Comet G-ALYVComet G-ALYV
Copyright Matthew Clarkson – Gebruikt met toestemming
Geschiedenis van de vluchten
Calcutta
Op 2 mei, 1953, één jaar op de dag na de eerste vlucht van de Britse de Havilland Comet, vertrok vliegtuig G-ALYV van Calcutta Airport naar Delhi als BOAC Flight 783. Een paar mijl buiten de luchthaven, kreeg de vlucht te maken met een hevig onweer. Hoewel zowel de piloot als de luchtverkeersleiding ervan op de hoogte waren, leek de storm niet hevig genoeg om de vlucht er doorheen te beperken. Bovendien was de gezagvoerder goed opgeleid, had hij aanzienlijke ervaring op deze route en had hij ervaring in soortgelijke weersomstandigheden. Slechts zes minuten na het opstijgen, tijdens het klimmen naar 7.500 voet, viel de radiocommunicatie weg. Rond diezelfde tijd zagen getuigen op verschillende plaatsen op de grond “een vliegtuig in een vuurzee door hevig onweer en regen naar beneden komen” en vervolgens op de grond neerstorten. Alle 37 passagiers en zes bemanningsleden kwamen om het leven.
Het onderzoek naar het ongeluk, geleid door de Centrale Regering van India, concludeerde dat het neerstorten nabij Calcutta te wijten was aan een “structureel falen van het casco tijdens de vlucht door een onweersbui.” Zij stelden vast dat een van de twee mogelijkheden de oorzaak was van een zodanige overbelasting van het vliegtuig dat het neerstortte: ofwel hevige windvlagen door de storm, ofwel overcontrole door de piloot als gevolg van de storm. Zij adviseerden dat het wrak grondiger zou worden geanalyseerd om het primaire falen te bepalen, en dat “overwogen zou moeten worden” om de vliegeigenschappen van de Comet aan te passen om het meer “gevoel” te geven wanneer belastingen worden uitgeoefend op de stuurvlakken.
Comet G-ALYP bij Calcutta/Dum Dum
Copyright Matthew Clarkson – Gebruikt met toestemming
Elba
Op 10 januari jl, 1954, vertrok Comet G-ALYP van Ciampino Airport, Rome naar Londen als BOAC vlucht 781. Ongeveer 20 minuten tijdens de vlucht, toen het vliegtuig de 27.000 voet naderde, stopte de communicatie van de bemanning halverwege de zin, wat duidde op een storing in het vliegtuig met “catastrofale plotselingheid”. Getuigen op het eiland Elba, Italië, zagen het vliegtuig in vlammen in zee vallen. Alle 29 passagiers en zes bemanningsleden kwamen om het leven.
Terwijl een crashonderzoek normaal gesproken wordt uitgevoerd door de regering of luchtvaartautoriteit in het land van de crash, werd bepaald dat de Britse autoriteiten het Elba-onderzoek zouden leiden. De vloot van de Comet werd aan de grond gehouden terwijl het onderzoek begon en terwijl de Havilland modificaties aanbracht “om elke mogelijkheid te dekken die door de verbeelding als waarschijnlijke oorzaak van de ramp werd gesuggereerd”. Deze modificaties werden gemaakt om elke mogelijke oorzaak van het falen aan te pakken, inclusief flutter van de stuurvlakken, primaire structurele defecten als gevolg van rukwinden, vliegende besturing, explosieve decompressie, motorbrand, falen van een turbineblad, en vermoeidheid van de vleugel. Vermoeiing van de romp werd op dat moment niet als oorzaak beschouwd, en er werd ook geen modificatie aangebracht om dit te compenseren.
Terwijl deze modificaties werden doorgevoerd, en terwijl de wrakstukken nog werden geborgen, merkte de Britse minister van Transport en Burgerluchtvaart op “dat de aard en omvang van de geplande modificaties… en hoewel de ramp in Calcutta volledig is verantwoord… kunnen we niet uitsluiten dat het ongeluk te wijten is aan een andere oorzaak die mogelijk bij beide rampen voorkwam.” In de overtuiging dat de onbekende oorzaak van mogelijk twee ongelukken was verholpen tijdens het enorme modificatieproject, werd de vlucht van de Comet op 23 maart 1954 hervat.
