Comet G-ALYV
Copyright Matthew Clarkson – Verwendet mit Genehmigung
Geschichte der Flüge
Kalkutta
Am 2. Mai, 1953, auf den Tag genau ein Jahr nach dem Erstflug der in Großbritannien gebauten de Havilland Comet, startete die Maschine G-ALYV als BOAC Flight 783 vom Flughafen Kalkutta nach Delhi. Wenige Meilen vor dem Flughafen geriet der Flug in ein schweres Gewitter. Obwohl sowohl der Pilot als auch die Flugsicherung davon wussten, schien das Gewitter nicht schwerwiegend genug zu sein, um den Flug durch das Gewitter einzuschränken. Außerdem war der Flugkapitän gut qualifiziert, verfügte über beträchtliche Erfahrung auf dieser Strecke und hatte Erfahrung mit ähnlichen Wetterbedingungen. Nur sechs Minuten nach dem Start, während des Steigfluges auf 7.500 Fuß, ging die Funkverbindung verloren. Etwa zur gleichen Zeit sahen Zeugen an verschiedenen Orten am Boden „ein Flugzeug in einem Feuerschein durch heftiges Gewitter und Regen“ herunterkommen und dann auf den Boden stürzen. Alle 37 Passagiere und sechs Besatzungsmitglieder kamen ums Leben.
Die von der indischen Zentralregierung geleitete Untersuchung des Unfalls kam zu dem Schluss, dass der Absturz in der Nähe von Kalkutta auf „strukturelles Versagen der Flugzeugzelle während des Fluges durch eine Gewitterböe“ zurückzuführen war. Sie stellten fest, dass eine von zwei Möglichkeiten eine Überbeanspruchung des Flugzeugs verursachte, die zum Absturz führte: entweder starke Böen durch das Gewitter oder eine Übersteuerung durch den Piloten aufgrund des Gewitters. Sie empfahlen, das Wrack gründlicher zu analysieren, um das primäre Versagen zu bestimmen, und dass „in Betracht gezogen werden sollte“, die Flugeigenschaften des Comet zu modifizieren, um ihm mehr „Gefühl“ zu geben, wenn Lasten auf die Steuerflächen aufgebracht werden.
Comet G-ALYP in Kalkutta/Dum Dum
Copyright Matthew Clarkson – Used with permission
Elba
Am 10. Januar, 1954, verließ Comet G-ALYP als BOAC-Flug 781 den Flughafen Ciampino in Rom in Richtung London. Etwa 20 Minuten nach Beginn des Fluges, als er sich einer Höhe von 27.000 Fuß näherte, brach die Übertragung der Besatzung mitten im Satz ab, was einen Ausfall des Flugzeugs mit „katastrophaler Plötzlichkeit“ anzeigte. Zeugen auf der Insel Elba, Italien, sahen das Flugzeug in Flammen ins Meer stürzen. Alle 29 Passagiere und sechs Besatzungsmitglieder kamen ums Leben.
Während eine Untersuchung des Absturzes normalerweise von der Regierung oder der Luftfahrtbehörde des Landes, in dem der Absturz stattfand, durchgeführt wird, wurde entschieden, dass die britischen Behörden die Untersuchung auf Elba leiten würden. Die Comet-Flotte wurde am Boden gehalten, während die Untersuchungen begannen und de Havilland Modifikationen vornahm, „um jede Möglichkeit abzudecken, die die Vorstellungskraft als wahrscheinliche Ursache des Unglücks vorgeschlagen hat.“ Diese Modifikationen wurden vorgenommen, um jede mögliche Versagensursache abzudecken, einschließlich Flattern der Steuerflächen, primäres strukturelles Versagen aufgrund von Böen, fliegende Steuerungen, explosive Dekompression, Triebwerksbrand, Versagen einer Turbinenschaufel und Ermüdung der Tragfläche. Ermüdung des Rumpfes wurde zu diesem Zeitpunkt nicht als Ursache in Betracht gezogen, und es wurde auch keine Modifikation vorgenommen, um sie zu kompensieren.
Während diese Modifikationen vorgenommen wurden und noch während der Bergung der Wrackteile, stellte der britische Minister für Verkehr und Zivilluftfahrt fest: „Art und Umfang der geplanten Modifikationen … und während die Kalkutta-Katastrophe vollständig aufgeklärt ist … können wir nicht ausschließen, dass der Unfall auf eine andere Ursache zurückzuführen ist, die möglicherweise beiden Katastrophen gemeinsam war.“ In dem Glauben, dass die unbekannte Ursache der möglicherweise zwei Unfälle während des massiven Modifikationsprojekts behoben worden war, wurde der Comet-Flug am 23. März 1954 wieder aufgenommen.
