaux Canada, 2008.
G-ALYU avait subi 1 230 vols pressurisés avant les essais et 1 830 « vols » en réservoir avant que le fuselage ne se brise au coin d’une fenêtre carrée de la trappe d’évacuation avant. Cette défaillance a été la preuve cruciale nécessaire pour orienter l’enquête vers la fatigue. Un modèle réduit a ensuite été créé pour tester la théorie de la rupture par fatigue du fuselage à l’angle d’une fenêtre. Les résultats ont ensuite été reportés sur le site du crash près d’Elbe, et une nouvelle zone de recherche a été créée. Sur ce nouveau site, les fenêtres du radiogoniomètre automatique (ADF) de l’avion, également de forme carrée, ont été retrouvées en quelques heures. Les fenêtres de l’ADF se trouvent tout en haut du fuselage, juste devant les ailes. Ce morceau d’épave de l’Elba, contenant les deux fenêtres ADF et le matériau adjacent portait « l’empreinte indubitable de la fatigue », et a été déterminé comme étant la première fracture du crash de l’Elba.
G-ALYU a résisté à environ 3 060 « vols » pressurisés, que ce soit dans les airs ou dans le réservoir d’eau. L’avion d’Elbe avait effectué 1 290 vols pressurisés. L’avion de Naples a effectué 900 vols pressurisés. Tout cela semblait indiquer une durée de vie en fatigue bien inférieure aux 16 000 cycles réussis que de Havilland a testés.
Même au stade de la conception, de Havilland savait que le Comet serait une grande avancée technologique. Ils étaient en compétition pour être la première compagnie à offrir un service de jet pressurisé au public. Comme il y avait peu d’expérience dans la conception et la production d’avions de ligne pressurisés à l’époque du développement du Comet, de Havilland a mis l’accent sur les essais structurels. L’un des domaines où l’accent était mis était l’essai de pression du fuselage à des pressions plus élevées que la normale.
L’Organisation de l’aviation civile internationale (OACI) et les British Civil Aircraft Requirements (BCAR), les règlements applicables à tout avion civil de fabrication britannique de l’époque, exigeaient une pression de conception de 2P et un essai de preuve du fuselage jusqu’à 1,33P, où « P » est la différence de pression de travail, ou la pression attendue en vol normal. Pour le Comet, P était d’environ 8,25 livres par pouce carré (lbs/in2 ou psi). Ni l’OACI ni les autorités britanniques n’étaient encore pleinement conscientes de toutes les implications et de tous les effets du vol pressurisé, de sorte que de nombreuses réglementations sont restées les mêmes pour les avions pressurisés et non pressurisés, y compris les exigences en matière de fatigue.
De Havilland a largement dépassé les exigences dans son effort pour assurer la sécurité de son avion. Ils ont décidé de concevoir le fuselage pour qu’il résiste jusqu’à 2,5P, et de le soumettre à un test d’épreuve jusqu’à 2P, au lieu de seulement 1,33P. Un prototype de fuselage a été pressurisé entre 1P et 2P environ 30 fois, puis pressurisé à « plutôt plus de P » encore 2 000 fois. Ces deux tests avaient pour but de prouver que le fuselage était un récipient sous pression adéquat et de prouver son intégrité structurelle. Bien plus tard, au cours de l’été 1953, alors que les Comet volaient déjà, des réglementations ont commencé à être publiées, exigeant des tests de fatigue supplémentaires pour les fuselages pressurisés. En conséquence, de Havilland est retourné tester le même prototype de fuselage avec 16 000 cycles de pressurisation supplémentaires entre zéro et 1P pour vérifier sa durée de vie en fatigue. Le fuselage s’est finalement rompu à 16 000 cycles en raison de fissures de fatigue au coin d’une fenêtre carrée de la cabine. La durée de vie prévue du Comet n’était que de 10 000 cycles, donc les fissures à 16 000 n’étaient pas une préoccupation.
De Havilland Comet Prototype G-ALVG. Notez les fenêtres carrées des passagers.
Photo reproduite avec l’aimable autorisation de la British Airways Museum Collection – Utilisée avec permission.
