WikiSort.ru - Самолёты и вертолёты

Комитет Абеля

Сразу после сообщения о катастрофе в авиакомпании BOAC приняли решение временно отстранить самолёты «Комета» от перевозки пассажиров, чтобы совместно с Министерством регистрации воздушных судов и фирмой-изготовителем (de Havilland) провести подробную экспертизу эксплуатирующегося парка этих самолётов. На следующий день, 11 января, в аэропорту Лондона председатель BOAC созвал собрание, на котором присутствовали представители BOAC, Отдела расследования несчастных случаев Британского Министерства транспорта и гражданской авиации, de Havilland, de Havilland Engine Company^ru_en и Министерства регистрации воздушных судов. В результате был собран комитет, возглавлял который К. Абель (англ. C. Abell) — заместитель начальника авиакомпании по разработкам. Целью комитета было изучить, какие модернизации конструкции самолётов «Комета» требуется произвести, чтобы Министерство транспорта и Гражданской авиации допустило эти самолёты к пассажирской эксплуатации^[6]. Наиболее вероятными причинами катастрофы были названы следующие:

1. Отказ в приводе управляющих плоскостей (англ. Flutter of control surfaces) — произошёл отказ части механизма, соединяющего управляющую поверхность с главной гидросистемой, которая управляет им в воздухе, либо к развитию сбоев или люфта в работе механизма. Было решено провести проверку всех механизмов системы управления управляющими плоскостями^[6].
2. Первичное разрушение конструкции, по аналогии с произошедшей за год до этого катастрофой «Кометы» под Калькуттой. К разрушению могли привести сильные турбулентные потоки, вызвавшие запредельные перегрузки. Требовалось рассмотреть все части конструкции, находившиеся под подозрением, на основании данных расследования катастрофы под Калькуттой^[6].
3. Потеря управления — каждая гидросистема, приводящая в движение управляющие плоскости, имеет выходную цепь, связанную с датчиком контроля, и входную цепь, связанную с органами управления в кабине пилотов. Были рассмотрены возможные причины нарушений в работе обеих гидросистем^[7].
4. Усталость материала конструкции — такое предположение было вызвано тем, что после катастрофы под Эльбой проверка прототипа данного типа самолётов показала, что после около 6700 лётных часов на поверхности крыла у края ниши шасси появились трещины. Были также изучены одна или две части конструкции, где предположительно могли появиться усталостные трещины^[7].
5. Взрывная декомпрессия из-за перепада давления — в отличие от версии о разрушении конструкции, в данной версии самолёт не разрушился в полёте, но испытал взрывную декомпрессию. Наиболее вероятной причиной в данном случае рассматривали оконные проёмы, которые могло вырвать из фюзеляжа. Но проведённые в компании de Havilland тесты не выявили дефектов, могущих вызвать такое ослабление конструкции^[7].
6. Отказ двигателя — в данном случае наиболее вероятным рассматривался пожар двигателя, поэтому рассматривались вопросы по устранению вероятной причины пожара и по повышению пожарной безопасности^[7].

Проведённые проверки и тесты также повысили надёжность электрических систем. К моменту завершения работ по проверкам самолётов наиболее вероятной причиной считался пожар на борту. В то же время Абель предполагал, что турбулентность в полётах привела к повышению усталости материалов конструкции авиалайнера, особенно в плоскостях крыла, отделение которых и привело к катастрофе. Версия об усталости материала фюзеляжа на тот момент времени считалась ещё слишком маловероятной, так как, согласно тестам, фюзеляж был рассчитан ещё на 18 тысяч полётов^[7].

Тесты в бассейне

18 апреля Арнольд Холл (англ. Arnold Hall) предложил провести повторные прочностные испытания всего фюзеляжа. Считая версию об усталостном разрушении лишь одной среди ряда вероятных, Холл тем не менее считал, что каждую из вероятных причин стоит изучить более подробно. Для эксперимента требовалось создавать периодическую разницу давлений внутри и снаружи фюзеляжа на величину, эквивалентную полёту самолёта на эшелоне. При экспериментах на земле это можно выполнять созданием повышенного давления воздуха внутри фюзеляжа. Но такой метод опасен тем, что при взрывной декомпрессии возникнет катастрофическая ситуация, так как высвободившаяся энергия сжатого воздуха создаст разрушения, эквивалентные взрыву внутри самолёта бомбы весом 500 фунтов. К тому же в этом случае нельзя будет точно определить место и причины разрушения. Тогда было решено применить воду, которая в отличие от воздуха практически не сжимаема, а потому не создаст взрывную декомпрессию. Проблема с погружением фюзеляжа в воду могла быть решена одновременным заполнением водой самолёта и ёмкости, после чего периодически сливая и вновь заполняя пространство снаружи самолёта водой можно создать циклическую нагрузку на фюзеляж^[8].