BOAC Comet G-ALYX in London, November, 1952
National Air and Space Museum, Smithsonian Institution
(SI 2002-2526)
Neapel
Kaum mehr als zwei Wochen später, am 8. April 1954, startete Comet G-ALYY als South African Airlines Flug 201, gechartert durch BOAC, vom Flughafen Ciampino in Rom nach Kairo. Etwa 40 Minuten nach Beginn des Fluges, während des Steigfluges über 35.000 Fuß, erlitt das Flugzeug einen katastrophalen Bruch während des Fluges und stürzte bei Neapel ins Meer. Alle 14 Passagiere und sieben Besatzungsmitglieder kamen dabei ums Leben.
Unmittelbar nach diesem Absturz stellte BOAC alle Comet-Flüge ein. Allen Comet-Flugzeugen wurde das Lufttüchtigkeitszertifikat entzogen und die Flotte wurde daraufhin auf unbestimmte Zeit gegroundet. Es sollte vier Jahre dauern, bis die Comet wieder kommerzielle Flüge durchführte – diesmal als Comet 4.
Aufgrund der großen Tiefe, in die sie gesunken war – etwa 3.300 Fuß -, konnten nur sehr wenige Wrackteile der Neapel-Maschine geborgen werden. Aus dem, was geborgen werden konnte, wurde gefolgert, dass es keine Widersprüche zu der Ansicht gab, „dass der Unfall der Yoke Yoke auf dieselbe Ursache zurückzuführen war wie der Unfall der Yoke Peter.“
Nun, da die Ursache von drei Unfällen innerhalb eines Jahres möglicherweise von den Ergebnissen des Elba-Wracks abhing, wurden die Bemühungen, die restlichen Teile zu bergen, wieder aufgenommen. Zum ersten Mal wurden Unterwasser-Fernsehkameras eingesetzt. Bis Ende August 1954 waren 70 % des Elba-Absturzes geborgen worden.
Comet G-ALYU
Foto mit freundlicher Genehmigung von John Heggblom, aufgenommen von J.C. ‚Connie‘ Heggblom.
Rumpftests
Da es immer noch keine definitive Ursache gab, entschieden sich die Ermittler, Tests in Originalgröße an den vorhandenen Rümpfen durchzuführen: drucklose Flugtests an G-ANAV und Drucktests an G-ALYU. Um die Drucktests auf sichere Weise durchzuführen, wurde ein Wassertank konstruiert, der den Rumpf umhüllte. Der Rumpf wurde eingetaucht und mit Wasser gefüllt, dann wurde zusätzliches Wasser in die Kabine gepumpt, bis der Druck im Rumpf 1P erreichte, was dem Flug entspricht. Dies wurde dann zyklisch durchgeführt, um viele Flüge während der Lebensdauer eines Flugzeugs zu simulieren. Durch die Verwendung von Wasser anstelle von Luft, da Wasser eine viel weniger komprimierbare Flüssigkeit ist, wäre der Test viel sicherer und der Rumpf könnte bei Bedarf repariert und erneut getestet werden. Wäre Luft verwendet worden, hätten die Ergebnisse den katastrophalen Brüchen während des Fluges auf Elba und in Neapel geglichen.
Comet G-ALYU im Wassertank für Drucktests. Der Rumpf versagte an einer Ecke des viereckigen vorderen Notausstiegsfensters.
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G-ALYP, Elba, zeigt die beiden ADF-Fenster. Dieses Stück
wurde als Ursache für das Auseinanderbrechen während des Fluges ermittelt.
(Großes Foto anzeigen)
„
Quelle: Canadian Forces Joint Imagery Centre, Referenznummer PL-62095. Department of National Defence.
Wiedergegeben mit Genehmigung des Ministers für
Public Works and Government Services Canada, 2008.
G-ALYU hatte vor der Erprobung 1.230 Druckflüge und 1.830 Tank-„Flüge“ absolviert, bevor der Rumpf an der Ecke eines viereckigen vorderen Notausstiegsfensters versagte. Dieses Versagen war der ausschlaggebende Beweis, um die Richtung der Untersuchung in Richtung Ermüdung zu lenken. Als nächstes wurde ein maßstabsgetreues Modell erstellt, um die Theorie des Ermüdungsversagens des Rumpfes an einer Fensterecke zu testen. Die Ergebnisse wurden dann auf die Absturzstelle in der Nähe von Elba übertragen und ein neues Suchgebiet erstellt. An dieser neuen Stelle wurden die ebenfalls quadratischen ADF-Fenster (Automatic Direction Finder) des Flugzeugs innerhalb weniger Stunden geborgen. Die ADF-Fenster befinden sich an der Oberseite des Rumpfes, direkt vor den Tragflächen. Dieses Wrackteil der Elba, das die beiden ADF-Fenster und das angrenzende Material enthielt, trug den „unverkennbaren Fingerabdruck der Ermüdung“ und wurde als erster Bruch des Elba-Absturzes bestimmt.
