Comet G-ALYV
Copyright Matthew Clarkson – Used with permission
飛行の歴史
カルカッタ
1953年5月2日。 英国製デハビランド・コメットの初飛行から1年後の1953年5月2日、G-ALYVはBOAC783便としてカルカッタ空港を出発し、デリーに向かいました。 空港から数マイル離れたところで激しい雷雨に遭遇。 パイロットも管制官もそのことを認識していましたが、暴風雨は飛行を制限するほど深刻ではないようでした。 さらに、機長は十分な資格を持ち、この路線での経験も豊富で、同様の気象条件での飛行経験もありました。 離陸からわずか6分後、7,500フィートまで上昇したところで無線通信が途絶えた。 同じ頃、地上の各所で「激しい雷雨の中を炎を上げて降りてくる航空機」を目撃し、その後、地上に墜落した。
インド中央政府が指揮した事故調査委員会は、カルカッタ付近での墜落の原因を「雷雨の中を飛行中の機体の構造破壊」と結論づけました。 暴風雨による激しい突風か、暴風雨のためにパイロットがコントロールしすぎたかの2つの可能性から、墜落するほどの過大なストレスが機体にかかったと判断した。 彼らは、残骸をより徹底的に分析して主な故障を特定することと、コメットの飛行特性を修正して操縦面に負荷がかかったときの「感触」をより良くすることを「検討すべき」と勧告しました。
Comet G-ALYP at Calcutta/Dum Dum
Copyright Matthew Clarkson – Used with permission
Elba
1954年1月10日。 1954年1月10日、コメットG-ALYPはBOAC781便としてローマのチャンピーノ空港を出発し、ロンドンに向かった。 飛行開始から約20分、高度27,000フィートに近づいたところで乗務員からの通信が途中で途絶え、「壊滅的な突然性」を伴う機体の故障を示しました。 イタリアのエルバ島では、機体が炎を上げて海に落ちていく様子が目撃されている。
墜落事故の調査は通常、事故が起きた国の政府や航空当局が行うが、エルバ島の調査は英国当局が行うことが決定した。 調査が始まるまでの間、デ・ハビランド社は「災害の原因として想像されるあらゆる可能性を網羅する」ための改造を行い、コメット機は地上に着陸した。 操縦面のフラッター、突風による一次構造の故障、操縦桿の飛行、爆発的な減圧、エンジンの火災、タービンブレードの故障、翼の疲労など、考えられるあらゆる故障原因に対応するための改造が行われた。 この時点では、胴体の疲労は原因として考えられておらず、それを補うための改造も行われていませんでした。
これらの改造が行われ、まだ残骸が回収されていない段階で、イギリスの運輸・民間航空大臣は「計画された改造の性質と程度…カルカッタの事故は完全に説明がつくが…この事故が、両事故に共通する可能性のある他の原因によるものである可能性を排除できない」と指摘しています。 2つの事故に共通する未知の原因は、大規模な改造計画の中で解決されたと考え、1954年3月23日、彗星の飛行は再開されました。
BOAC Comet G-ALYX at London, November, 1952
National Air and Space Museum, スミソニアン博物館
(SI 2002-2526)
ナポリ
そのわずか2週間後の1954年4月8日、彗星G-ALYYはBOACをチャーターした南アフリカ航空201便として、ローマのチャンピーノ空港を出発し、カイロに向かった。 飛行開始から約40分後、35,000フィートを超えて上昇していたところで、機体が壊滅的な空中分解を起こし、ナポリ近郊の海に墜落しました。
この墜落事故の直後、BOACはコメットの運航をすべて中止。
この事故の直後、BOACはコメットの運航をすべて停止し、すべてのコメット機から耐空証明書が取り外され、その後コメット機は無期限の着陸となりました。
ナポリの航空機は、約3,300フィートの深さまで沈んでいたため、ごくわずかな残骸しか回収できませんでした。
1年の間に起きた3つの事故の原因が、エルバ島の残骸の発見にかかっている可能性が出てきたため、残された残骸を回収する作業が再開された。 初めて水中テレビカメラが使われた。
Comet G-ALYU
Photo courtesy of John Heggblom, taken by J.C. ‘Connie’ Heggblom.