Для подобных тестов в Фарнборо совместно с de Havilland и Министерством регистрации воздушных судов был сооружён бак, в который поместили самолёт G-ALYU (Yoke Uncle, совершил первый полёт 23 июня). Обе плоскости крыла при этом оставались снаружи, при этом создавалась возможность создавать циклическую нагрузку в консолях крыла за счёт их изгиба при наполнении фюзеляжа водой. Такие источники вибрации, как колебания груза, турбулентность, вибрация от двигателей и влияние спутной струи в данном случае воссоздать не представлялось возможным. Тесты проводились периодическим созданием внутри фюзеляжа избыточного давления 1,3 Па^{[уточнить]} (11 фунтов на кв. дюйм) с промежутками примерно в 1000 «полётов»^[9].

До начала тестов Yoke Uncle совершил 1230 полётов, а в бассейне совершил ещё 1830 циклов, то есть всего имел 3060 циклов, когда в нижнем углу одного из иллюминаторов в пассажирском салоне появилась трещина. Дальнейшие эксперименты с подкрашиванием воды водорослями позволили уточнить, что трещина появлялась у края обшивки в углу иллюминатора и переносила несколько превышений давления, после чего начинала разрастаться с катастрофической скоростью. Стоит также отметить, что упомянутые выше источники колебаний, которые не удалось воссоздать при тестах в бассейне, сокращают срок службы фюзеляжа, поэтому 3060 циклов в тесте эквивалентны примерно 2500 полётам на практике. Параллельно проверялись и другие версии катастрофы, но почти все они были отброшены. Тесты с водой вывели версию об усталостном разрушении и взрывной декомпрессии Yoke Peter на передний план^[9].

При начале тестов измерение напряжения в материале обшивки не проводилось, так как не зная точно место начала разрушения пришлось бы потратить значительное время для установки датчиков и связанного с ними оборудования по всему фюзеляжу. Появление трещины в углу иллюминатора привело к мнению, что напряжение обшивки в углах иллюминаторов значительно выше, нежели в других частях. Были установлены тензодатчики на обшивку в углах однотипных иллюминаторов, включая аналогичный иллюминатору, у которого произошло первоначальное разрушение, но на противоположной стороне салона. Как показали результаты измерений, при перепаде давлений в 8,25 фунтов на кв. дюйм в обшивке близ углов иллюминатора возникало напряжение 40 тысяч фунтов на кв. дюйм, что объясняло усталостное разрушение после относительно небольшого числа циклов (около 3 тысяч). Точно определить среднюю продолжительность ресурса фюзеляжа «Комет» следователи не могли, так как располагали лишь одним самолётом, а не несколькими. Стоит также отметить, что на момент катастрофы Yoke Peter совершил 1290 высотных полётов, а Yoke Yoke — около 900 высотных полётов. На основании результатов испытаний с Yoke Uncle, Арнольд Холл заявил, что фюзеляж Yoke Peter при катастрофе достиг предела своего ресурса, то же произошло и с фюзеляжем Yoke Yoke. Версия, которую на начальном этапе считали слишком маловероятной, теперь стала главной^[10].

Обследование обломков

Как показало изучение обломков самолёта, интенсивный огонь наблюдался лишь в районе центроплана, тогда как передняя и задняя части фюзеляжа оказались нетронутыми. Было сделано заключение, что самолёт падал в море небольшим числом крупных частей, при этом фрагменты упали на небольшой площади. Это согласовалось с показаниями фермера на Эльбе, который видел падающие фрагменты, один из которых был в огне. Были сделаны модели «Комет» из лёгкого дерева, которые были загружены балластом, после чего сбрасывались с воздушного шара на высоте пропорциональной масштабу. Модели были сделаны так, что ломались в месте предполагаемого начала разрушения фюзеляжа — в районе крыла, концевые части крыла при этом отделялись от центральной. Падение обломков модели сфотографировали, а затем на основании полученных данных были подтверждены выводы о манере падения авиалайнера^[9][10].

