De Havilland Comet - Insinööri ja pyrstötähti

Pyrstötähden tarina alkaa keskeltä toista maailmansotaa. Tarkemmin sanottuna Brabazon-komiteasta, jonka tehtävänä oli niitata liitoksissaan natisevaa pompöösiä imperiumia kasaan luomalla koko sarja uuden sukupolven lentokoneita.

Toinen maailmansota murjoi koko ilmailun uuteen uskoon ja vanhensi ainakin kaksi sukupolvea lentokoneita kuusivuotisen palonsa aikana. Britannia keskittyi sodan aikana rakentamaan lähinnä hävittäjiä, raskaita ja keskiraskaita pommittajia ja lentoveneitä. Raskaiden kuljetuskoneiden kehitykselle ei jäänyt lainkaan tilaa, ja tätä sektoria hallitsi lähes suvereenisti USA sodan lähestyessä loppuaan. Sehän ei käynyt laatuun, että mokomat siirtomaalaiset nousukkaat hyppisivät maailmanvallan nenille. Brabazon-komitea määritteli siksi viisi konetyyppiä, joita natisevan imperiumin niittaamiseen tarvittaisiin.

Tyyppi I olisi giganttinen transatlanttinen luksuskosla ronttaamaan osaansa tärkeämpiä ihmisiä New Yorkiin ja vastaaviin kohteisiin

Tyyppi II olisi lyhyen kantaman syöttöliikennekone, DC-3:n ja kaksitasoisen Dragon Rapiden korvaaja. British European Airways tosin puuttui peliin ja vaati koneelta paljon enemmän. Tyyppi ajettiinkin kahtia, mäntämoottoriseen tyyppi IIA:han ja ultramodernia potkuriturbiinia käyttävään tyyppi IIB:hen.

Tyyppi III olisi keskiraskas keskimatkan kone, imperiumin työjuhta.

Tyyppi IV tulisi olemaan radikaali: satapaikkainen suihkukone.

Tyyppi V lisättiin jälkikäteen, kun tyypin II koneet kasvoivat alkuperäiseen tarkoitukseen liian suuriksi.

Pompöösi Britannia päätyi kehittämään kaikkia näitä tyyppejä nurkkapatriotismissaan. Kaikkiin vaatimustyyppehin lopulta myös kehitettiin konemalli tuotantovalmiiksi saakka, mikä söi tavattomasti jälleenrakentuvan maan insinöörikapasiteettia (UK saavutti sotaa edeltävän BKT:n 1946). Lisäksi jokaiseen vaatimukseen kehittivät lentokonetehtaat useita keskenään kilpailevia malleja. Tulevaisuus ei suostunut pysymään sikariherrojen hyppysissä. Yhteensä kuudesta konetyypistä kaksi oli täysiä fiaskoja (I ja IIA), kaksi jäi olosuhteiden uhriksi (III ja IV) ja kaksi menestyi: VB eli de Havilland Dove (valmistusmäärä lopulta 542 konetta) ja IIB eli Vickers Viscount. Tämä on tyypin IV tarina.

Oli vähällä että tarina olisi jäänyt kertomatta. Sir Geoffrey de Havilland junttasi ajatuksen matkustajasuihkukoneesta jo ennen kuin suihkuhävittäjätkään olivat päässeet maistamaan sotaa. Komitea hyväksyi suunnitelman sillä ehdolla, että de Havilland kehittäisi sekä koneen että sen voimanlähteet. Yksikään moottoritehdas ei ottanut kehitettäväkseen tarvittavan mittakaavan helvetinkoneita, niiden kädet olivat täynnä sotatuotantoa ja elefanttitautia potevia mäntäkoneita.  De Havilland sai tuotantosopimuksen mallille DH 106 helmikuussa 1945.

