Boeing 747 – Very heavy, very humble

747:n tarina on saatavissa kuunnelmana

Jumbojetin tarina alkaa Yhdysvaltain ilmavoimien aivotrustista. Kylmän sodan viheliäiset sivuraiteet kaikenlaisissa luotaantyöntävissä maapallon perslävissä vaativat maailmanpoliisin logistiikalta paljon. Siksi ilmavoimissa alettiin vuonna 1963 ideoida rahtikoneiden ylijättiläistä, jolla vihanpitovälineitä voitaisiin rahdata pitkin planeettaa. Vaadittiin merkittävästi suurempaa konetta, kuin palvelukseen juuri astuva Lockheed Starlifter. Toukokuussa 1964 Ilmavoimat käynnisti tarjouskilpailun, jolla oli vetoava nimi: CX-HLS eli Cargo Experimental Heavy Logistics System. Koneelta vaadittiin 81 tonnin kuormauskykyä, 800 km/h maksiminopeutta ja 5000 meripeninkulman eli 9300 kilometrin toimintasädettä, ja se tuli kyetä lastaamaan niin keula- kuin peräporteistakin.  Kilpailuun karsiutuivat pian Boeing, Douglas ja Lockheed.

Kilpailun voitti Lockheed, jonka koneesta tuli C-5 Galaxy. Boeingille jäi käteen puolivalmiit piirustukset. Hihassa oli kuitenkin ässä; Boeing oli mullistanut lentomatkustamisen maailman 707:llään. Maailman lentokentät eivät pysyneet edeltäjiään tuplaten suuremman ja nopeamman koneen tuomien matkustajavirtojen tahdissa. Pan Am, joka oli avannut pelin tilaamalla uhkarohkeasti 707:ää, aikoi ihan tunnelman kohottamiseksi tehdä saman tempun uudestaan. Kaksi kertaa suurempien koneiden käyttö mahdollistaisi matkustajamäärien kaksinkertaistamisen samalla kiitoratakapasiteetilla. 707:ää ei kuitenkaan voitu enää kasvattaa. Pidempi runko olisi vaatinut suurempia moottoreita, jotka taas eivät olisi mahtuneet siipien alle, jolloin oltaisiin vaadittu kokonaan uudet laskutelineet, jotka taas olisivat vaatineet kokonaan uusia runkolohkoja. Boeing oli kuin pornolehti kädessä kiinni jäänyt teini - Kun homma oli jo puolivälissä, oli sama jatkaa loppuun asti. Rahtikoneesta muokattiin matkustajakone.

Työtä määrättiin tekemään Joe Sutter, Boeingin Kelly Johnson.  Sutter teki ensitöikseen kierroksen Pan Amin ja muiden suurten lentoyhtiöiden konttoreissa, ja kartoitti mitä nämä oikein kaipasivat. Alkuperäisissä 747:n piirustuksissa oli ylätasosiipi paremman kuormauskorkeuden saavuttamiseksi, mutta tämä piirre vaihtui pian alatasoon. Matkustajakäytössä ei tarvittu sotilasrahtarin kenttäkelpoisuutta, mutta ylätaso nostaa nostovoimakeskion painovoimakeskiön yläpuolelle, mikä tekee koneesta alttiin Dutch roll –imiölle, eli suunta-kallistusheilahtelulle.

Koneen ohjaamo kuitenkin säilytettiin alkuperäisen rahtarin mukaisesti yläkerrassa, jonne se oli siirretty rahtioven tieltä, ja jotta koneesta saataisiin läpiajettava. 60-luvun alussa nimittäin oltiin jokseenkin varmoja, että lentomatkustamisen tulevaisuudessa olisi kaksi tietä: lyhyitä reittejä lentäisivät pienet suihkukoneet ja taivaan uudet valtiaat, yliäänikoneet, valtaisivat mannertenväliset reitit. Tähän menisi kuitenkin vielä reilu vuosikymmen. Siihen asti lentoyhtiöt voisivat lennättää jättikoneella matkustajia ja siirtyessään yliääniaikaan antaa lomakookoksille uuden elämän siinä käytössä, mihin ne alunperin olikin suunniteltu, eli rahtikoneina. Koneisiin voitaisiin jälkikäteen asentaa suhteellisen helposti avattava nokka, jolloin koko kabiini voitaisiin ahtaa täyteen rahtikontteja. Tämä teki 747:stä suhteellisen turvallisen sijoituksen.