Когда тесты на прочность фюзеляжа подтвердили версию о взрывной декомпрессии, обследованию найденных обломков и обнаружению новых начали уделять более высокое внимание^[10]. Одна из итальянских рыболовецких лодок обнаружила фрагмент обшивки фюзеляжа, который располагался по центру вверху и над передним лонжероном крыла. Этот фрагмент содержал в себе два окна, в которых были установлены антенны, являвшиеся элементами системы автоматической радиопеленгации. Также были подняты часть элерона от левой плоскости крыла и часть аэродинамического гребня, установленного на передней кромке крыла близ места крепления к фюзеляжу. Изучение этих обломков и проверка следов краски в начале центральной секции показало, что разрушение конструкции началось с найденного фрагмента в районе переднего иллюминатора (аварийный выход) при нормальных условиях полёта. Вероятно, трещина началась в нижнем заднем углу иллюминатора с антеннами и прошла через углы иллюминаторов от носа к корме, после чего фрагмент отделился. Затем произошёл разлом фюзеляжа в районе переднего лонжерона крыла^[11].

Как альтернативный вариант, рост трещины мог начаться в переднем углу иллюминатора и был вызван микротрещиной 0,2 дюйма (5—6 мм) длиной, появившейся при строительстве самолёта. Микротрещина могла появиться при пробивке ряда отверстий на конце листа обшивки, и её могло вызвать нарушение технологии производства. Высокие напряжения в углах иллюминаторов способствовали повышению усталости материала. Хотя признаков микротрещин в обшивке обнаружить не удалось, тем не менее, наиболее вероятной была названа версия, что разрушение вызвано микротрещиной вокруг отверстия болтового соединения обшивки в нижнем углу иллюминатора на правом борту^[11].

Проверка двигателей

Отдельно компанией de Havilland Engine Company^ru_en были проверены двигатели авиалайнера на предмет их отказа, включая пожар, разрушение конструкции или внезапную остановку. Часть крыла с двигателями была извлечена из воды 15 марта, а 21 марта двигатели доставили в компанию для проверки. Возглавлял эти работы доктор Молт (англ. Moult) — главный инженер de Havilland Engine Company. Осмотр двигателей показал, что все двигатели на момент катастрофы были исправны, никаких отказов в их работе не было. Лишь при разрушении самолёта произошло постепенное снижение оборотов турбин двигателей. Все повреждения двигателей были нанесены извне при ударе о воду. Как впоследствии сообщил Молт, до этого не было никаких случаев сбоев в работе данных двигателей, а модификации, проведённые после катастрофы у Эльбы, он считает оправданной предосторожностью^[12]. Таким образом, одна из версий комитета Абеля, что катастрофа могла быть вызвана отказом двигателя, не подтвердилась^[13].

Отчёт министерства авиапромышленности

Согласно отчёту министерства авиапромышленности Великобритании, наиболее вероятной причиной катастрофы в районе острова Эльба было названо разрушение конструкции герметичного фюзеляжа, вызванное усталостью материала. Такое мнение было сформировано на основании следующих результатов^[13]:

1. Тесты выявили низкое сопротивление усталости материала фюзеляжа, а результаты испытаний дают основание предполагать, что ресурс упавшего у Эльбы самолёта достиг предела по усталости.
2. Катастрофа самолёта началась с разрушения фюзеляжа.
3. Изучение обломков показало, что катастрофа относилась к тому типу, что и в испытаниях на усталость.
4. Это объяснение согласуется со всеми косвенными уликами.
5. Отдельные прочие дефекты, обнаруженные на самолётах «Комета», не могли привести к катастрофе.

Также комиссия отметила, что в случае катастрофы под Неаполем она не может назвать точно причину из-за отсутствия обломков. Однако медицинская экспертиза тел погибших в обоих случаях показала их одинаковые травмы, что даёт основания предположить, что причина происшествия у Эльбы применима и к происшествию под Неаполем^[13].

Стоит отметить, что к «отдельным прочим дефектам» (пп. 5) комиссия отнесла^[13]:

• относительно низкое сопротивление крыла к усталости;
• вероятность попадания топлива из вентиляционной системы топливного бака в область задней кромки крыла вблизи сопел реактивных двигателей;
• вероятность внутренних повреждений концевых крыльевых топливных баков при дозаправке при условиях, которые однако никогда не случались на практике.

