De Havilland Comet: история первого реактивного лайнера

2 мая 1952 года De Havilland Comet — первый в мире реактивный пассажирский самолёт — выполнил первый регулярный рейс: из лондонского Хитроу в Йоханнесбург (ЮАР). Лайнер British Overseas Airways Corporation (BOAC) нёс 36 пассажиров на высоте 12 000 метров, вдвое выше, чем любой серийный пассажирский самолёт того времени. Крейсерская скорость составляла около 720 км/ч — почти вдвое больше, чем у поршневых конкурентов.

Comet опережал американских производителей на несколько лет и должен был закрепить за Великобританией лидерство в послевоенной гражданской авиации. Однако этого не произошло: две катастрофы 1954 года остановили программу и передали инициативу Boeing. Но расследование этих катастроф изменило авиастроение фундаментально.

Предыстория: почему Британия

Решение строить реактивный лайнер было принято ещё во время войны. В 1943 году британское правительство создало комитет под руководством лорда Брабазона для планирования послевоенного гражданского авиафлота. Комитет исходил из того, что Великобритания, уступавшая США в массовом производстве поршневых самолётов, может вырваться вперёд за счёт новых технологий. Реактивный двигатель, созданный в Англии Фрэнком Уиттлом, давал для этого техническую основу.

De Havilland, один из ведущих британских авиастроителей, получил контракт на разработку реактивного лайнера в 1946 году. Главный конструктор Рональд Бишоп спроектировал самолёт с четырьмя двигателями De Havilland Ghost, интегрированными в корневую часть крыла. Такое размещение снижало аэродинамическое сопротивление и уменьшало асимметрию тяги при отказе двигателя — решение, которое на тот момент выглядело инженерно безупречным.

Прототип Comet совершил первый полёт 27 июля 1949 года. Лётные испытания заняли почти три года. В январе 1951 года самолёт получил сертификат типа — первый в мире для реактивного пассажирского лайнера.

Конструкция Comet 1

Comet 1 — первая серийная модификация семейства De Havilland Comet — представлял собой цельнометаллический низкоплан с герметичным фюзеляжем и стреловидным крылом умеренной стреловидности (около 20°). Четыре турбореактивных двигателя De Havilland Ghost 50 тягой по 22,2 кН каждый размещались попарно в корневых частях крыла. Максимальная крейсерская скорость составляла около 720 км/ч на высоте 12 000 метров. Дальность полёта — порядка 2 400 км с полной загрузкой, что требовало промежуточных посадок на дальних маршрутах.

Салон вмещал от 36 до 44 пассажиров в зависимости от конфигурации. По сравнению с поршневыми современниками — Lockheed Constellation или Douglas DC-6 — Comet предлагал принципиально иной уровень комфорта: полёт над погодой на эшелонах, недоступных для конкурентов, низкий уровень вибраций и существенно меньшее время в пути.

Герметичный фюзеляж был спроектирован с расчётным перепадом давления 0,57 атмосферы — значительная величина для того времени. На высоте 12 000 метров давление в салоне соответствовало высоте около 2 400 метров, что обеспечивало комфорт пассажиров. Конструкция фюзеляжа использовала работающую обшивку из алюминиевого сплава, скреплённую заклёпками. Иллюминаторы имели прямоугольную форму со скруглёнными углами — деталь, которая позднее окажется критически важной.

Триумф: первые два года

Коммерческая эксплуатация Comet началась 2 мая 1952 года рейсом BOAC из Лондона в Йоханнесбург с промежуточными посадками в Риме, Бейруте, Хартуме, Энтеббе и Ливингстоне. Перелёт занял 23 часа 30 минут — почти вдвое меньше, чем на поршневых лайнерах. Публика и пресса были в восторге. Билеты на Comet раскупались задолго до вылета.

К 1953 году BOAC выполняла рейсы на Comet в Южную Африку, Индию, Цейлон, Сингапур и Токио. Заказы на самолёт поступали от Air France, Canadian Pacific, Japan Air Lines, авиакомпаний Латинской Америки. Британская авиапромышленность впервые за послевоенные годы опережала американскую — Boeing и Douglas только начинали проектировать свои реактивные лайнеры.

За первые два года эксплуатации произошло несколько инцидентов и катастроф, которые поначалу объяснялись ошибками экипажей или неблагоприятными условиями. В октябре 1952 года Comet потерпел катастрофу при взлёте в Риме — самолёт не смог оторваться от полосы. В марте 1953 года аналогичная катастрофа произошла в Карачи. Обе были связаны с техникой пилотирования и особенностями поведения самолёта на малых скоростях. Эти события вызвали беспокойство, но не поставили под сомнение конструкцию как таковую.

Катастрофы 1954 года

10 января 1954 года рейс BOAC 781 вылетел из Рима в Лондон. Через 26 минут после взлёта, на высоте около 8 000 метров над Средиземным морем вблизи острова Эльба, самолёт разрушился в воздухе. Все 35 человек на борту погибли. Обломки упали в море.

BOAC приостановила полёты на Comet для проверок. Ничего очевидного обнаружено не было. Самолёты вернулись в строй через два месяца после внесения ряда модификаций — усиления конструкции и доработок топливной и электрической систем.