機体テスト
原因がはっきりしない中、調査団は既存の機体を使って本格的なテストを行うことにしました。G-ANAVでは非加圧飛行テスト、G-ALYUでは加圧テストを行いました。 圧力テストをより安全に行うために、胴体を包むように水槽を作った。 機体を水没させて水を入れ、さらに水を機内に送り込み、機体内の圧力が飛行時と同等の1Pになるまで水を入れます。 これを繰り返すことで、航空機の寿命までの何度もの飛行をシミュレートした。 空気ではなく水を使うことで、水は圧縮性の低い流体であるため、試験の安全性が高まり、必要に応じて機体を修理して再試験を行うことができる。
圧力テストのために水タンクに入ったコメットG-ALYU。
G-ALYP, Elba, showing the two ADF windows. この作品は
飛行中の破損の原因と判断されました。
(大きな写真を見る)
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出典：Canadian Forces Joint Imagery Centre: Canadian Forces Joint Imagery Centre, Reference number PL-62095.
G-ALYUはテスト前に1,230回の加圧飛行を行い、さらに1,830回の戦車による「飛行」を経て、機体は前方の四角い脱出ハッチの窓の角で破損しました。 この故障は、調査の方向性を疲労に向けるための重要な証拠となった。 次に、窓の角で胴体が疲労破壊するという理論を検証するために、スケールモデルを作成しました。 そして、その結果をエルバ島付近の墜落現場にマッピングし、新たな捜索範囲を設定した。 この新しい場所では、数時間以内に航空機のADF（自動方向探知機）の窓が回収されました。 ADFの窓は、胴体の一番上、翼のすぐ前にある。
G-ALYUは、空中でも水タンクの中でも、約3060回の加圧された「フライト」に耐えました。 エルバ島の機体は1,290回の加圧飛行を経験。 ナポリの機体は900回の加圧飛行を行った。
設計段階でも、デ・ハビランドはコメットが大きな技術的進歩をもたらすことを知っていた。 デ・ハビランドは設計段階から、コメットが大きな技術的進歩になることを認識していた。 デ・ハビランドは、コメットの開発当時、与圧式民間旅客機の設計・製造の経験がほとんどなかったため、構造試験に特に力を入れた。
国際民間航空機関（ICAO）と英国民間航空機要件（BCARs）は、当時の英国製民間航空機に適用される規則で、設計圧力は2P、胴体のプルーフテストは1.33Pまでと定めていた。 コメットの場合、Pは約8.25ポンド/平方インチ（lbs/in2またはpsi）であった。
デ・ハビランドは、航空機の安全性を確保するために、この要求を大幅に上回っていた。
デ・ハビランドは航空機の安全性を確保するために、要求を大幅に上回り、1.33Pではなく、2.5Pまで耐えられるように機体を設計し、2Pまでのプルーフテストを行うことにしたのである。 試作した機体を1Pと2Pの間で約30回加圧した後、さらにPを超える圧力で2000回加圧した。 この2つのテストは、機体が適切な圧力容器であることを証明するとともに、構造上の完全性を証明するものであった。 その後、1953年の夏、コメットがすでに飛行を開始した後、加圧された胴体のさらなる疲労試験を要求する規制が発表され始めた。 その結果、デ・ハビランドは同じ試作機の胴体を、ゼロから1Pの間でさらに16,000回の加圧テストを行い、その疲労寿命を検証した。 胴体は16,000サイクルで最終的に破損したが、その原因は四角いキャビンウィンドウの角に生じた疲労亀裂であった。
De Havilland Comet Prototype G-ALVG。 角張った客席の窓に注目。
写真提供：British Airways Museum Collection – Used with permission.