Työn sai pöydälleen Ronald Bishop, joka oli ansainnut kannuksensa kehittämällä vaneripintaisen de Havilland Mosquito –hävittäjäpommittajan. Koneen perusratkaisut olivat täysin auki. Ruutupaperille piirrettiin niin pyrstöttömiä kuin keulapyrstöisiäkin ideoita,suorin ja nuolisiivin. Näistä ei juuri innostuttu, joten Bishop vastasi BOACin tekemään 10 koneen tilaukseen perinteisellä siipi- ja pyrstöratkaisulla. Samalla koneen koko kasvoi aiotusta 24 matkustajapaikasta 36:een. Huoltoministeriö kuitenkin kiinnostui muutamasta radikaalimmasta pyrstöttömästä nuolisiipimallista, ja tilasi DH 108 –koekoneita. De Havilland rakensi ne English Electricin tuotantolinjalta valuvien de Havilland Vampire –hävittäjien runkojen ympärille ja nakkasi taivaalle. Seuraukset olivat enteellisiä ja katastrofaalisia.

Syyskuussa 1946 DH 108 alkoi vatkata nokkaansa ylös-alas ilmanopeuden lähestyessä 0,9 Machia, kun paineaalto alkoi siirtyä siivessä edemmäs. Lopulta nokka ampui rajusti ylös, kone kääntyi ilmavirrassa poikittain ja ilmavirta repi siivet irti. Toinen kone tempaisi vasemman siipensä irti syöksyssä, ja kolmas sakkasi matalalla, eikä lentäjän laskuvarjo ehtinyt avautua. Kaikki kolme rakennettua DH 108:aa oli menetetty lentäjä mukanaan. Ensimmäisen koneen lentäjä oli Geoffrey de Havilland Junior, tehtaanomistajan samanniminen poika.

DH 106 sai nimen Comet joulukuussa 1947, ja toimitusten oli sovittu alkavan 1952. De Havilladilla oli kiire. Kone lentäisi tilassa, josta ei tunnettu juuri mitään. Kone lentäisi 40 000 jalassa eli 12 kilometrin korkeudessa yli 700 km/h nopeudella. Rungon oli pakko olla paineistettu täällä, yli 3000 metriä Mount Everestin huippua korkeammalla. Runkoja koeponnistettiin tyhjiökammiolla, jonka tuloksia oli kuitenkin vaikea tulkita. Murtumien syntykohtaa oli vaikea tunnistaa. De Havlland rakensi siksi suuren vesisäiliön, missä murtuman etenemistä oli helpompi seurata. Lohkoille tarjoiltiin 19 kPa ylipainetta 16 000 toiston verran ja ikkunat mitoitettiin 39 % ylipaineelle. Pelkän niittauksen sijaan, mitä tuolloin yleensä käytettiin, Cometin runko koottiin käyttäen niittauksen ja liimauksen yhdistelmää, mikä vähensi jännitystä niiteissä.

Comet 1. Kuva: c-and-e-museum.org. 

Voimanlähteenä oli hirvein murhakulli mitä saatavilla oli: de Havilland Ghost, Vampire- ja Gloster Meteor –hävittäjissä käytetyn de Havilland Goblinin isoveli. Yksivaiheinen kehäkompressori ruokkii kymmentä liekkikannua, jotka ruokkivat yksivaiheista turbiinia. 912-kiloinen mörkö pukkasi työntövoimaa 22,24 kilonewtonia, neljä kertaa painonsa verran. Haamut haudattiin syvälle runkorakenteen sisään. Näin siivestä saatiin täysin puhdas ja vältettiin moottorikannattimien ja –koteloiden tuoma ilmanvastus, sillä radiaalikompressorisilla moottoreilla on suuri halkaisija. Samalla sivuvakaajasta voitiin tehdä pienempi, sillä lähellä koneen keskilinjaa sijaitsevista moottoreista tulee pieni momentti yhden moottorin sammuessa. Moottorien upotus siipeen lisättyine vaimennuspatjoineen myös hiljensi melutasoa kabiinissa. Moottorit olivat myös riittävän korkealla välttyäkseen vierasesinevaurioilta, mutta mekaanikkojen ulottuvissa. Haittapuolena siipisalon piti kiertää moottorit, mistä syystä siitä tuli raskas, ja moottorien ympärille piti asentaa panssaria estämään turbiinirikon sirpaleiden etenemistä runkoon, hydrauliikkaan tai polttoaineputkiin.