BOAC Comet G-ALYX te Londen, november, 1952
National Air and Space Museum, Smithsonian Institution
(SI 2002-2526)
Napels
Iets meer dan twee weken later, op 8 april 1954, vertrok Comet G-ALYY van Ciampino Airport, Rome naar Caïro, als vlucht 201 van South African Airlines, gecharterd via BOAC. Ongeveer 40 minuten na de vlucht, tijdens het klimmen tot 35.000 voet, kreeg het vliegtuig een catastrofale breuk tijdens de vlucht en stortte neer in de zee nabij Napels. Alle 14 passagiers en zeven bemanningsleden kwamen om het leven.
Onmiddellijk na deze crash schortte BOAC alle Comet-vluchten op. Het Airworthiness Certificate werd van alle Comet vliegtuigen ingetrokken en de vloot werd vervolgens voor onbepaalde tijd aan de grond gehouden. Het zou vier jaar duren voordat de Comet weer commerciële vluchten uitvoerde – deze keer als de Comet 4.
Verreemd weinig wrakstukken van het Napels toestel konden worden geborgen vanwege de grote diepte tot waar het was gezonken – ongeveer 3.300 voet. Van wat kon worden geborgen, werd geconcludeerd dat er geen tegenstrijdigheden waren met “de opvatting dat het ongeval met Yoke Yoke te wijten was aan dezelfde oorzaak als het ongeval met Yoke Peter.”
Nu, met de oorzaak van drie ongevallen in een tijdsbestek van een jaar allemaal mogelijk afhankelijk van de bevindingen van het Elba-wrak, werden de inspanningen om de resterende stukken te bergen hervat. Voor het eerst werden onderwater televisiecamera’s gebruikt. Eind augustus 1954 was 70% van het Elba-ongeluk geborgen.
Comet G-ALYU
Foto met dank aan John Heggblom, gemaakt door J.C. ‘Connie’ Heggblom.
Fuselage Testing
Met nog steeds geen definitieve oorzaak, besloten de onderzoekers full-scale tests te doen op bestaande rompen: drukloze vliegtests op G-ANAV en druktests op G-ALYU. Om de druktests op een veiliger manier uit te voeren, werd een watertank gebouwd om de romp te omhullen. De romp werd ondergedompeld en gevuld met water, en vervolgens werd extra water in de cabine gepompt totdat de druk in de romp 1P bereikte, het equivalent van een vlucht. Dit werd vervolgens herhaald om vele vluchten gedurende de levensduur van een vliegtuig te simuleren. Door water te gebruiken in plaats van lucht, omdat water een veel minder samendrukbare vloeistof is, zou de test veel veiliger zijn en zou de romp kunnen worden gerepareerd en opnieuw getest indien nodig. Als lucht was gebruikt, zouden de resultaten hebben geleken op de catastrofale breuken tijdens de vlucht bij Elba en Napels.
Comet G-ALYU in de watertank voor druktests. De romp begaf het bij een hoek van het vierkante voorste ontsnappingsluikraam.
(Bekijk grote foto’s)
G-ALYP, Elba, waarop de twee ADF-ramen te zien zijn. Van dit stuk
werd vastgesteld dat het de oorzaak was van de breuk tijdens de vlucht.
(Bekijk grote foto)
“
Bron: Canadian Forces Joint Imagery Centre, referentienummer PL-62095. Department of National Defence.
Geproduceerd met toestemming van de minister van Openbare Werken en Overheidsdiensten Canada, 2008.
G-ALYU had 1.230 vluchten onder druk ondergaan voordat hij werd getest en 1.830 tank “vluchten” voordat de romp het begaf op de hoek van een vierkant voorste ontsnappingsluikraam. Deze breuk was het cruciale bewijs dat nodig was om het onderzoek in de richting van vermoeidheid te sturen. Vervolgens werd een schaalmodel gemaakt om de theorie van de vermoeiingsbreuk van de romp op de hoek van een raam te testen. De resultaten werden vervolgens in kaart gebracht op de plaats van de crash bij Elba, en een nieuw zoekgebied werd gecreëerd. Op deze nieuwe locatie werden de ADF-ramen (Automatic Direction Finder) van het vliegtuig, die ook vierkant waren, binnen enkele uren teruggevonden. De ADF ramen zitten helemaal boven op de romp, net voor de vleugels. Dit stuk Elba wrak, met daarin de twee ADF ramen en aangrenzend materiaal droeg de “onmiskenbare vingerafdruk van vermoeidheid,” en werd vastgesteld als de eerste breuk van de Elba crash.
