Comet G-ALYV
Copyright Matthew Clarkson – Used with permission
Storia dei voli
Calcutta
Il 2 maggio, 1953, un anno dopo il volo inaugurale del de Havilland Comet di fabbricazione britannica, l’aereo G-ALYV partì dall’aeroporto di Calcutta per Delhi come volo BOAC 783. A poche miglia dall’aeroporto, il volo incontrò un forte temporale. Mentre il pilota e il controllo del traffico aereo erano entrambi consapevoli, la tempesta non sembrava abbastanza grave da limitare il volo attraverso di essa. Inoltre, il capitano era ben qualificato, aveva una notevole esperienza su questa rotta e aveva esperienza in condizioni meteorologiche simili. Appena sei minuti dopo il decollo, mentre saliva a 7.500 piedi, si perse la comunicazione radio. Più o meno in questo stesso momento, testimoni in varie località a terra videro “un aereo scendere in una vampata di fuoco attraverso un forte temporale e pioggia” e poi schiantarsi al suolo. Tutti i 37 passeggeri e sei membri dell’equipaggio rimasero uccisi.
L’inchiesta sull’incidente, diretta dal governo centrale dell’India, concluse che lo schianto vicino a Calcutta fu dovuto a “un cedimento strutturale della cellula durante il volo attraverso una tempesta di tuoni”. Determinarono che una delle due possibilità aveva causato una sovrasollecitazione dell’aereo sufficiente a farlo schiantare: o forti raffiche dalla tempesta, o un controllo eccessivo da parte del pilota a causa della tempesta. Raccomandarono che il relitto fosse analizzato più accuratamente per determinare il guasto primario, e che “si dovesse prendere in considerazione” di modificare le caratteristiche di volo del Comet per dargli più “sensibilità” quando i carichi sono applicati alle superfici di controllo.
Comet G-ALYP a Calcutta/Dum Dum
Copyright Matthew Clarkson – Used with permission
Elba
Il 10 gennaio, 1954, la Comet G-ALYP partì dall’aeroporto di Ciampino, Roma per Londra come volo BOAC 781. Dopo circa 20 minuti di volo, mentre si avvicinava a 27.000 piedi, la trasmissione dall’equipaggio cessò a metà frase, indicando un guasto dell’aereo con “un’improvvisa catastrofe”. Testimoni sull’isola d’Elba, in Italia, hanno visto l’aereo cadere in mare in fiamme. Tutti i 29 passeggeri e i sei membri dell’equipaggio rimasero uccisi.
Mentre un’indagine sull’incidente è normalmente condotta dal governo o dall’autorità aeronautica del paese in cui è avvenuto l’incidente, fu stabilito che le autorità britanniche avrebbero diretto l’indagine sull’Elba. La flotta Comet rimase a terra mentre iniziavano le indagini e mentre de Havilland faceva modifiche “per coprire ogni possibilità che l’immaginazione ha suggerito come probabile causa del disastro”. Queste modifiche furono apportate per affrontare ogni possibile causa di guasto, tra cui il flutter delle superfici di controllo, il cedimento strutturale primario dovuto alle raffiche, i controlli volanti, la decompressione esplosiva, l’incendio del motore, la rottura di una pala della turbina e la fatica dell’ala. La fatica della fusoliera non è stata considerata come causa in questo momento, né è stata fatta una modifica per compensarla.
Mentre queste modifiche venivano fatte, e mentre i rottami venivano ancora recuperati, il ministro britannico dei trasporti e dell’aviazione civile notò “la natura e l’estensione delle modifiche pianificate… e mentre il disastro di Calcutta è completamente spiegato… non possiamo escludere che l’incidente possa essere stato dovuto a qualche altra causa che forse era comune ad entrambi i disastri”. Credendo che la causa sconosciuta dei possibili due incidenti fosse stata risolta durante il massiccio progetto di modifica, il volo della Comet fu ripreso il 23 marzo 1954.