747 ja 707. Kuva: https://airandspace.si.edu/multimedia-gallery/7254hjpg

747:n suunnittelussa käytettiin aivan uudenlaista mentelmää eli vikapuuanalyysiä. Tämä deduktiivinen vianetsintämenetelmä muodostaa kustakin koneen osasta Boolen algebralla oman vikapuunsa, joka paljastaa järjestelmien keskinäiset riippuvuudet ja täten vian etenemisen ja vaikutukset muihin koneen osiin. 747 onkin täynnä varman päälle pelaamista. Rahtikonekäytön vuoksi sen rakenteet on ylimitoitettu, hydraulijärjestelmä kolminkertainen, laskuteline neliosainen ja ohjainpinnat – siis eivät niiden ohjaimet vaan itse siivekkeet – on kahdennettu. Siiven kolmiosaiset nousulaipat olivat aikansa tehokkaimpia. Ne lisäsivät siiven pinta-alaa 21 %, mutta nostovoimaa 90 %.  747 kykenikin käyttämään olemassaolevia kiitoratoja. Siipikulma on nuolisiivelle varsin jyrkkä 37,5 astetta, sillä 747 lentää aivan transsoonisen alueen rajalla, 0,88 Machissa eli 900 km/h.

Boeing 747 asetti kokonaan uudenlaisen standardin. Se oli ensimmäinen jumbojetti, eli laajarunkokone. Siinä oli koko koneen pituudelta kaksi käytävää. Jos tämä ei riittäisi, yläkerrassa on ylimääräistä tilaa rahtikonesuunnitelmien jäljiltä. Lentoyhtiöt eivät tienneet Boeingia paremmin, mitä oikein tehdä ylimääräisellä tilalla. Aluksi sinne rakennettiin baari, mutta pian alettiin asentaa matkustajapaikkoja myös yläkertaan. Siksi muutamissa ensimmäisissä 747-koneissa on kolme ikkunaa yläkabiinissa per puoli, mutta myöhemmissä kymmenen. Aivan ennenkaikkea 747 oli kooltaan suorastaan gargantuaaninen: sen lentoonlähtöpaino oli 333 tonnia, pituus  70 metriä ja kärkiväli lähes 60 metriä. Matkustajapaikkoja oli 550.

Alkuperäinen yläkerta näkyy alkupään 747-100:issa.

Jättiläinen vaati jättiläisen muskelit. Niitä tarjosi ehta murhakulli, Pratt&Whitney JT9D. Ilmavoimien rahtikoneprojektiin kehitetty helvetinkone oli ensimmäisiä korkean ohivirtaussuhteen suihkumoottoreita, eli high-bypass turbofaneja. Se tuottaa enemmän työntövoimaa ohivirtauksellaan, kuin suihkuvirtauksellaan; tarkkaan ottaen suhteessa 5:1. Kaksipaisuntaisessa moottorissa on matalapainepuolella yksivaiheinen ohivirtauspuhallin, kolmivaiheinen kompressori ja nelivaiheinen turbiini. Korkeapainepuolella taas on 11-vaiheinen kompressori ja kaksivaiheinen turbiini. Polttokammiona on liekkikehä. Ohivirtauspuhallin on yhtä megalomaaninen kuin 747 itse: sen halkaisija on 2,34 metriä. Aikuinen mahtuu seisomaan siinä kädet ylhäällä. Vielä megalonaanisempaa on sen suorituskyky. Neljän tonnin painoinen riski möliskö pauhui 213 kilonewtonin eli 21 tonnin voimalla. Syy valtavaan ohivirtauspuhaltimeen piilee persoudessa dinosaurusmehulle: JT9D imee kerosiinia noin 17 grammaa newtonsekuntia kohti. Sillä on kaksi kertaa suoran suihkumoottorin, eli turbojetin, työntövoima mutta vain kaksi kolmasosaa sen kulutuksesta.