G-ALYU hat etwa 3.060 „Flüge“ unter Druck überstanden, ob in der Luft oder im Wassertank. Das Elba-Flugzeug hatte 1.290 Druckflüge absolviert. Das Neapel-Flugzeug machte 900 Druckflüge. All dies schien auf eine viel geringere Ermüdungslebensdauer hinzudeuten als die 16.000 erfolgreichen Zyklen, die de Havilland getestet hatte.
Bereits in der Entwurfsphase wusste de Havilland, dass die Comet ein großer technologischer Fortschritt sein würde. Sie konkurrierten darum, das erste Unternehmen zu sein, das der Öffentlichkeit einen Jet mit Druckkabine anbot. Da es zum Zeitpunkt der Entwicklung der Comet nur wenig Erfahrung in der Konstruktion und Produktion von Verkehrsflugzeugen mit Druckkabine gab, legte deHavilland besonderen Wert auf die strukturellen Tests. Sowohl die Internationale Zivilluftfahrt-Organisation (ICAO) als auch die British Civil Aircraft Requirements (BCARs), die damals geltenden Vorschriften für alle in Großbritannien hergestellten Zivilflugzeuge, verlangten einen Auslegungsdruck von 2P und einen Proof-Test des Rumpfes bis 1,33P, wobei „P“ die Arbeitsdruckdifferenz oder der im normalen Flug zu erwartende Druck ist. Für die Comet betrug P etwa 8,25 Pfund pro Quadratzoll (lbs/in2 oder psi). Weder die ICAO noch die britischen Behörden waren sich über alle Auswirkungen des Fluges unter Druck im Klaren, so dass viele Vorschriften für Flugzeuge mit und ohne Druck gleich blieben, einschließlich der Anforderungen an die Ermüdung.
De Havilland übertraf die Anforderungen in ihrem Bemühen um die Sicherheit ihrer Flugzeuge erheblich. Sie beschlossen, den Rumpf so zu konstruieren, dass er bis zu 2,5P standhält, und ihn auf 2P zu testen, anstatt nur auf 1,33P. Ein Prototyp des Rumpfes wurde etwa 30 Mal zwischen 1P und 2P unter Druck gesetzt und dann weitere 2.000 Mal auf „eher über P“. Diese beiden Tests sollten die Eignung des Rumpfes als Druckbehälter sowie seine strukturelle Integrität nachweisen. Viel später, im Sommer 1953, nachdem die Comets bereits flogen, wurden Vorschriften veröffentlicht, die weitere Ermüdungstests für druckbeaufschlagte Rümpfe vorschrieben. Folglich ging de Havilland zurück und testete denselben Prototyp-Rumpf mit weiteren 16.000 Druckzyklen zwischen Null und 1P, um seine Ermüdungslebensdauer zu verifizieren. Der Rumpf versagte schließlich nach 16.000 Zyklen aufgrund von Ermüdungsrissen an der Ecke eines quadratischen Kabinenfensters. Die erwartete Lebensdauer des Comet betrug nur 10.000 Zyklen, so dass Risse bei 16.000 Zyklen kein Problem darstellten.
De Havilland Comet Prototyp G-ALVG. Man beachte die eckigen Passagierfenster.
Foto mit freundlicher Genehmigung der British Airways Museum Collection
Spannungskonzentrationen an den Fensterecken
De Havilland führte in der Vorproduktion viele Tests durch, um die Sicherheit der Comet zu beweisen: von Drucktests über Flugtests bis hin zu Belastungstests. Die umfangreichen Probetests des Rumpfes galten als harter Beweis dafür, dass die Comet sicher war. Dieses Erfahrungswissen aus den tatsächlichen Tests untermauerte das Vertrauen von de Havilland in ihre Analysen. Es waren Berechnungen für eine durchschnittliche Spannung „in der Nähe der Ecken“ durchgeführt worden, die ergaben, dass die Spannung weniger als die Hälfte der Bruchfestigkeit des Materials betrug. De Havilland hielt weitere Spannungsberechnungen nicht für genauer als die bereits durchgeführten und zog es vor, sich auf die Tests als Hauptbeweis für die Angemessenheit des Comet zu verlassen. Nach dem Versagen von G-ALYU im Wassertank ergaben jedoch weitere Tests, dass die Spannungen am Fenster deutlich höher waren als die ursprünglich ermittelten. Die Tests ergaben hohe Spannungskonzentrationen an den Fensterecken.