Принятие отчёта

Версия о разрушении фюзеляжа из-за усталости впоследствии была подтверждена доказательствами Арнольда Холла, доктора Уолкера и мистера Рипли. Компании de Havilland и BOAC согласились с этими выводами. Представители всех сторон, участвующих в расследовании, также приняли версию, что Yoke Peter разбился из-за разрушения фюзеляжа взрывной декомпрессией, вызванной усталостью^[13].

Альтернативная версия Яблонски

Б. Яблонски (англ. B. Jablonsky) выступил основным соперником версии об усталостном разрушении фюзеляжа. Будучи специалистом по аэронавтике в области вопросов целостности структур, он в основном изучал воздушные винты, собранные из клееного дерева. В связи с этим он хорошо знал различные варианты авиационного клея и возможные проблемы при его применении. Версия Яблонски базировалась на том, что de Havilland для соединения пары металл—металл широко использовала клей Redux^ru_en, в том числе для соединения обшивки фюзеляжа и крыла с силовым каркасом. Каркас фюзеляжа «Кометы 1» насчитывал 40 шпангоутов, относительно равномерно распределённых по длине. Компания de Havilland являлась пионером в применении Redux и имела достаточно большой опыт работы с ним, предпочитая его обычным заклёпкам^[13].

Яблонски приводил следующие аргументы^[14]:

1. Обшивка самолёта подвергается воздействию широкого диапазона температур, в том числе в тропиках на солнце она может нагреваться до +80 °C, а при подъёме до 40 тысяч футов остывать до −55 °C. Учитывая скороподъёмность «Кометы», эти температурные изменения могли происходить в течение около 30 минут. В то же время шпангоуты, несмотря на контакт с обшивкой, подвергаются меньшим температурным колебаниям, в результате чего эта разница может достигать 60—70 °C. В итоге возникает периодическое продольное колебание обшивки относительно остальных элементов силового набора фюзеляжа. В какой-то момент напряжение сдвига могло превысить критическое, что привело бы к разрушению клеевого соединения.
2. Даже если статического разрушения клеевого соединения не происходило, периодические температурные и вызванные ими продольные колебания могли привести к усталости клеевого соединения и также к разрушению этого соединения.
3. Хотя Яблонски признавал, что свойства клея Redux в зависимости от температуры достаточно хорошо известны, по его мнению в данном случае температурные колебания происходили гораздо быстрее, что привело к более быстрому увеличению усталости соединения.
4. Общеизвестно, что применение клея в сборке инженерных сооружений по сравнению с клёпкой требует более высокого уровня мастерства и процесса проверки. Хотя на de Havilland опыт применения клея был отработан с учётом многолетнего опыта и находился на удовлетворительном уровне, Яблонски предположил, что в данном случае процесс сборки производился с нарушениями, а потому соединение не было достаточно надёжным.

В качестве доказательств своей версии, Яблонски указывал на то, что при изучении обломков он обнаружил несколько случаев разрушения клеевого шва. Это и привело к убеждению, что разрушение фюзеляжа было вызвано разрушением клеевых соединений^[14].

Для проверки этой версии были проведены следующие испытания^[14]:

1. При полёте на «Комете» G-ANAV провели замер разницы температур обшивки и шпангоутов. Её величина не превышала 10 °C , из-за чего напряжение сдвига в клеевых соединениях обшивки со шпангоутами было незначительным и не выходило за пределы допустимого. Яблонски однако обжаловал такие результаты, заявив, что на основании этого эксперимента нельзя сделать надёжные выводы о значениях температуры при наборе высоты.
2. Нет никаких данных об эффекте усталостного разрушения в клеевом соединении Redux. De Havilland широко использовала данный клей при сборке остальных самолётов (например, Hornet и Dove), у которых число полётов уже значительно превышало такие значения у разбившихся «Комет».
3. Тем не менее, de Havilland провела испытания по исследованиям прочности клеевого соединения после череды колебаний температуры от +60 °C до −55 °C. Как было установлено, эти температурные колебания не оказывают заметного влияния на клеевое соединение Redux.
4. По запросу комиссии компания de Havilland составила заявление, в котором указывалась история и технологии использования клея Redux, особенно акцентировав внимание на его применении при изготовлении «Комет». Согласно предоставленной информации, данная компания полностью осознавала всю важность надёжности соединений элементов силового набора, а применявшийся контроль за технологическими процессами и проверкой образцов исключал вероятность нарушения технологии.