747:llä oli näyttää kannuksensa. Sen kehittäminen olisi kuitenkin hyvin kallista. Pelkästään koneen koko ja monimutkaisuus tekivät siitä suuren haasteen, modernista teknologiasta puhumattakaan. Lisäksi 747 oli mitoiltaan niin hyytävä, ettei se olisi mahtunut Boeingin tehtailta ulos. Riski oli suuri. Pan Amin johtaja Juan Trippe ja Boeingin johtaja Bill Allen pitivätkin keskenään tuokion, jota Suomessa kutsuttaisiin saunaillaksi. Sen päätös oli, että ”jos sinä poika rakennat, niin minä poika ostan!”. Huhtikuussa 1966 Pan Am tilasi 25 Boeing 747:ää.

Boeing päätti rakentaa kokonaan uuden tehtaan Everettiin, Washingtonin osavaltioon. Projekti vastasi mittakaavaltaan pyramidien rakentamista (Kheopsin pyramidin tilavuus on 2,583 miljoonaa kuutiometriä: Everettin tehtaan maansiirtotöissä maata kaivettiin noin 3 miljoonaa kuutiometriä). Hommia painettiin kuumeisesti, koska Boeing oli luvannut Pan Amille ensilennon kolmen vuoden sisällä. Työmaa oli yhtä saatanallinen kuin Oulun Teekkaritalolla; toisessa päässä tehdasta vielä rakennetaan, kun toisesta päästä rullaa ulos täysikokoinen staattinen 747:n malli. Rakennus on edelleen tilavuudeltaan maailman suurin.

747:n rollout 30. syyskuuta 1968

Sillä välin kun tuotantolaitosta tuotettiin, Boeing rakensi täysikokoisen mallin lisäksi erikoisen kulkuneuvon: kuorma-auton katolle asennetun 747:n ohjaamon. Yläkannella sijaitsevasta ohjaamosta on nimittäin matkaa asvaltin pintaan 7 ja puoli metriä, ja koelentäjiä oli koulutettava valtavan koneen käsittelyyn.

Syyskuussa Euroopan hulluna vuonna 1968 ensimmäinen 747 rullasi ulos tehtaalta. Tuotantopäätöksestä valmiiseen koneeseen oli kulunut 29 kuukautta; millä tahansa mittapuulla kunnioitusta herättävän lyhyt aika. Joe Sutterin insinööriryhmä tunnettiinkin nimellä Uskomattomat. Tässä vaiheessa tehtaalla ei ollut vielä valmista kattoa.

Ensilento koettiin ihmeiden vuonna 1969. Silloin ihmiset katsoivat taivaalle sydän täynnä toivoa. Tämä vuosi näki taivaiden kaunottaren: Concorden,  jättiläisen: 747:n, sekä ihmeen: Apollo 11:n.

Koelennoillaan 747 käyttäyti moitteettomasti. Siivekkeissä oli vielä pieniä vikoja, mutta ennenkaikkea täysin siististi lentävä kone oli täysin immuuni Dutch rollille. Boeing oli viimein karistanut suuren apinan selästään, sillä olihan ilmiö vaivannut kaikkia sen suihkujättiläisiä. Siivissä havaittiin flutteria eli tärinää, joka ratkaistiin heikentämällä muutamia jäykkäreitä. Korkeusvakaajan flutteri oli kuitenkin suurissa nopeuksissa tietyillä asetuksilla niin rajua, että ainoa ratkaisu oli asentaa painolastia. Tilaa oli hyvin minimaalisesti, ellei koneeseen tehtäisi aerodynaamisia muutoksia, jotka olisivat hyvin pitkällisiä. Siksi vakaajan painolasti on tiheintä materiaalia, jota saatavilla oli: köyhdytettyä uraania. Isotooppia U-238 on korkeusvakaajissa yhteensä 282 kiloa.

Kokoonpanoa Everettissä. Mittasuhteissa on jotain megalomaanista.

JT9D oli vielä raakile, kun 747 nousi siivilleen. Kompressorit sakkailivat ja kaasuvipujen ronski käsittely heitti turbiininkehykset irti paikoiltaan. Pulmien ratkaisu venyi seuraavaan kevääseen, johon mennessä Everettin tehtaalta oli valunut ulos 20 muuten valmista konetta. Tyhjiin moottorikehtoihin oli valettu betonia vastapainoksi. Pratt&Whitney kuitenkin kokosi itsensä ja JT9D kasvoi aikuiseksi. 747 esiteltiin yleisölle Pariisin lentonäytöksessä kesällä 1969. Joulukuussa se sai lentokelpoisuustodistuksen. Tammikuussa 1970 Yhdysvaltain ensimmäinen nainen Pat Nixon rikkoi shamppanjapullon koneen nokkaan Washingtonin lentokentällä. Palveluskäyttö alkoi.