Ohjaamo suunniteltiin täysin puhtaalta pöydältä, mutta perusratkaisut kopioitiin Lockheed Constellationista, tuon hetken kehittyneimmästä mäntämoottorikoneesta. Comet kilpailisi sen ekonomisesta lokerosta, joten ohjaamon samankaltaisuus helpottaisi siirtymää ja markkinointia. Ohjausjärjestelmä oli hydraulisesti voimistettu ja ohjainpintojen aktuaattoreihin asennettiin differentiaalivaihteet estämään tahaton yliohjaaminen suurissa nopeuksissa. Hydraulijärjestelmiä on yhteensä neljä: kaksi pääpiiriä, yksi varapiiri ja neljäntenä hätäpiiri, joka ohjaa vain kriittisimpiä ohjainpintoja. Kaikki neljä moottoria ruokkivat niin hydraulipumppuja, ilmastointia ja jäänpoistoa ristiin. Yksi ainoa moottori riitti pitämään ne kaikki käynnissä. Cometin ohjaamo oli niin toimiva, että ranskalainen Sud Aviation lisensoi sen ja koko nokkakartion käyttöön sellaisenaan Caravallessaan. Sitä ei pidä korjattavan, mikä ei ole rikki. Comet oli nyt valmis. Ensilento koitti heinäkuussa 1949.

Kuva: Pinterest

Comet sai lentokelpoisuustodistuksen tuotantomallilleen Comet 1 tammikuussa 1952, puoli vuotta etuajassa. Sitten koitti satumainen aika. Se oli vappua seuraava lauantai, 2. toukokuuta 1952. 36 matkustajaa nousi BOAC:n Cometiin Lontoossa Geoffrey de Havillandin katsellessa. He kuuntelivat moottorien tiivistyvää ulvontaa, joka kiihtyi kombustion raivoksi. Muuta liikettä ei näkynyt, kuin luotimaisen reaktiohirviön perässä vapiseva ilma. Oli kuin näkymätön käsi olisi työntänyt konetta. Viiden välilaskun jälkeen 23 tuntia myöhemmin Comet laskeutui Johannesburgiin, missä tiet olivat tukkeutuneet ihmisten rynnätessä katsomaan valkoisen miehen maailman suurta ihmettä. Matkustajalento suihkumoottoreilla oli nyt todellisuutta. Wrightin veljesten ensimmäisestä ilmaa raskaammasta moottorilennosta ei ollut kulunut vielä viittäkymmentä vuotta. 

Matka Cometilla oli yhtä ylellinen kuin ihmeellinen. 36 ensimmäisen luokan istuinta oli ripoteltu looseiksi keskikäytävän reunoille kuin rautateillä. Mäntämoottorikoneiden tärinään ja meluun tottuneet herrat ja rouvat (Cometissa oli erikseen naisten WC. Se oli aivan ennenkuulumatonta) nauttivat siipeen upotettujen suihkumoottoreiden ja äänieristyksen tuomasta tasaisesta ja hiljaisesta kyydistä, kuten myös nelikulmaisista ikkunoista avautuvista näkymistä 12 000 metrissä, sekä mehukkaista tarjoiluista, joita pöytiin tuottivat Cometin keittiö ja kolme lentoemäntää – yksi 12:ta matkustajaa kohden. Comet oli noin 50 % nopeampi kuin kilpailevat mäntäkoneet ( ~750 km/h vs 500 km/h). Se ehti siis lentää kolme lentoa siinä missä mäntäkoneet kaksi, mutta lipun hinta oli sama. Ei ollut ihme, että Cometin kannattavuusraja oli 43%. Polttoaine oli 1950-luvun alussa halpaa, ja yli 9000 metrissä suihkumoottorit ovat jo paljon tehokkaampia kuin mäntäkoneet, sillä ne eivät tarvitse erillistä ahdinta, ne eivät menetä hyötysuhdettaan potkurin tapaan ja niiden ilmanvastus on pienempi. Lisäksi yksinkertaisissa de Havilland Ghosteissa on hyvin vähän liikkuvia osia ja niiden huolto oli halpaa. Comet oli insinöörin eikä kylterin hengentuote. Nyt he saivat nauttia kultahallissaan, kamppailevan kansakunnan kaapin päällä.