Stress Concentrations at Window Corners
デ・ハビランドはコメットの安全性を証明するために、プレプロダクションで圧力テスト、飛行テスト、ストレステストなど多くのテストを行いました。 圧力テスト、飛行テスト、ストレステストなど、量産前に安全性を証明するための多くのテストが行われた。 このように、実際のテストで得られた経験的な知識は、デハビランドの分析に対する自信を高めた。 コーナー付近」の平均応力を計算したところ、材料の極限強度の半分以下であった。 デ・ハビランドは、これ以上の応力計算がすでに行われたものよりも正確であるとは考えず、コメットの妥当性を示す主な証拠としてテストに頼ることを好んだのである。 しかし、G-ALYUが水タンクで故障した後、さらにテストを行ったところ、窓の応力が当初の計算よりもかなり高いことが判明した。
応力集中とは、非常に局所的な部分で周囲よりもはるかに高い応力が発生することです。
応力集中とは、周囲に比べて非常に局所的に高い応力が発生している状態のことです。特に、窓や窓枠が四角い形状をしていたため、応力集中が高かったのです。 最近の飛行機の窓は、円形や楕円形ではなく、曲面に沿って応力が流れ、蓄積されることはほとんどありません。 しかし、コメットの四角い窓では、急な角に応力がスムーズに流れないため、応力集中が発生します。
Still image from Comet 1 Traffic Analogy Animation
四角い窓に伴う応力集中を説明したアニメーションは、以下のリンクからご覧いただけます。 コメット1号のトラフィック・アナロジー・アニメーションを見る。
どのような航空機でもストレスの集中度は様々ですが、彗星のユニークな四角い窓の角は特に高いストレスレベルをもたらしました。 デ・ハビランドは試作機を、想定される使用圧力の2倍である2Pでテストした。 この圧力超過と、窓のコーナー部分の非常に高い応力レベルが相まって、この部分の材料特性を変化させるのに十分な応力レベルが集中していました。 デ・ハビランドは圧力負荷を上げるたびに、材料の特性を徐々に変化させていった。 最高荷重である2Pに達した時点で、これらの部位の材料特性は量産型のコメットとは根本的に異なるものとなった。
材料の冷間加工特性
冷間加工すること自体は安全上問題ありません。 2Pまでのテストでは、Cometが過度の圧力負荷に耐えられることが証明されました。 大きな間違いは、圧力試験を受けて冷間加工された試作機体と同じものを使って疲労試験を行うことにしたことです。 この試作機は破損するまで16,000サイクルに耐えましたが、これは窓のコーナー部分の冷間加工材の材料特性が根本的に異なっていたことが大きな要因でした。 この特性の変化は、実際にこれらの場所の疲労特性を向上させ、量産型Cometの真の疲労脆弱性を覆い隠してしまうことになりました。 冷間加工によって材料特性がどのように変化するかを説明したアニメーションは、以下のリンクからご覧いただけます。
カルカッタ、エルバ、ナポリで墜落したコメットや、水槽に落ちたG-ALYUは、2Pの実証試験を受けていませんでしたし、他の生産コメットも同様です。 これらの機体には、高負荷をかけて疲労特性を改善するという「メリット」がなかったのである。 その結果、ウィンドウコーナーの自然な応力のサイクルによって、材料はすぐに摩耗、つまり疲労してしまったのです。 過剰な負荷がかかっていない量産機の機体では、この疲労が非常に大きな影響を及ぼし、16,000サイクルの疲労寿命ではなく、コメットでは約1,000サイクルにしか達しませんでした。 疲労寿命の終わりには、摩耗した材料が壊滅的に破裂し、機内でのブレークアップにつながったのです。
Source: Canadian Forces Joint Imagery Centre, Reference number CAL-43-281-16, 写真の詳細。 国防省。 2008年、カナダ公共事業・政府サービス省大臣の許可を得て複製。
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