Ha felszállunk egy mai utasszállítóra, szinte minden ugyanolyan természetesnek tűnik: keskeny folyosó, lehajtható asztalka, fejünk fölött poggyásztartó, mellettünk pedig egy ovális vagy erősen lekerekített ablak. Pedig az ablak formája egyáltalán nem dizájnkérdés. A repülés hőskorában készültek elegáns utasszállítók szögletesebb ablakokkal is. Az 1950-es években azonban két repülőgép minden előzetes figyelmeztetés nélkül szétszakadt a levegőben. A vizsgálat végül egészen az ablakok sarkaiig vezette vissza a mérnököket.
Aki életében legalább egyszer ült repülőgépen az ablak mellett, valószínűleg már megfigyelte, hogy az ablak valójában nem is igazán kerek. Inkább ovális, vagy egy téglalap, amelyről valaki gondosan eltüntette az összes éles sarkot, és ennek nagyon jó oka van.
Több mint tíz kilométeres magasságban az utasszállító belseje és a külvilág között hatalmas nyomáskülönbség alakul ki. Odakint olyan ritka a levegő, hogy megfelelő kabinnyomás nélkül az ember nem tudna normálisan lélegezni. A repülőgép ezért lényegében egy óriási, nyomás alatt tartott fémtartály, amely minden felszálláskor megfeszül, leszálláskor pedig ismét tehermentesül, majd másnap ugyanezt megteszi újra, akár több tízezerszer élete során.
Az FAA leírása szerint a modern utasszállítók kabinjában nagy repülési magasságon is jellemzően nagyjából 8000 lábnak – körülbelül 2400 méteres magasságnak – megfelelő légnyomást tartanak fenn. A törzs szerkezetének folyamatosan el kell viselnie a belső és külső nyomás közötti különbséget. A gép törzse ettől minden repülés során parányit kitágul, majd összehúzódik. Szabad szemmel ebből semmit sem veszünk észre, a fém azonban „emlékszik” minden egyes ciklusra, és itt kezdődött a baj a világ első sugárhajtású utasszállítójával.
A repülőgép, amely évekkel megelőzte a világot
1952 májusában szolgálatba állt a brit de Havilland Comet. A gép valóságos űrhajónak tűnhetett az akkori utasok szemében. Sugárhajtású volt, gyorsabban és magasabban repült a kor megszokott légcsavaros utasszállítóinál, az utastér pedig csendesebb és elegánsabb volt. A britek elsőként léptek be vele a sugárhajtású polgári repülés korszakába. A Boeing 707 és a Douglas DC-8 még nem uralta az eget. A Comet volt a jövő, és a jövőn nagy, szögletesebb ablakok voltak.
Kevesebb mint két évvel később, 1954. január 10-én a BOAC 781-es járata Rómából London felé tartott. A gép 27 ezer láb, vagyis több mint nyolcezer méter magasságon emelkedett, amikor a rádióadás hirtelen félbeszakadt. A Comet szétszakadt a levegőben, és Elba szigete közelében a Földközi-tengerbe zuhant, és a fedélzeten lévő 35 ember meghalt. A flottát ideiglenesen leállították, a gépeket átvizsgálták és módosították, de a pontos okot még nem ismerték. Márciusban ismét engedélyezték a repüléseket.
Április 8-án, alig néhány héttel később, egy másik Comet Rómából Kairóba indult. Körülbelül negyven perc elteltével, 35 ezer láb körüli magasságon ez a repülőgép is szétszakadt a levegőben. Huszonegy ember halt meg. Ekkor már nem lehetett véletlenről beszélni. A Cometek repülési engedélyét visszavonták, és megkezdődött a repüléstörténet egyik legkülönösebb baleseti vizsgálata.
Fogtak egy egész repülőgépet, és beletették egy víztartályba
A mérnökök előtt nehéz feladat állt. A gépek nagy része a tenger mélyére került, ráadásul egy olyan hibát kerestek, amely a földön álló repülőgépen nem feltétlenül volt látható. A brit Royal Aircraft Establishment Farnborough-ban végül szokatlan kísérletbe kezdett. Egy teljes Comet törzsét egy hatalmas víztartályba helyezték. A kabinba vizet pumpáltak, majd újra és újra változtatták a nyomást, miközben hidraulikus berendezésekkel a szárnyak repülés közbeni terhelését is utánozták. A RAF Museum adatai szerint így egy háromórás repülés terhelését mindössze tíz perc alatt tudták végigjátszani. Ha egy levegővel erősen túlnyomás alá helyezett törzs hirtelen felhasad, a felszabaduló energia rendkívül veszélyes. A víz sokkal kevésbé összenyomható, ezért a törés jóval kezelhetőbb módon következhetett be. A tesztgép korábban már 1230 nyomás alatti repülést teljesített. A tartályban további 1830 mesterséges „repülés” után a törzs végül feladta. Egy szögletes nyílás sarkánál repedt meg, és ekkor állt össze a kép.
Egy sarokban összegyűlik az erő
Ehhez nem kell mérnöknek lennünk. Képzeljünk el egy vékony műanyag zacskót. Ha valahol egy sima, egyenes felületen húzzuk, meglepően sokat kibírhat. Ha azonban ejtünk rajta egy apró bevágást, a szakadás könnyen pontosan onnan indul tovább. A repülőgép törzsében ugyanez jóval nagyobb erőkkel történik. A nyomás folyamatosan kifelé feszíti a kabin falát. Egy íves nyílás körül ez a terhelés viszonylag egyenletesen tud továbbhaladni az anyagban. Egy élesebb saroknál viszont koncentrálódik.