Comet on sujuva kuin kylteri iskiessään naista. Kuva: Pinterest

Comet oli rakennettu ummehtuneen Britannian pompöösille yläluokalle. Sillä lensivät vain herrat, ja heitä palveli kehitysmaakuli. Tämä näkyy jopa Cometin runkorakenteessa: rungon alla ei ole erillistä matkatavaratilaa, mutta matkatavarat lastataan silti erillisestä luukusta koneen alla suoraan ylös koneen pääkannelle. Ei ollut sopivaa kulin kulkea samasta ovesta herran kanssa. Lentolippu Johannesburgiin maksoi 175 puntaa, 4890 puntaa vuoden 2018 rahassa (vertailun vuoksi, tuon lennon saa suorana  400 punnalla 2018). Comet todella oli sitä, mitä Brabazon-komitea oli tilannut, itseään parempien yhdistyksen viimeinen yritys leikkiä maailmanvaltaa. Siksi tilauksia kyllä satoi, mutta suhteellisen pienissä määrissä ja vastaavanlaisiin maihin, sekä  Vuvuzelan Venezuelan ja Brasilian kaltaisiin kehitysmaihin, joissa oli varakas yläluokka.

Britannian pokerikäden akkakolmoset nousemassa Cometiin 1953.Tässä kyydissä ei rahvaalle ollut sijaa. Kuva: BAe systems

Comet alkoi osoittaa oikkujaan jo lokakuussa 1952. Silloin menetettiin ensimmäistä kertaa matkustajasuihkukone, kun G-ALYZ sakkasi nousussa ja rytisi pitkin Rooman lentokentän kiitotietä. Maaliskuussa 1953 matkustajasuihkukone vaati ensimmäistä kertaa veriuhrin, kun Canadian Pacificin Comet niin ikään sakkasi Pakistanin Karachissa. Molemmissa tapauksissa siiven johtoreunassa tapahtui nostovoiman kato suurella kohtauskulmalla, ja suuri kohtauskulma niin ikään sai moottoreiden ilmanoton tukehtumaan. Cometin 20 asteen siipikulma ohjaa ilmavirtaa sivuttain, kohti siivenkärkeä. Tämä prosessi on proggressiivinen: siiven keskiosassa ilmaa ei pukkaa siivenkärkeä kohti ainoastaan nuolikulma, vaan myös aikaisemmin siiven juuresta poikkeutunut ilmavirta. Seurauksena siivenkärjessä nostetta ei synny enää juuri lainkaan, kun kaikki ilma vain kiertää siivenkärjen eikä kulje siipiprofiilin yli. Tällöin siivenkärki on sakannut. De Havilland reagoi kiireesti: johtoreunaan lisättiin alaspäin sojottava jatke, ja siipeen lisättiin siipiaidat estämään paineaallon karkaaminen siivenkärjen kautta.

Sitten koitti murheen päivä 2. toukokuuta 1953, tasan vuosi ensimmäisen matkustajalennon jälkeen. BOAC 783 kipusi 2300 metriin noustuaan Kalkutan Dum Dumin lentokentältä (saman Dum Dumin alueen mukaan on nimetty laajenevakärkinen luoti), kun radioyhteys siihen menetettiin. Jagalgorin kyläläiset näkivät siivettömän lieriön syöksyvän maahan liekeissä. Se veti perässään romuvanaa, joka kattoi yhteensä 8 kilometrin janan. Romut kaivettiin ylös ja lähetettiin Britannian ilmavoimille Farnboroughiin. Kävi ilmi, että Comet oli lentänyt ankaraan turbulenssiin, ja ääriasentoon käännetty vasen korkeusperäsin oli repeytynyt irti, ja täten koko kone pian kappaleiksi. Varotoimista huolimatta hydraulivahvistettu ohjaus saattoi siis ylikuormittaa Cometin, ja de Havilland alkoi pikapikaa kehittää ohjaimiin keinotuntumaa – ensimmäistä lajissaan.