G-ALYU doorstond ongeveer 3.060 “vluchten” onder druk, hetzij in de lucht of in de watertank. Het Elba vliegtuig had 1.290 vluchten onder druk doorstaan. Het toestel uit Napels maakte 900 vluchten onder druk. Dit alles leek te duiden op een veel lagere vermoeiingslevensduur dan de 16.000 succesvolle cycli die de Havilland had getest.
Zelfs in het ontwerpstadium wist de Havilland dat de Comet een grote technologische vooruitgang zou zijn. Ze concurreerden om het eerste bedrijf te zijn dat straalvliegtuigen onder druk aan het publiek zou aanbieden. Aangezien er ten tijde van de ontwikkeling van de Comet weinig ervaring was met het ontwerpen en produceren van commerciële vliegtuigen met drukcabine, legde deHavilland de nadruk op het testen van de constructie. Een van de speciale aandachtspunten betrof het testen van de romp onder hogere druk dan normaal.
Zowel de International Civil Aviation Organization (ICAO) als de British Civil Aircraft Requirements (BCARs), de toepasselijke voorschriften voor alle in die tijd in Groot-Brittannië gemaakte burgerluchtvaartuigen, vereisten een ontwerpdruk van 2P en een beproeving van de romp tot 1,33P, waarbij “P” het werkdrukverschil is, of de druk die bij een normale vlucht wordt verwacht. Voor de Comet bedroeg P ongeveer 8,25 pond per vierkante inch (lbs/in2 of psi). Noch de ICAO, noch de Britse autoriteiten waren zich volledig bewust van alle implicaties en effecten van het vliegen onder druk, dus veel voorschriften bleven hetzelfde voor vliegtuigen met en zonder druk, inclusief de vermoeidheidsvoorschriften.
De Havilland ging aanzienlijk verder dan de voorschriften in hun poging om de veiligheid van hun vliegtuigen te waarborgen. Zij besloten de romp zo te ontwerpen dat deze tot 2,5P kon weerstaan, en de test tot 2P uit te voeren, in plaats van slechts 1,33P. Een prototype van de romp werd ongeveer 30 keer onder druk gezet tussen 1P en 2P, en daarna nog eens 2.000 keer tot “iets boven P”. Deze twee proeven moesten aantonen dat de romp een adequaat drukvat was en tevens de structurele integriteit ervan bewijzen. Veel later, in de zomer van 1953, toen de Comets al vlogen, werden er voorschriften gepubliceerd die verdere vermoeiingstesten voor rompen onder druk voorschreven. Daarom ging de Havilland terug en testte hetzelfde prototype romp met nog eens 16.000 drukcycli tussen nul en 1P om de vermoeiingslevensduur te verifiëren. De romp begaf het uiteindelijk bij 16.000 drukwisselingen als gevolg van vermoeiingsscheuren in de hoek van een vierkant cabineraam. De verwachte levensduur van de Comet was slechts 10.000 cycli, dus scheuren bij 16.000 waren geen punt van zorg.
De Havilland Comet Prototype G-ALVG. Let op de vierkante passagiersramen.
Foto met dank aan British Airways Museum Collection – gebruikt met toestemming.
Stress Concentrations at Window Corners
De Havilland voerde in de preproductie vele tests uit om de veiligheid van de Comet te bewijzen: van druktests, tot vliegproeven, tot stresstests. De uitgebreide tests van de romp werden beschouwd als een hard bewijs dat de Comet veilig was. Deze ervaringskennis, opgedaan door feitelijke testen, versterkte de Havilland’s vertrouwen in hun analyses. Er waren berekeningen gemaakt voor een gemiddelde spanning “in de buurt van de hoeken” waaruit bleek dat de spanning minder dan de helft van de uiterste sterkte van het materiaal was. De Havilland achtte verdere spanningsberekeningen niet nauwkeuriger dan de reeds uitgevoerde, en gaf er de voorkeur aan te vertrouwen op testen als het voornaamste bewijs voor de geschiktheid van de Comet. Na het falen van G-ALYU in de watertank bleek echter uit meer tests dat de spanning bij het raam aanzienlijk hoger was dan oorspronkelijk was vastgesteld. Bij de tests werden hoge spanningsconcentraties aangetroffen op de hoeken van het raam.