Стоит также отметить, что предоставленный для тестов Yoke Uncle до этого уже совершил 3521 час налёта и подвергался температурным колебаниям, на которые указывал Яблонски. Как показала проверка его клеевых швов, в них не было никаких признаков нарушения целостности. Наконец, более тщательная проверка обломков показала, что разрушения клеевых швов произошли при взрывной декомпрессии и при ударе частей самолёта о воду, а само качество клеевого соединения изначально было на удовлетворительном уровне. Эти результаты дали основания откинуть данную версию о причине разрушения фюзеляжа^[15].

Мнение Тая

Некоторые сомнения в причине катастрофы высказал и мистер Тай (англ. Tye) — технический директор Министерства регистрации воздушных судов. Как и Яблонски, Тай был согласен с мнением, что катастрофа произошла из-за разрушения фюзеляжа, но также сомневался, что причиной этого стала усталость материала. Тай отмечал, что разрушение Yoke Uncle произошло после 3000 циклов, тогда как Yoke Peter и Yoke Yoke разрушились примерно через 1000 циклов. В то же время он не мог предложить другую причину катастрофы, так как у него не было доказательств для таких версий как, например, избыточное давление в салоне самолёта, либо чрезмерное напряжение в структуре фюзеляжа из-за внешних воздействий, таких как порывы или отказ системы управления. Также он признал, что у него нет альтернативной версии, которую бы не рассматривали при расследовании. Должность, которую занимал Тай, привела к необходимости считаться с его мнением. Но даже с его замечаниями эксперты всё же пришли к решению о правоте версии, что разрушение самолёта началось в области антенн радиопеленгатора и было вызвано усталостью^[15].

Версию об избыточном давлении наддува впоследствии всё же проверили. Проверка найденного оборудования, включая предохранительные клапаны, показала, что в салоне поддерживалось нормальное рабочее давление воздуха. Помощник главного конструктора de Havilland, который был ответственен по данному аспекту, дал необходимые показания. Фирма Normalair Limited, которая выпускала аппаратуру управления наддувом воздуха, также предоставила полную информацию об основных элементах. На основании полученных данных был сделан вывод, что версия об избыточном давлении воздуха в салоне может быть исключена^[15][16].

Замечания по отчёту

Отдел по расследованию несчастных случаев высказал некоторые замечания по отчёту Министерства авиапромышленности, а именно — по прочим дефектам. Так, было точно установлено, что отделение крыльев не стало непосредственной причиной катастрофы. К тому же, несмотря на то, что самым слабым местом консолей крыла считались области с нишами для шасси, консоли отделились от центроплана на большем удалении от фюзеляжа. Утечка топлива из вентиляционной системы топливного бака в качестве причины катастрофы была исключена, так как по обследованию обломков установили, что пожар начался уже после начала разрушения самолёта. Что до случая с заправкой, то экспертиза показала, что это возможно лишь при совпадении сразу пяти условий, а потому слишком маловероятно. К тому же если бы это и произошло, то полученные при этом повреждения не могли быть причиной катастрофы Yoke Peter^[16].

Вероятность повреждения реактивными струями

У компании BOAC за период эксплуатации «Комет» были отдельные случаи незначительных повреждений обшивки фюзеляжа. Эти повреждения были вызваны ударами реактивных струй, выходящих из двигателей, и располагались частично перед и частично за гермошпангоутом. Когда такое обнаружилось, на всех «Кометах» был проведён систематический осмотр и в случае обнаружения признаков таких повреждений проводили ремонт по схеме, разработанной de Havilland. Также внутренний осмотр выявил, что возникающая болтанка вызывает ослабление соединения обшивки с каркасом, а потому эти соединения были усилены заклёпками. Это место возможной слабости находилось под постоянным наблюдением. Предпринятые для борьбы с этим явлением шаги можно считать удовлетворительными, так как впоследствии таких дефектов не наблюдалось. Также de Havilland внесла в конструкцию будущих «Комет» изменение, благодаря которому реактивные струи отводились в сторону от фюзеляжа^[16].