8 апреля 1954 года рейс South African Airways, выполнявшийся самолётом BOAC, вылетел из Рима в Каир. Через 33 минуты после взлёта связь прекратилась. Самолёт разрушился в воздухе над Средиземным морем вблизи Неаполя. Погибли все 21 человек на борту. Обстоятельства были практически идентичны январской катастрофе.

После второй катастрофы сертификат типа Comet был отозван. Все самолёты этого типа прекратили полёты.

Расследование: усталость металла и квадратные иллюминаторы

Расследование стало крупнейшей инженерной экспертизой в истории авиации на тот момент. Его возглавил Арнольд Холл, директор Королевского авиационного исследовательского центра в Фарнборо (RAE). Со дна Средиземного моря были подняты обломки январской катастрофы — около 70% конструкции, что позволило восстановить картину разрушения.

Параллельно в Фарнборо провели беспрецедентный эксперимент: целый фюзеляж Comet поместили в огромный бак с водой и подвергли циклическому нагружению давлением, имитируя герметизацию и разгерметизацию в полёте. После 3 057 имитированных полётных циклов (вдобавок к 1 221 реальному, которые фюзеляж уже налетал) обшивка разрушилась. Трещина зародилась в углу иллюминатора.

Причиной обеих катастроф стала усталость металла (Metal Fatigue) — явление, при котором материал разрушается под воздействием циклических нагрузок, значительно меньших предела прочности. При каждом наборе высоты фюзеляж расширялся под давлением, при снижении — сжимался. Эти циклы создавали микроскопические трещины, которые постепенно росли.

Критическим местом оказались углы иллюминаторов. Прямоугольная форма окон создавала концентрацию напряжений в углах — точки, где нагрузка многократно превышала среднюю по обшивке. Именно в этих точках зарождались и распространялись усталостные трещины. Когда трещина достигала критической длины, фюзеляж разрушался взрывообразно за доли секунды.

Дополнительным фактором стала технология сборки. Обшивка Comet крепилась на заклёпках, отверстия под которые пробивались штамповкой (punching), а не сверлились. Штампованные отверстия имели микротрещины по краям, которые становились точками зарождения усталостных повреждений. Современные методы предусматривают сверление с последующей зенковкой — технология, ставшая стандартом во многом благодаря урокам Comet.

Последствия для авиастроения

Расследование катастроф Comet привело к фундаментальным изменениям в проектировании пассажирских самолётов. Овальные иллюминаторы с плавными скруглениями заменили прямоугольные на всех последующих типах — именно поэтому окна современных лайнеров имеют характерную округлую форму. Концепция «безопасного ресурса» (Safe Life) была дополнена концепцией «допустимого повреждения» (Damage Tolerance): конструкция стала проектироваться так, чтобы трещина могла существовать и расти, но не привела к разрушению до очередной инспекции.

Были разработаны новые стандарты усталостных испытаний. Каждый новый тип самолёта теперь проходил полный цикл наземных ресурсных испытаний — фюзеляж нагружали десятками тысяч циклов давления до того, как самолёт получал сертификат. Появились методики периодических инспекций обшивки, включая рентгенографию и ультразвуковую дефектоскопию. Интервалы между проверками рассчитывались на основе скорости роста трещин — подход, который лежит в основе современных программ технического обслуживания.

Boeing, начавший проектирование модели 367-80 (прототипа будущего 707) параллельно с эксплуатацией Comet, учёл все результаты расследования. Фюзеляж 707 имел овальные иллюминаторы, сверлёные отверстия под заклёпки и значительно больший запас прочности по усталости. Опыт Comet фактически стал бесплатным — и чрезвычайно дорогим — учебным пособием для всей мировой авиаиндустрии.

Судьба Comet после катастроф

De Havilland не прекратил работу над самолётом. Глубоко переработанная версия Comet 4 с усиленным фюзеляжем, овальными иллюминаторами и более мощными двигателями Rolls-Royce Avon вышла на линии BOAC в октябре 1958 года. 4 октября Comet 4 выполнил первый регулярный трансатлантический реактивный рейс Лондон — Нью-Йорк, опередив Boeing 707 на три недели.

Однако техническое преимущество 707 было подавляющим: больше пассажиров, больше дальность, ниже себестоимость кресла. Comet 4 продолжал летать в BOAC до 1965 года и дольше у других операторов, но коммерческого успеха не добился — было построено всего 76 машин Comet 4 всех модификаций. Для сравнения: Boeing 707 разошёлся тиражом более 1 000 экземпляров.

Конструкция Comet получила развитие в морском патрульном самолёте Hawker Siddeley Nimrod, который служил в Королевских ВВС Великобритании до 2011 года. Это единственный случай, когда планер первого реактивного лайнера оставался в строю более полувека — пусть и в военной роли.

Значение Comet

Comet стоил жизни 110 людям в двух катастрофах над Средиземным морем. Британская авиапромышленность потеряла лидерство, которое перешло к Boeing и впоследствии к Airbus. Однако расследование этих катастроф создало инженерную базу, на которой строится безопасность всех современных самолётов: усталостные испытания, концепция допустимых повреждений, периодические инспекции обшивки, овальные иллюминаторы. Округлая форма окон в любом современном лайнере — прямое следствие того, что произошло с Comet в 1954 году.