Eine Spannungskonzentration ist ein sehr lokalisierter Bereich mit viel höherer Spannung als der umgebende Bereich. Die Spannungskonzentrationen waren insbesondere wegen der eckigen Form der Fenster und Fensterrahmen hoch, die sich stark von den runden/ovalen Formen moderner Flugzeugfenster unterscheidet. Bei modernen Fenstern fließt die Spannung frei um die gekrümmten Kanten herum und baut sich nur minimal auf. Bei den quadratischen Fenstern der Comets kann die Spannung jedoch nicht reibungslos um die abrupten Ecken fließen. Dies führt zu Spannungskonzentrationen.
Standbild aus der Comet 1 Verkehrsanalogie-Animation
Eine Animation, die die mit den eckigen Fenstern verbundenen Spannungskonzentrationen beschreibt, ist unter dem folgenden Link verfügbar: View Comet 1 Traffic Analogy Animation.
Obwohl jedes Flugzeug unterschiedlich hohe Spannungskonzentrationen aufweist, führten die einzigartigen quadratischen Fensterecken des Comet zu besonders hohen Spannungswerten. De Havilland testete ihren Prototyp mit 2P, dem Doppelten des erwarteten Betriebsdrucks. Die Drucküberlastung in Kombination mit den sehr hohen Spannungswerten an den Fensterecken erzeugte Spannungswerte an den Konzentrationen, die groß genug waren, um die Materialeigenschaften an diesen Stellen zu verändern. Jedes Mal, wenn de Havilland die Druckbelastung erhöhte, veränderten sich die Materialeigenschaften nach und nach. Bei Erreichen der höchsten Belastung von 2P hatten diese Stellen grundlegend andere Materialeigenschaften als ein Serien-Comet. Der Prozess, durch den sich die Materialeigenschaften veränderten, wird Kaltverformung genannt.
Materialeigenschaften bei Kaltverformung
Kaltverformung ist an sich kein Sicherheitsproblem. Die Tests an 2P haben bewiesen, dass der Comet übermäßigen Druckbelastungen standhalten kann. Der entscheidende Fehler war die Entscheidung, den Ermüdungstest an demselben Prototyp-Rumpf durchzuführen, der den Drucktest durchlaufen hatte und kaltverformt worden war. Der Rumpfprototyp hielt 16.000 Zyklen stand, bevor er versagte, was zum großen Teil auf die grundlegend anderen Materialeigenschaften des kaltverformten Materials an den Fensterecken zurückzuführen war. Diese Eigenschaftsänderung verbesserte tatsächlich die Ermüdungseigenschaften an diesen Stellen, was die wahre Ermüdungsanfälligkeit des Serien-Comet verschleiern würde. Eine Animation, die beschreibt, wie die Materialeigenschaften durch Kaltverformung verändert werden können, finden Sie unter folgendem Link: Comet 1 S-N Diagram Animation.
Die Comets, die in Kalkutta, Elba und Neapel abgestürzt sind, sowie G-ALYU im Wassertank, hatten keine Erprobungstests nach 2P durchlaufen, ebenso wenig wie alle anderen Serien-Comets. Diese Flugzeugzellen hatten nicht den „Vorteil“ der Anwendung von hohen Lasten, um ihre Ermüdungseigenschaften zu verbessern. Infolgedessen würden die natürlichen Belastungszyklen der Fensterecken das Material schnell abnutzen, oder ermüden. Die Ermüdung wirkte sich bei den nie überlasteten Serienrümpfen so stark aus, dass die Comets statt 16.000 Zyklen Ermüdungslebensdauer nur etwa 1.000 Zyklen erreichten. Am Ende ihrer Ermüdungslebensdauer würde das verschlissene Material katastrophal brechen, was zu einem Bruch im Flug führen würde.
Rekonstruktion des geborgenen Elba-Rumpfwracks.
Quelle: Canadian Forces Joint Imagery Centre, Referenznummer CAL-43-281-16, Detail des Fotos. Department of National Defence. Reproduziert mit Genehmigung des Ministers für öffentliche Arbeiten und Regierungsdienste Kanada, 2008.
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