747 oli vaativa lentoyhtiöille. Useimmat ostivat konetta enemmän sen suuren toimintasäteen kuin sen kapasiteetin takia. 747 söi kuitenkin 70 % kuormallakin 95 % siitä kerosiinista, mitä se söisi täydellä kuormalla. Lentoyhtiöiden oli siis markkinoitava lentojaan hyvin aggressiivisesti, jotta koneen kannattavuusraja tulisi täyteen. Monet yhtiöt tilasivat konetta lähinnä sen statuksen vuoksi – markkinajohtajilla oli oltava kovimmat vehkeet.  Siksi kokeiltiinkin kaikenlaista uutta. American Airlines väsäsi pianobaarin erään 747:nsä nokkaan ja palkkasi itsensä Frank Sinatran sinne esiintymään. 747 tarjosikin lähes rajattomat mahdollisuudet tarjota joko tonnikalapurkkimaista massakuljetusta, tai ylellisen kokemuksen ensimmäiselle luokalle baareineen ja sohvineen. Japanissa 747 sai aivan erityistä käyttöä, jota varten Boeing kehitti erityiset 747SR-mallit (Short Range). Tiheästi asutussa vuorten halkomassa Japanissa oli kysyntää lyhyttä reittiä sahaaville jättiläisille, jotka ahdettiin yhtä täyteen kuin Tokion metrot. SR-malleissa oli vahvistettu lähes jokaista rungon osaa, ja koneiden laskeutumissyklien elinkaari onkin kaksinkertainen perusmalleihin nähden, 52 000 sykliä. Vastaavasti osa polttoainesäiliöistä on poistettu.

747:n silkka massiivisuus toi myös lento-onnettomuudet uudelle tasolle. Ei ole sattumaa, että vakavimmat lento-onnettomuudet liittyvät 747:ään – mihinkään muuhun purkkiin ei mahdu sitä populaa. Maaliskuussa 1977 kaksi 747:ää törmäsi Teneriffan lentokentän kiitoradalla. Kuolleita oli 583. Eräs japanilainen 747 oli tullut laskuun liian jyrkällä kohtauskulmalla, ja saanut kiitoratakosketuksen. Kone korjattiin hätäillen ja seitsemän vuotta myöhemmin, elokuussa 1985 painerunko väsyi puhki. Painerungosta syöksyvä paineaalto ryntäsi peräsimen sisään, iskien sen irti. Ohjauskyvytön kone syöksyi vuoreen kyydissään 524 sielua. Heistä 4 jäi henkiin.

Koneen kehityskaari jatkui. Uusissa malleissa lentoonlähtöpainoa ja täten hyötykuormaa sekä kantamaa yhä vain lisättiin. Uusia moottoreita tuli tarjolle sopimaan lentoyhtiöiden olemassaolevaan kalustoon. 747SP, Special Performace, oli ultrapitkänmatkan versio. Siinä runkoa oli lyhennetty 14 metriä massan vähentämiseksi. Siipi oli kuitenkin sama, joten samalla nostovoimalla saatiin lentoonlähtömassan suurempi polttoainepitoisuus. Versio ei ollut kovin suosittu, mutta sen rakenteessa tehtiin merkittävä muutos koneeseen: yläkerran jatke kytkettiin mekaanisesti runkopalkilla siipipalkkiin, joka nyt siis oli lyhyemmässä koneessa lähellä siipeä. Kun 747:ää kehitettiin edelleen, tätä osaa käytettiin hyväksi. 747:n saattoi nyt tilata kaksi kertaa alkuperäisen mittaisella jatketulla yläkannella. Nämä mallit saivat liitteen SUD sanoista Stretched Upper Deck. Versiosta 747-300 eteenpäin tämä ylärunko oli vakiovaruste.

747SP. Lyhennetty runko näkyy selvästi.

