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哈维兰德彗星号空中解体的真正原因以及影响[复制链接]
发表于 2021-8-12 17:50:17 | 显示全部楼层 |阅读模式
在看到一份关于FDR(飞行记录仪)的材料是,发现原来我们常说的“黑匣子”之所以出现,也是因为哈维兰德彗星号——DeHavilland  Comet,这个在民航史上永久留名、具有传奇色彩的机型,第一种装有喷气式发动机的民用航空器,还流传着大家熟知的“方形窗户”的悲剧等等。
先看一张她的靓照,现在看来,反而有一种未来科幻片的神秘色彩:

没错,这就是20世纪50年代的飞机,有没有一点星球大战的感觉。

然而,我们今天要说的,是一些鲜为人知的故事。该型号的飞机首飞于1951年1月9日。1952年5月2日注册号为G-ALYP的飞机执行了民航史上首次使用喷气式飞机载客的旅程——伦敦至约翰内斯堡。之后她便开启了其在民航技术革中扮演的辉Gan煌Ga角色。我们先看看那时的“德哈维兰彗星号”:
感觉垂尾还保留着二战时飞机的影子

还有电风扇
整齐的客舱和行李架,貌似地上没有应急荧光条
这张已经是第四代的“彗星号”了
下面进入正题,说说飞机上那些尾随“彗星号”而出现的技术或设备——疲劳损伤监控、“杆力反馈器”、“黑匣子”等等。

第一系列事故发生在首次载客旅行的5个月后的十月份。之后的1953年3月3日,又一新飞机在执行调机的航班时于起飞拉升失败冲入排水的河道并与河堤撞击,最终导致5名机组和6名乘客死亡。调查原因显示都是飞由于行员对飞机操纵仰角过大,导致机翼失速升力下降,且同时造成发动机进气道的总压恢复系数下降,发动机推力不足。改进措施:将机翼前缘预设计为“下垂Droop”式,类似后来的前缘缝翼的作用——改变飞机大攻角起飞时机翼的失速裕度,同时还增加了沿着弦向的“机翼隔板Wing Fence”——将机翼隔成几块以防止整个机翼同时失速。
Wing fences of a Sukhoi Su-22M-4

第二系列事故发生于1953年的5月。一架注册号为G-ALYV的彗星号在升空后6分钟左右遇到强雷暴天气而失事。调查发现天气仅仅是导致失事的一个原因,飞行员在全推力下试图将飞机改出下降姿态时无意识地过度“拉杆”也是原因之一。结果是导致我们熟悉的“杆力反馈器——Stick forces artificial feel”被发明并首次引入航空器;而且,所有的“彗星号”都被装载了“气象雷达”。
第三系列开始于1954年1月10日。当天注册号为G-ALYP——首家“彗星号”——的飞机在起飞后不久消失在地中海上空,没有目击者,只有最后无线电传出的蛛丝马迹。由于失事原因不明,德哈维兰的工程师对现有机队的飞机建议了60多项改装,以期望避免可能的诱因。期间怀疑过发动机或油箱起火爆燃导致失事,也怀疑过是否由于金属疲劳导致机翼结构或窗户结构失效而解体。然而,由于当时英国航空业界的压力以及运营商BOAC财务上的冲击,导致调查没有继续深入,1954年3月23日——空难发生两个多月后即恢复了机队运营。
后来打捞上来的一块G-ALYP窗户残骸
同年4月8日,又一架注册号为G-ALYY的飞机在地中海上空失事,机上21名乘客和所有机组成员葬身大海。“彗星”机会再次整体“趴窝”进行调查。“彗星”的适航证被撤销,生产线被暂停。

第四系列则是深入调查。BOAC公司索性将一架注册号为G-ALYU的同样构型飞机捐给调查组进行水压测试,用来模拟飞机在起降周期内重复由于增压导致承受的应力循环。在模拟了1836循环后样机发生解体,检查的结果和之前发现的失事飞机残片类似,在机身蒙皮左前的应急开口的角落发生疲劳失效。
我们所熟悉的方形窗户也在调查之列,且实际的调查结果比我们了解的更复杂。我们只知道窗户拐角的裂纹是由于“应力集中”导致,因此催生了后来的“椭圆形”窗户。然而大家鲜有知道的是,窗户周边的安装方式也没有按照实际设计的方案执行——即进行铆接和封胶;采用的工艺是所谓的“冲击式铆接”,而非我们熟知的“钻孔式铆接”。为了方便各位理解,特地找来了一张示意图:
从上图可以明显看出,所谓的冲击式铆接,即没有预先在要固定的板材上打孔,而是直接将铆钉压入并利用顶铁的挤压将部分板材挤入铆钉的凹槽内,从而达到铆接的目的。由于这种方式会导致“冲击孔”周边不规则的变形,更容易产生应力集中,导致窗户周边的铆钉孔周边裂纹悄悄地生长——最终与其他因素共同酝酿了一起起悲剧。
后来,航宇调查实验室的DAVID WARREN提出是否可以发明一种设备来记录飞行时的数据,记载飞机空中的状态如高度、航向、速度以及机组通话等,以便在发生灾难而没有目击者的情况下获得有效的信息来判断灾难的原因。
几年后,他发明了一种装在金属和防火材料内部的设备——FDR。1960年FDR被强制要求安装在每一架飞机上。

早期的FDR只能记录少数的几个数据,如航向、空速、高度、垂直加速度和时间等,可以承受大约100G的加速冲击。然而随着科技的进步,在过去五六十年里,FDR以及后来的CVR功能越来越强大,能记录大约1000中不同的数据,以及更长时间的通话(由于法律和隐私等限制,CVR时长还是有限),而且防冲击、防火能力更好。这就是我们所说的“黑匣子”。
现在的“黑匣子”大多可以承受3400G的冲击,以及可以在1100℃的环境内保存60分钟,可以承受60MPA的压力——相当于6000米水深——30天的时间。
至于“黑匣子”为什么这么叫,没人清楚,现在猜测是当时的所有电子设备都是使用黑色的盒子,所以这么叫。后来为了寻找方便,才要求将其单独涂成“橙色”。当然,现在的“黑匣子”不仅涂了橙色,还装有定位信标,可以在遇到一定冲击或者落水后发射一定频率的信号,以便救援人员定位。


好了传奇的飞机就讲到这里。再分享机长她的美图:
彗星4代的进气道

彗星4飞行的姿态,圆形的窗户非常明显

最后一张图是“彗星”的动力源泉,来自罗罗的Rolls-Royce Avon发动机。早期推力只有6500lbf

最最后要说明的是,直到1981年改进后的彗星4代还在载客运行,而最后一架“彗星号”最后一次飞行是在1997年的3月14号,好像离我们并不遥远——那时候香港才刚准备回归……

好了,就到这里,诸君晚安。



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