Een spanningsconcentratie is een zeer gelokaliseerd gebied met een veel hogere spanning dan het omringende gebied. De spanningsconcentraties waren specifiek hoog vanwege de vierkante vorm van de ramen en de raamkozijnen, die sterk afwijkt van de ronde/ovale vormen van moderne vliegtuigramen. Bij moderne ramen vloeit de spanning vrij rond de gebogen randen met minimale ophoping. Maar bij de vierkante ramen van de Comets, kan de spanning niet soepel rond de abrupte hoeken vloeien. Hierdoor ontstaan spanningsconcentraties.
Still image from Comet 1 Traffic Analogy Animation
Een animatie die de spanningsconcentraties beschrijft die gepaard gaan met de vierkante ramen is beschikbaar op de volgende link: View Comet 1 Traffic Analogy Animation.
Hoewel elk vliegtuig variërende niveaus van spanningsconcentraties zal hebben, resulteerden de unieke vierkante raamhoeken van de Comet in bijzonder hoge spanningsniveaus. De Havilland testte hun prototype tot 2P, twee keer de verwachte werkdruk. De overbelasting van de druk in combinatie met de zeer hoge spanningsniveaus op de raamhoeken creëerde spanningsniveaus op de concentraties die groot genoeg waren om de materiaaleigenschappen op deze plaatsen te veranderen. Telkens wanneer de Havilland de drukbelasting verhoogde, veranderden de materiaaleigenschappen geleidelijk. Bij het bereiken van de hoogste belasting van 2P, hadden deze locaties fundamenteel andere materiaaleigenschappen dan een productie Comet. Het proces waarbij de materiaaleigenschappen veranderden wordt koudbewerking genoemd.
Materiaal koudbewerkingseigenschappen
Koudbewerking is op zichzelf geen veiligheidsprobleem. De testen aan 2P bewezen dat de Comet bestand is tegen hoge drukbelastingen. De grote misstap was de beslissing om de vermoeiingstest uit te voeren op hetzelfde prototype romp dat de druktest had ondergaan en koud was bewerkt. Het prototype van de romp doorstond 16.000 cycli alvorens te bezwijken, wat grotendeels te danken was aan de fundamenteel verschillende materiaaleigenschappen van het koud bewerkte materiaal op de vensterhoeken. Deze verandering van karakteristiek verbeterde in feite de vermoeiingseigenschappen op deze plaatsen, die de werkelijke vermoeiingsgevoeligheid van de productie-Comet zouden maskeren. Een animatie die beschrijft hoe de materiaaleigenschappen kunnen worden gewijzigd door koud bewerken is beschikbaar op de volgende link: Comet 1 S-N Diagram Animation.
De Comets die neerstortten bij Calcutta, Elba, en Napels, en G-ALYU in de watertank, hadden geen beproevingstesten tot 2P ondergaan, noch enige andere productie Comet. Deze casco’s hadden niet het “voordeel” van de toepassing van hoge belastingen om hun vermoeiingseigenschappen te verbeteren. Het resultaat was dat de natuurlijke spanningscycli van de raamhoeken het materiaal snel zouden doen verslijten, of vermoeien. De vermoeiing had zo’n groot effect op de nooit overbelaste productie rompen dat in plaats van 16.000 cycli van vermoeiingslevensduur, de Comets slechts ongeveer 1.000 cycli haalden. Aan het eind van hun vermoeiingslevensduur zou het versleten materiaal op catastrofale wijze scheuren, met breuk tijdens de vlucht tot gevolg.
Reconstructie van het geborgen Elba-rompwrak.
Bron: Canadian Forces Joint Imagery Centre, referentienummer CAL-43-281-16, detail van foto. Department of National Defence. Overgenomen met toestemming van de Minister van Openbare Werken en Overheidsdiensten Canada, 2008.
Terug naar boven