747 koki renessanssin kahdesti.  747-400 toi vuonna 1989 lasiohjaamon, jossa lentomekaanikon tehtävä oli poistettu. Ohjaamossa oli enää kaksi lentäjää. Samalla erilaisten namiskuukkeleiden määrä ohjaamossa laski 971:stä 365:een. Siipeä pidennettiin ja se sai wingletit, eli jättöpyörrettä ja sen vastusta hillitsevät siivekkeet. Korkeusvakaajaan lisättiin polttoainesäiliö. Laskuteline sai hiilikuitujarrut ja suuremmat pyörät. Moottoreista kehitettiin uudemmat, tehokkaamat versiot. Myös niiden hallinta muuttui täysin digitaaliseksi (Full Authority Digital Engine Control).

Tässä vaiheessa kuitenkin konetyypin ongelmat nousivat esteeksi. Tyyppihyväksyntää ei myönnetty ennen kuin yläkerran lattiaa oltaisiin vahvistettu äkillisen paineen menetyksen varalta. Yksi 747 menetti samana vuonna 1989 paineensa rahtioven petettyä suunnitteluvirheen vuoksi. Samalla meni valtava lohko koneen kylkeä ja ikkunapaikkoja. 9 matkustajaa lensi Tyyneenmereen. Samanlaisia ongelmia oli tapahtunut 747-kannan ikääntyessä, joten homma meni uusiksi ja palikat vaihdettiin. Tyyppihyväksynnästä tulikin tilapäinen, kunnes osat vaihdettiin kaikkin koneisiin.

747:issä ilmeni myös toinen vakava suunnitteluvika: sivuvakaajaa kääntävä sylinteri saattoi kuluessaan läpilyödä ääriasentoon, ja hirttäytyä sinne. Tässä vaiheessa tilanteen pelasti enää Joe Sutterin suunnittelema redundanssi:  Sivuvakaajia on kaksi päällekkäin ja niillä on toisistaan riippumattomat toimisylinterit. Kaikissa tunnetuissa sylinterin kulumistapauksissa lentäjät saivat kumottua yhden sivuvakaajan ääriasennon toisella ja ohjattua koneen laskuun kääntämällä sitä käyttäen ulompien moottorien kaasuvipuja.

747-400. Tässä näkyy jo vakioksi muuttunut pidennetty yläkerta. Wingletit paljastavat 400-sarjalaiset armotta. Huomaa kolmiosaiset laipat. 

Seuraava, ja konetyypin viimeinen,  renessanssi on 747-8. Konetta pidennettiin 5,6 metriä, kaikkea modernisoitiin jälleen (ennenkaikkea 777:n ja 787:n osilla), moottoriksi tuli uuden sukupolven murhakulli GEnx ja kaikkialle asennettiin metroseksuaaleja uusmateriaaleja. Samalla lentoonlähtöpaino karkasi jo  447 tonniin.  Kyseinen malli on edelleen tuotannossa. Taloudellisen tuotannon alarajana pidetään 250 konetta. 747:ää on rakennettu kaikkiaan 1536 kappaletta. Se on ollut valtava menestystarina.

747-8 Intercontinental on sulavalinjainen. Pituuden lisäksi sen erottaa sahalaitaisista moottorikoteloista ja taivutetuista siivenkärjistä (raked wingtip). 747-8 on maailman pisin matkustajakone.

2000-luvulla 747:n on ohittanut uusi ylijättiläinen, Airbus A380. Kauttaaltaan kaksikerroksinen superjumbo on vallannut 747:n lokeron taivaiden kuningattarena ja riistänyt siltä valtikan, jota se piti 37 vuotta. Omana aikanaan 747:lle veti vertoja ainoastaan sen konseptillinen kilpailija Concorde. Molemmat lähtivät samaan kilpaan 1969. Tavallaan vahingossa 747 voitti. Se selvisi öljykriisistä ja jatkuvasta polttoaineen hinnanoususta suuren kokonsa turvin, mikä myös avitti sitä sotilasilmailun puolelle: 747:n runkoon on rakennettu niin lentävä komentokeskus E-4B, avaruussukkulan kantoalusta, lentävä ohjustentorjuntalaser, kuin myös se kaikkein ikonisin Air Force One.

Boeing 747 on monella tapaa poikkeuksellinen kone. Se ei ole ensimmäinen ylijättiläinen, saati mullistanut maailmaa edeltäjiensä tapaan, mutta on ensimmäinen lajiaan ja tyhjensi kerralla koko pajatson. Laajarunkokoneita rakensivat pian kaikki. Nöyrä jättiläinen otti paikkansa ilmailun kulmakivenä. Siitä tuli ikoni. Very Heavy, Very Humble.