Kuva: BAE Systems

Tämä työ oli vielä vaiheessa, kun toinenkin BOAC:n Comet levisi pitkin maisemaa ilmassa Välimeren yllä tammikuussa 1954. Lennot Cometilla keskeytettiin. Kone oli tarkastettu Rooman lentokentällä vain hieman ennen onnettomuutta. Abell-komitea päätteli pikapikaa, että koneessa oli ollut tulipalo, eihän Britannian ilmailuteollisuuden helmen mainetta voinut pilata, ja lentoja jatkettiin huhtikuun lopussa. Tuossa vaiheessa hylyn osia vasta naarattiin Välimerestä.

Reilu kaksi viikkoa lentojen jatkamisen jälkeen Roomasta noussut BOAC:n Comet hajosi jälleen Välimeren yllä. Jälleen meri sai pitää aarteet jotka putosivat. Jälleen sama BOACin insinööri sai nähdä tarkastamansa koneen katoamisen aaltoihin. Tämä oli liikaa jopa Britannian kunnialle. Pääministeri Winston Churchill määräsi laivaston etsimään koneen hylyn ja Cometin lentokelpoisuus peruutettiin. Kaikki Cometit ympäri maailmaa maadoitettiin. Koneet määrättiin huputettaviksi. Nyt syypää etsittäisiin juurta jaksain.

Puolustusministeriön alainen Royal Aircraft Establishment sai tehtävän kontolleen lokakuussa 1954. Koneiden hylkyjä tutkittiin pikkutarkasti. BOAC luovutti kokeissa rääkättäväksi yhden Cometinsa. Sitä vesikidutettiin painekammiossa tällä kertaa kokonaisena, eikä vain irrallisina lohkoina. G-ALUY oli kerännyt 1221 lentoa, ja 1836 kertaa vesikammiossa paineistettuna se väsyi puhki. Runko oli revennyt pultinreiästä vasemman etupakoluukun reunasta. Murtuma lähti etenemään jännityskeskittymää eli pitkittäistä runkojäykkäriä pitkin eikä runkolohkojen lujuus riittänyt vastustamaan murtumaa. Halkeama oli neljän metrin mittainen, ja sen raidallinen pinta paljasti armotta sen väsyneen. Niittauksen jännitykseksi mitattiin viisinkertainen lukema ikkunoiden vieressä verrattuna muualle rungossa.

Murtuman edettyä riittävän pitkälle paineistetun matkustamon ja matalapaineisen korkean ilman välinen paine-ero vapautti voiman, joka noudatti jokseenkin kaavaa  F= ΔP * A. Ulosryntäävä paineaalto repi mukaansa suuren lohkon koneen kylkeä eikä rakenteen lujuus enää riittänyt pitämään sitä kasassa ilmanvastus- ja inertiavoimien hellässä karhunpainissa.

Myös merestä kaivetun G-ALYP:n rungosta löyty murtuman alkupiste radiosuuntimamajakan juuresta. Ohuesta alumiinista niitattu runko oli myös koottu väärin: se oli tarkoitus niitata ja liimata, mutta niitinreiät oli vain läpiniitattu (niitinreikiä ei oltu porattu), mikä keskitti jännitystä ja ennenkaikkea asetti niihin esijännityksen ja lisäksi geometrisesti epätäydellisenä niitinreiässä on jännityskeskittymiä, epäjatkuvuuskohtia. Röpelöä. Niittirivien ja jännityskeskittymien sijainti lähellä ikkunarivejä on myös johtanut harhakäsitykseen, että nimenomaan nelikulmaiset ikkunat aiheuttivat Cometin runkojen väsymisen. Nelikulmainen ikkuna painerungossa on kyllä jännityskeskittymä ja murtumat etenivät ikkunoiden läheltä, mutta todellinen syypää oli huono niittaus ja liian ohut alumiini. Cometien rungot eivät kertakaikkiaan kestäneet niille annettuja kuormia. Ne väsyivät puhki.

Erään Comet 4:n jäänteet.  Kuva: Fiddlersgreen.net

Kaikki Cometin jatkoversio Comet 2:n tilaukset peruutettiin. Jo siihen oli suunniteltu ennen onnettomuuksia pyöreät ikkunat, joista tuli vakiovaruste myöhemmissä jatkokehitelmissä. Kaikki Comet 1:t joko romutettiin tai rungot päivitettiin pyöreillä ikkunoilla ja runkoihin asetetuilla jäykkärikaukaloilla, joiden tehtävä oli imeä jännitys itseensä, levittää se kehänä rungon ympäri ja estää sen jatkuminen pitkin runkolohkoja.

