„De 777 is werkelijk een opmerkelijk vliegtuig”

Boeing test toestellen tot ze breken

Na wat lichte schokjes valt een van de vier motoren van de China Airlines 747 uit, op een comfortabele hoogte van 12.500 meter. Verder vliegen op drie motoren zou geen enkel probleem zijn. Echter, als de gezagvoerder de neus van het toestel iets laat zakken, verliest het vliegtuig alle stabiliteit. Het rolt naar links en dan weer naar rechts en even later staat het op zijn neus. Met een snelheid van 4750 meter per minuut boort meer dan 200 ton metaal, met daarin 274 mensen, zich door de wolken. De bemanning is volledig de kluts kwijt. Wie niet in de riemen zit, slingert door de cabine. Wie vastzit, kan door de zwaartekracht, die opeens vijf keer de sterkte heeft van die op aarde, geen vin verroeren.

Pas als de aarde weer in het vizier komt, krijgt de gezagvoerder zicht op boven en onder. Op dat moment klapt ook spontaan het landingsgestel uit. De deuren waar dat normaal achter schuilgaat, scheuren af als blocnoteblaadjes, maar de uitgeklapte metalen constructie houdt het. Het effect is bovendien dat, als door een wonder, het toestel weer terugkomt in een min of meer stabiele positie.

Op een hoogte van 2895 meter, op nog 40 seconden te gaan naar het aardoppervlak, krijgt de gezagvoerder het voor elkaar om het toestel weer te laten stijgen. Een uur later staat het zelfs veilig aan de grond. Weliswaar met hier daar wat schade. Belangrijke delen van besturingsvlakken bij de staart zijn afgerukt. De vleugels zijn deels gescheurd en verbogen. Maar de 747 had dan ook vijf keer de aardse zwaartekracht doorstaan, terwijl het toestel slechts ontworpen is op 2,5 keer die kracht.

„Het toestel stond bloot aan waarschijnlijk de zwaarste g-krachten die een vliegtuig van deze afmetingen ooit te verduren had en ook daadwerkelijk overleefde. Er had geen duidelijker bewijs van de sterkte van moderne verkeersvliegtuigen geleverd kunnen worden en de succesvolle uitkomst was een prachtig bewijs van het vakmanschap van de vliegtuigontwerpers”, schreef Stenley Stewart, een ervaren 747-vlieger en luchtvaartpublicist, destijds over de ervaring van zijn China Airline-collega's.

Zwaarste test
Timothy E. Hickcox, een van de specialisten op het gebied van certificering van nieuwe vliegtuigtypen bij de Amerikaanse bouwer Boeing, kan zich best voorstellen dat een toestel zich onder zulke extreme omstandigheden toch goed houdt. „In een van de zwaarste tests met een nieuw toestel moeten we voor de autoriteiten bewijzen dat het vliegtuig sterk genoeg is voor het maximale laadvermogen. We halen altijd die sterkte en we zorgen dat we daar ook nog overheen gaan”.

Dat heeft Boeing bewezen bij de bouw van de 777, een tweemotorig toestel voor 368 passagiers met een vleugelspanwijdte van 60,93 meter. Hickcox: „Dat is voor de ontwerpers een van de spannendste tests geweest. De autoriteiten eisen dat de vleugels 50 procent extra opwaartse druk kunnen weerstaan. Wij hebben voor die test bij de 777 geen computersimulatie gedaan, maar een echt toestel genomen en daarvan de vleugels onder steeds grotere opwaartse druk gebracht. Pas bij 154 procent versplinterden ze onder groot lawaai”.

Hickcox geeft toe dat zo'n test valt in de categorie 'eens en nooit weer'. „Zoiets kost natuurlijk een flinke hoeveelheid dollars. Maar iedereen, ook toekomstige klanten, is ervan overtuigd wat het toestel kan hebben en wij weten meteen hoeveel zwaarder we eventuele grotere varianten van de 777 nog kunnen maken zonder dat we de structuur voor zo'n toestel opnieuw hoeven te ontwerpen. We weten nu ook precies waar de structuur het eerst breekt en op welke punten we zeker geen veranderingen hoeven aan te brengen”.

Klinknagel
Geen enkele vliegtuigbouwer mag een nieuw type in de verkoop brengen als niet eerst de Federal Aviation Authority (FAA), voor Amerika, en de Joint Aviation Authority (JAA), voor Europa, daarvoor een certificaat hebben afgegeven. Voor Boeing houdt dit in dat de FAA vanaf de eerste montage van de eerste klinknagel over de schouder meekijkt. En wil de Amerikaanse bouwer het toestel eveneens graag in het Europese luchtruim zien, dan komt ook de JAA eraan te pas.