Az FAA szerint a Comet szögletesebb ablakainak és ablakkereteinek sarkainál a tényleges feszültség jóval nagyobb volt annál, mint amire eredetileg számítottak. A nyomásváltozás újra és újra ugyanazokat a pontokat terhelte, végül mikroszkopikus repedések jelentek meg a fémben. Először olyan kicsik lehettek, hogy senki nem látta őket. A következő repülésen egy kicsit tovább nőttek. Egyszer pedig elérkezett az a nyomásciklus, amelyet az anyag már nem bírt ki. A jelenség neve fémfáradás. A szó különösen találó: egy fémdarabnak nem kell egyszer akkora erőt kapnia, hogy azonnal eltörjön. Sok kisebb, ismétlődő terhelés is képes lassan létrehozni és növelni egy repedést. Ezért nem elegendő azt kérdezni egy repülőgépről, hogy kibír-e egy felszállást. Ki kell bírnia a tízezrediket is.
A híres szögletes ablak története
A Comet történetét gyakran úgy mesélik el, hogy „a szögletes utasablakok miatt zuhantak le a gépek”. A valóság érdekesebb. Az Elba közelében lezuhant Comet roncsain végzett vizsgálatok szerint a katasztrofális repedés egy, a törzs tetején lévő szögletes ADF-ablak környezetéből indult. A víztartályban vizsgált másik törzs egy szögletes menekülőnyílás sarkánál adta meg magát, egy korábbi próbatörzs pedig kabinablak mellett repedt el.
A közös pont tehát nem egyetlen bizonyos utasablak volt, hanem a szögletes nyílások környezetében kialakuló nagy feszültségkoncentráció és az ismételt kabinnyomás okozta fémfáradás. Az FAA a Comet egyik legfontosabb biztonsági tanulságaként ma is külön kiemeli ezt. A balesetekhez ráadásul a korabeli tesztelési módszer egy különös hibája is hozzájárult. A de Havilland kifejezetten szigorúan tesztelte a prototípust, csakhogy ugyanazt a törzset előzőleg a normális üzemi nyomásnál jóval nagyobb terhelésnek is kitették. Ez megváltoztatta a fém tulajdonságait az érzékeny területeken, így a későbbi fárasztási vizsgálat jobb eredményt mutatott, mint amire a sorozatgyártású repülőgépeknél számítani lehetett. A szabályokat később ennek a tapasztalatnak a nyomán is módosították. A repülésbiztonság történetében ritkán látszik ennyire tisztán, hogy egy katasztrófa hogyan változtat meg egy egész iparágat.
Nézzünk meg ma szinte bármilyen Airbus vagy Boeing utasszállítót. Az ablak lehet kisebb vagy nagyobb, nyújtottabb vagy tömzsibb, de éles, derékszögű sarkokat nem találunk rajta. A görbület lehetővé teszi, hogy a törzsben keletkező erők sokkal egyenletesebben fussanak körbe a nyílás körül. Nincs egyetlen sarok, ahol ugyanaz a terhelés olyan erősen összpontosulna, mint a régi konstrukcióknál. Léteznek szigorú ellenőrzési programok, meghatározott élettartamok, repedésvizsgálatok és úgynevezett fail-safe szerkezeti követelmények. Az FAA ma külön előírásokban foglalkozik a nyomás alatt álló repülőgépek ablakainak és azok rögzítésének tervezésével.
A Comet tragédiái után a repülőgépgyártók már egészen más tudással tervezték a következő sugárhajtású generációt. A Boeing 707, a Douglas DC-8 és a későbbi Comet 4 ablakai már erősen lekerekített formát kaptak, és a forma velünk maradt.
Ha már legközelebb az ablakot nézzük, érdemes keresni rajta valami mást is. Sok utasszállító ablakának alsó részén látható egy apró lyuk. Első pillantásra nem túl bizalomgerjesztő. Tízezer méter magasan az ember általában nem szeret lyukat találni maga mellett a repülőgépben, pedig pontosan ott kell lennie. Egy modern repülőgép ablaka több átlátszó rétegből áll. Az Airbus műszaki leírása szerint a külső és a belső szerkezeti ablaktábla külön-külön is képes elviselni a maximális üzemi kabinnyomásból eredő terhelést. Normális repülés során alapvetően a külső tábla viseli a nyomáskülönbséget. A belső szerkezeti rétegen található kis szellőzőnyílás beengedi a kabin levegőjét a két réteg közé, így a belső tábla két oldalán közel azonos nyomás alakul ki. Emiatt normál esetben nem azt terhelik minden felszálláskor és leszálláskor a nyomásciklusok. Ha viszont a külső réteg meghibásodna, a belső szerkezeti tábla át tudja venni a terhelést és segít megtartani a kabinnyomást. Vagyis az a pici lyuk, amely elsőre úgy néz ki, mintha valaki rossz helyen fúrta volna meg a repülőgép ablakát, éppen a biztonságos működésének része.
A megtalált repedések végül nemcsak a Cometet változtatták meg, megváltoztatták azt is, hogyan gondolkodik a repülőgépipar a nyomás alatt álló törzsekről, a fémfáradásról, a teljes élettartamot szimuláló vizsgálatokról és a szerkezeti nyílások kialakításáról. Ezért amikor ma egy utasszállítón kinézünk az ovális ablakon a felhőkre, egy több mint hetven éve megtanult mérnöki szabályt látunk magunk előtt, a sarok nem hiányzik véletlenül.
Forrás: FAA Comet, RAF Museum és Science Museum Group Comet-archívum