BOAC Comet G-ALYX a Londra, novembre 1952
National Air and Space Museum, Smithsonian Institution
(SI 2002-2526)
Napoli
Poco più di due settimane dopo, l’8 aprile 1954, la Comet G-ALYY partì dall’aeroporto di Ciampino, Roma, per il Cairo, con il volo South African Airlines 201, noleggiato tramite la BOAC. Dopo circa 40 minuti di volo, mentre saliva a 35.000 piedi, l’aereo ebbe una catastrofica rottura in volo e si schiantò in mare vicino a Napoli. Tutti i 14 passeggeri e sette membri dell’equipaggio rimasero uccisi.
Immediatamente dopo questo incidente, BOAC sospese tutti i voli Comet. Il certificato di aeronavigabilità fu rimosso da tutti gli aerei Comet e la flotta fu messa a terra a tempo indeterminato. Ci vollero quattro anni prima che il Comet tornasse a condurre voli commerciali – questa volta come Comet 4.
Sono stati recuperati pochissimi rottami dell’aereo di Napoli a causa della grande profondità a cui era affondato – circa 3.300 piedi. Da ciò che fu possibile recuperare, si concluse che non c’erano incongruenze con “l’opinione che l’incidente a Yoke Yoke fosse attribuibile alla stessa causa dell’incidente a Yoke Peter.”
Ora, con la causa di tre incidenti nell’arco di un anno che potrebbe dipendere dai risultati del relitto dell’Elba, gli sforzi per recuperare i pezzi rimanenti furono rinnovati. Per la prima volta furono usate telecamere subacquee. Alla fine di agosto 1954, il 70% dell’incidente dell’Elba era stato recuperato.
Comet G-ALYU
Foto per gentile concessione di John Heggblom, scattata da J.C. ‘Connie’ Heggblom.
Test della fusoliera
Non essendoci ancora una causa definitiva, gli investigatori decisero di fare dei test in scala reale sulle fusoliere esistenti: test di volo non pressurizzati sul G-ANAV e test a pressione sul G-ALYU. Per condurre i test di pressione in un modo più sicuro, fu costruito un serbatoio d’acqua che racchiudeva la fusoliera. La fusoliera è stata immersa e riempita d’acqua, e poi è stata pompata ulteriore acqua nella cabina fino a quando la pressione all’interno della fusoliera ha raggiunto 1P, l’equivalente del volo. Questo è stato poi ciclato per simulare molti voli durante la vita di un aereo. Usando l’acqua invece dell’aria, essendo l’acqua un fluido molto meno comprimibile, il test sarebbe stato molto più sicuro e la fusoliera avrebbe potuto essere riparata e ritestata se necessario. Se fosse stata usata l’aria, i risultati sarebbero stati simili alle catastrofiche rotture in volo all’Elba e a Napoli.
Comet G-ALYU nel serbatoio dell’acqua per le prove di pressione. La fusoliera ha ceduto in un angolo della finestra squadrata del portello di fuga anteriore.
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G-ALYP, Elba, che mostra le due finestre ADF. Questo pezzo
è stato determinato essere l’origine della rottura in volo.
(View Large Photo)
“
Fonte: Canadian Forces Joint Imagery Centre, numero di riferimento PL-62095. Dipartimento della Difesa Nazionale.
Riprodotto con il permesso del Ministro dei
Lavori Pubblici e Servizi Governativi Canada, 2008.
G-ALYU era stato sottoposto a 1.230 voli pressurizzati prima dei test e 1.830 “voli” con serbatoio prima che la fusoliera si guastasse all’angolo di una finestra squadrata del portello di fuga anteriore. Questo cedimento fu la prova cruciale necessaria per indirizzare la direzione dell’indagine verso la fatica. Fu quindi creato un modello in scala per testare la teoria del cedimento per fatica della fusoliera all’angolo della finestra. I risultati furono poi mappati sul luogo dell’incidente vicino all’Elba, e fu creata una nuova area di ricerca. In questa nuova posizione, i finestrini dell’Automatic Direction Finder (ADF) dell’aereo, anch’essi squadrati, sono stati recuperati in poche ore. I finestrini ADF si trovano sulla parte superiore della fusoliera, appena davanti alle ali. Questo pezzo di rottame dell’Elba, contenente le due finestre ADF e il materiale adiacente portava “l’impronta inconfondibile della fatica”, ed è stato determinato per essere la prima frattura dello schianto dell’Elba.