Concentrations de contraintes aux coins des fenêtres
De Havilland a effectué de nombreux tests en pré-production pour prouver la sécurité du Comet : des tests de pression, aux tests de vol, aux tests de contraintes. Les nombreux tests d’épreuve du fuselage étaient considérés comme des preuves tangibles de la sécurité du Comet. Cette connaissance expérimentale acquise par des essais réels renforçait la confiance de Havilland dans ses analyses. Des calculs avaient été effectués pour une contrainte moyenne « dans le voisinage des coins », qui ont révélé que la contrainte était inférieure à la moitié de la résistance ultime du matériau. De Havilland ne considérait pas que de nouveaux calculs de contrainte étaient plus précis que ceux déjà effectués, et préférait se fier aux essais comme principale preuve de l’adéquation du Comet. Cependant, à la suite de la défaillance du G-ALYU dans le réservoir d’eau, de nouveaux essais ont révélé que les contraintes au niveau du hublot étaient nettement plus élevées que celles déterminées à l’origine. Les essais ont révélé des concentrations de contraintes élevées aux coins de la fenêtre.
Une concentration de contraintes est une zone très localisée de contraintes beaucoup plus élevées que la zone environnante. Les concentrations de contraintes étaient élevées spécifiquement en raison de la forme carrée des fenêtres et des cadres de fenêtres, ce qui est très différent des formes rondes/ovales des fenêtres des avions modernes. Avec les fenêtres modernes, la contrainte s’écoule librement autour des bords incurvés avec une accumulation minimale. Mais avec les fenêtres carrées des Comets, la contrainte ne peut pas s’écouler en douceur autour des coins abrupts. Cela crée des concentrations de contraintes.
Image fixe de l’animation d’analogie du trafic de Comet 1
Une animation décrivant les concentrations de contraintes associées aux fenêtres carrées est disponible au lien suivant : Voir l’animation d’analogie du trafic de Comet 1.
Bien que tout aéronef présente des niveaux variables de concentrations de contraintes, les coins de fenêtres squarish uniques du Comet ont entraîné des niveaux de contraintes particulièrement élevés. De Havilland a testé son prototype à 2P, soit deux fois la pression de fonctionnement prévue. La surcharge de pression, combinée aux niveaux de contrainte très élevés aux coins des fenêtres, a créé des niveaux de contrainte aux concentrations suffisamment importants pour modifier les caractéristiques des matériaux à ces endroits. Chaque fois que de Havilland a augmenté la charge de pression, les caractéristiques du matériau ont progressivement changé. Lorsque la charge maximale de 2P a été atteinte, ces endroits présentaient des caractéristiques matérielles fondamentalement différentes de celles d’un Comet de série. Le processus par lequel les caractéristiques du matériau ont changé est appelé travail à froid.
Propriétés du travail à froid du matériau
Le travail à froid n’est pas, en soi, un problème de sécurité. Les essais à 2P ont prouvé que le Comet pouvait résister à des charges de pression excessives. Le faux pas important a été la décision d’effectuer l’essai de fatigue sur le même fuselage prototype qui avait subi l’essai de pression et avait été travaillé à froid. Le fuselage prototype a résisté à 16 000 cycles avant de se rompre, en grande partie grâce aux caractéristiques fondamentalement différentes du matériau travaillé à froid aux coins des fenêtres. Ce changement de caractéristiques a en fait amélioré les propriétés de fatigue à ces endroits, ce qui aurait masqué la véritable vulnérabilité à la fatigue du Comet de production. Une animation décrivant comment les caractéristiques du matériau peuvent être modifiées par le travail à froid est disponible sur le lien suivant : Comet 1 S-N Diagram Animation.
Les Comet qui se sont écrasés à Calcutta, Elbe et Naples, et G-ALYU dans le réservoir d’eau, n’avaient pas subi de tests de preuve à 2P, ni aucun autre Comet de production. Ces cellules n’avaient pas le « bénéfice » de l’application de charges élevées pour améliorer leurs caractéristiques de fatigue. Par conséquent, les cycles de contrainte naturels des coins des hublots ont rapidement usé, ou fatigué, le matériau. La fatigue a eu un tel effet sur les fuselages de production jamais surchargés qu’au lieu d’une durée de vie en fatigue de 16 000 cycles, les Comet n’atteignaient qu’environ 1 000 cycles. À la fin de leur durée de vie en fatigue, le matériau usé se rompait de manière catastrophique, entraînant une rupture en vol.
Reconstruction de l’épave du fuselage d’Elba récupérée.
Source : Centre d’imagerie interarmées des Forces canadiennes, numéro de référence CAL-43-281-16, détail de la photo. Ministère de la Défense nationale. Reproduit avec l’autorisation du ministre des Travaux publics et des Services gouvernementaux du Canada, 2008.
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