Vioista korjattu Comet 4 nousi siivilleen huhtikuussa 1958. Moottoreina oli nyt suuremmat aksiaalikompressoriset Rolls Royce Avonit ja polttoainekuorma oli suurempi, mahdollistaen transatlanttiset lennot.  Mutta nyt oli myöhäistä. Yleisö oli menettänyt luottamuksensa Cometiin, ja Boeing 707 ajoi sen ohi nopeampana (noin 200 km/h nopeampana!), taloudellisempana , suurempana ja pidemmälle lentävänä. Samalla koko ilmailun luonne muuttui pysyvästi. Herrojen elkeet olivat tarttuneet renkiin. 707 avasi taivaan massoille. Comet 4:ää toimitettiin vain 76 konetta, kun 707 keräsi 1010 tilausta.

Jättiläiskoneiden rakentajat Boeing ja Douglas osasivat nyt välttää virheet, jotka Cometin suunnittelijat olivat tehneet, ja lisäksi ne saivat koeponnistaa koneensa ilmavoimien suurten tilausten rahoittamilla mittavilla koelento-ohjelmilla. Brittien ylimielisyys, kiire todistaa olevansa johtava kansakunta oli maksanut yli sadan ihmisen hengen ja repinyt pyrstötähden taivaalta. Viimeinenkin Comet 4 vedettiin palveluksesta 1981. Pyrstötähden lento oli päättynyt.

Tarinalla on kuitenkin jatko-osa. Hawker Siddeley muokkasi Cometin piirustuksia ja työkaluja käyttäen Royal Air Forcelle meritoimintakoneen Hawker Siddeley Nimrod, joka käytti ohivirtaavia Rolls Royce Spey –moottoreita. Rungon alle rakennettiin pienempi apurunko kuten DC-9:ssä, siivet tehtiin kokonaan uusiksi suuremman massan ja moottoreiden vuoksi, niihin asennettiin ripustimet ja Nimrod ahdettiin täyteen magnettikenttäilmaisimia, radiotiedustelulaitteita, meritorjuntaohjuksia ja  parasta tutkatekniikkaa mitä 60-luvun Britannialla oli tarjota: ASV Mk12 toisen maailmasodan ajalta.

BAe Nimrod MR2. Kuva: Wikipedia

Nimrod eläköityi kesäkuussa 2011. Silloin Cometin ensilennosta oli kulunut 62 vuotta. Ylimielisyys ja liian pienet suunnitteluresurssit ahtaassa aikaikkunassa johtivat lopulta täysin turhiin uhreihin, eikä Comet koskaan ottanut paikkaansa uuden maailmanajan kulmakivenä. Siitä tuli umpimielisen Britannian lopun symboli. Tälläkin tarinalla on tosin jatko-osa, oikeastaan kaksi. Ensinnäkin Cometin onnettomuustutkinnat, kunhan ne saatiin käyntiin, olivat aikanaan hyvin edistyksellisiä ja selvittivät metallin väsymisen luonnetta sekä kehittivät hylynpelastusta merellä. Nykyaikainen ilmailuforensiikka sai tästä alkunsa.

Toinen jatko-osa on vielä ylimielisempi, mutta tuotti kauneimman lapsen, minkä komitea koskaan voi tuottaa. Se ei ollut komitean suunnittelema hevonen. Se oli Concorde.

Lähteet:

http://www.bbc.com/future/story/20170404-the-british-airliner-that-changed-the-world
http://www.bbc.com/future/story/20140414-crashes-that-changed-plane-design
https://www.smithsonianmag.com/history/comets-tale-63573615/
https://www.aircharter.co.uk/about-us/news-features/blog/a-look-back-at-the-de-havilland-comet-the-worlds-first-commercial-jet-airliner
https://motherboard.vice.com/en_us/article/pgkzk7/first-jet-airliner-the-de-havilland-comet
https://www.historytoday.com/richard-cavendish/maiden-flight-comet