G-ALYU ha resistito a circa 3.060 “voli” pressurizzati, sia in aria che nel serbatoio dell’acqua. L’aereo dell’Elba aveva fatto 1.290 voli pressurizzati. L’aereo di Napoli fece 900 voli pressurizzati. Tutti questi sembravano indicare una vita a fatica molto più bassa dei 16.000 cicli di successo testati da de Havilland.
Anche nella fase di progettazione, de Havilland sapeva che il Comet sarebbe stato un grande progresso tecnologico. Erano in competizione per essere la prima compagnia ad offrire al pubblico un servizio di jet pressurizzato. Dal momento che c’era poca esperienza nella progettazione e produzione di aerei di linea commerciali pressurizzati al momento dello sviluppo del Comet, deHavilland ha posto particolare enfasi sui test strutturali. Un’area di particolare enfasi riguardava il test di pressione della fusoliera a pressioni più alte del normale.
Sia la International Civil Aviation Organization (ICAO) che i British Civil Aircraft Requirements (BCARs), i regolamenti applicabili a qualsiasi aereo civile di fabbricazione britannica dell’epoca, richiedevano una pressione di progetto di 2P e un test di prova della fusoliera fino a 1,33P, dove “P” è la differenza di pressione di esercizio, o la pressione prevista in volo normale. Per il Comet, P era circa 8,25 libbre per pollice quadrato (lbs/in2 o psi). Né l’ICAO né le autorità britanniche erano ancora pienamente consapevoli di tutte le implicazioni e gli effetti del volo pressurizzato, quindi molti regolamenti rimasero gli stessi per gli aerei pressurizzati e non pressurizzati, compresi i requisiti di fatica.
De Havilland superò significativamente i requisiti nel loro sforzo di garantire la sicurezza dei loro aerei. Decisero di progettare la fusoliera per resistere fino a 2,5P e di testarla fino a 2P, invece che solo 1,33P. Un prototipo di fusoliera fu pressurizzato tra 1P e 2P circa 30 volte, e poi pressurizzato a “piuttosto oltre P” altre 2.000 volte. Questi due test dovevano provare che la fusoliera era un recipiente a pressione adeguato, così come provare la sua integrità strutturale. Molto più tardi, nell’estate del 1953, dopo che i Comet stavano già volando, cominciarono ad essere pubblicati dei regolamenti che richiedevano ulteriori prove di fatica per le fusoliere pressurizzate. Di conseguenza, de Havilland tornò indietro e testò lo stesso prototipo di fusoliera con altri 16.000 cicli di pressurizzazione tra zero e 1P per verificarne la vita a fatica. La fusoliera alla fine fallì a 16.000 cicli a causa di crepe per fatica all’angolo di una finestra quadrata della cabina. La vita attesa del Comet era di soli 10.000 cicli, quindi le crepe a 16.000 non erano una preoccupazione.
De Havilland Comet Prototipo G-ALVG. Notare i finestrini passeggeri squadrati.
Foto per gentile concessione del British Airways Museum Collection – Utilizzata con il permesso di farlo.
Concentrazioni di stress agli angoli dei finestrini
De Havilland eseguì molti test nella pre-produzione per provare la sicurezza del Comet: dalle prove di pressione, alle prove di volo, alle prove di stress. I numerosi test di prova della fusoliera erano ritenuti una prova concreta della sicurezza del Comet. Questa conoscenza esperienziale acquisita dai test reali rafforzava la fiducia di de Havilland nelle loro analisi. Erano stati fatti dei calcoli per una sollecitazione media “nelle vicinanze degli angoli” che trovavano la sollecitazione a meno della metà della resistenza ultima del materiale. De Havilland non riteneva che ulteriori calcoli delle sollecitazioni fossero più accurati di quelli già fatti, e preferiva affidarsi ai test come prova principale dell’adeguatezza del Comet. In seguito al fallimento del G-ALYU nel serbatoio dell’acqua, tuttavia, ulteriori prove hanno rivelato che lo stress alla finestra era significativamente più alto di quello originariamente determinato. Il test ha trovato alte concentrazioni di stress agli angoli della finestra.
Una concentrazione di stress è un’area molto localizzata di stress molto più alto rispetto all’area circostante. Le concentrazioni di stress erano alte proprio a causa della forma squadrata delle finestre e dei telai delle finestre, che è molto diversa dalle forme rotonde/ovali delle finestre degli aerei moderni. Con i finestrini moderni, lo stress scorre liberamente intorno ai bordi curvi con un accumulo minimo. Ma con i finestrini squadrati dei Comet, lo stress non può fluire agevolmente intorno agli angoli bruschi. Questo crea concentrazioni di stress.
Immagine fissa dall’animazione Comet 1 Traffic Analogy
Un’animazione che descrive le concentrazioni di stress associate alle finestre squadrate è disponibile al seguente link: View Comet 1 Traffic Analogy Animation.
Anche se ogni aereo avrà vari livelli di concentrazioni di stress, gli angoli squadrati dei finestrini del Comet hanno portato a livelli di stress particolarmente alti. De Havilland ha testato il suo prototipo a 2P, il doppio della pressione operativa prevista. Il sovraccarico di pressione combinato con i livelli di stress molto elevati agli angoli dei finestrini, ha creato livelli di stress nelle concentrazioni abbastanza grandi da cambiare le caratteristiche del materiale in questi punti. Ogni volta che de Havilland aumentava il carico di pressione, le caratteristiche del materiale cambiavano progressivamente. Al raggiungimento del carico massimo di 2P, queste posizioni avevano caratteristiche del materiale fondamentalmente diverse da quelle di un Comet di produzione. Il processo attraverso il quale le caratteristiche del materiale sono cambiate è chiamato lavorazione a freddo.
Proprietà del materiale lavorato a freddo
La lavorazione a freddo non è, di per sé, un problema di sicurezza. I test a 2P hanno dimostrato che il Comet poteva resistere a carichi di pressione eccessivi. Il passo falso significativo è stata la decisione di eseguire il test di fatica sullo stesso prototipo di fusoliera che aveva subito il test di pressione ed era stato lavorato a freddo. La fusoliera prototipo ha resistito a 16.000 cicli prima del cedimento, dovuto in gran parte alle caratteristiche fondamentalmente diverse del materiale lavorato a freddo agli angoli delle finestre. Questo cambiamento di caratteristiche ha effettivamente migliorato le proprietà di fatica in questi punti, che avrebbero mascherato la vera vulnerabilità alla fatica del Comet di produzione. Un’animazione che descrive come le caratteristiche del materiale possono essere cambiate attraverso la lavorazione a freddo è disponibile al seguente link: Comet 1 S-N Diagram Animation.
I Comet che si sono schiantati a Calcutta, Elba e Napoli, e il G-ALYU nel serbatoio dell’acqua, non erano stati sottoposti a prove di collaudo a 2P, né alcun altro Comet di produzione. Queste cellule non avevano il “beneficio” dell’applicazione di carichi elevati per migliorare le loro caratteristiche di fatica. Di conseguenza, i cicli naturali di stress degli angoli delle finestre avrebbero rapidamente consumato, o affaticato, il materiale. La fatica aveva un effetto così grande sulle fusoliere di produzione mai sovraccaricate che invece di 16.000 cicli di vita a fatica, i Comet raggiungevano solo circa 1.000 cicli. Alla fine della loro vita a fatica, il materiale usurato si rompeva catastroficamente, con conseguente rottura in volo.
Ricostruzione del relitto della fusoliera dell’Elba recuperato.
Fonte: Canadian Forces Joint Imagery Centre, numero di riferimento CAL-43-281-16, dettaglio della foto. Dipartimento della difesa nazionale. Riprodotto con il permesso del Ministro dei lavori pubblici e dei servizi governativi del Canada, 2008.
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