De eerste keer dat een nieuw type toestel klaar is voor de start verlaat het de baan nooit, zegt Hickcox. „We zijn dan nogal conservatief. De motoren draaien, de vliegers voeren het vermogen op, het toestel gaat rijden en het gaat steeds sneller, om aan het eind van de baan krachtig af te remmen. En dat is het dan. Het komt niet van de grond. We checken alleen zo veel mogelijk systemen”.

„Dan is er de eerste vlucht. Daar drommen mensen voor samen. Dat is een heel emotioneel moment; daar te staan en dan het toestel de lucht in te zien gaan. Voor veel mensen zit daar een jaar of drie van hun leven in. Ook dan zijn we weer heel conservatief”, stelt Hickcox. „Er zijn nogal wat eerste testvluchten waarbij we het landingsgestel niet ingetrokken hebben”.

Ook bij de volgende vlucht zijn er nog steeds zo min mogelijk mensen aan boord: twee, hooguit drie en zeker geen ambtenaren van de FAA. Hickcox: „Dan doen we de triltest. Daarvoor zetten we een vaan verticaal op de vleugel om daarmee het hele toestel of alleen de vleugel te laten vibreren. Op de grond hebben we dat ook al gedaan, dus we weten ongeveer hoe het toestel zich zal gedragen, maar we willen zekerheid dat er niets bijzonders gebeurt dat de structuur van de machine aantast. De triltest is niet zonder gevaar. We kunnen allerlei vibraties genereren, waarbij het effect op de vleugels of de romp steeds groter wordt. Daar zijn toestellen mee verloren gegaan. Ondere andere doordat een motor een te sterke trilling in de vleugel veroorzaakte, die uiteindelijk afbrak”.

IJs
Een nieuw toestel ondergaat altijd de zwaarste beproevingen in de lucht. Hickcox:

„Het was ergens in 1982 dat we met een 757 boven de Olympic Mountains in koude wolken vlogen om het effect van eventuele ijsvorming te zien”. De vliegers, inclusief een ambtenaar van de Transportraad, beleefden meer dan hun lief was. „Ze hoorden een harde knal en onmiddellijk daarop verandering van motorgeluid. Dat maakte de mensen toch wel bang. Ze konden niet lager gaan vliegen omdat ze in de Mountains zaten. Klimmen om boven de wolken uit te komen, wilden ze ook niet proberen, omdat ze twijfelden aan de conditie van de motoren”.

Na een spannende vlucht van nog ruim een halfuur slaagde de bemanning erin het toestel veilig aan de grond te zetten. Inspectie van de motoren toonde inderdaad ijsschade aan. Hickcox: „De ventilatorbladen waren verbogen en de toppen ervan zelfs verdraaid. Ook bij de luchtinlaat was duidelijk ijsschade zichtbaar. Nader onderzoek toonde aan dat het ijs niet van het toestel afkomstig was, maar van het uiteinde van de as waarop de bladen zijn bevestigd. Dat deel was bij dat type motor onverwarmd, zodat daar ijs kon aangroeien. Andere motoren hadden wel verwarming. De oplossing was eenvoudig. Ook bij dat type hebben ze toen een beetje warme lucht uit de motor naar de kop van de as geleid. We hebben hier veel van geleerd”.

Oceanen
Bij de certificatievluchten van de Boeing 777 was iedereen erg nieuwsgierig naar het uithoudingsvermogen van de motoren. De bouwer wilde hoe dan ook dat het tweemotorig toestel al vanaf de eerste levering gecertificeerd zou zijn voor langeafstandsvluchten over de oceanen. Dat stelt bijzondere eisen aan de motoren. Van een viermotorige 747 kan er nog eens eentje uitvallen, bij een tweemotorig toestel denkt ook een ervaren bemanning daar niet zo makkelijk over.

Boeing wilde de eerste 777 voor de eerste klant direct kunnen afleveren met een zogenaamd Etops-certificaat. Etops staat voor extended twin-engine operations, oftewel tweemotorige langeafstandsvluchten. Critici die er nog steeds niet van houden om met een tweemotorig toestel over een oceaan te vliegen, leggen de kreet Etops anders uit: engines turn or passengers swim: motoren draaien of passagiers zwemmen.

De Amerikaanse vliegtuigbouwer wilde bij de introductie van de 777 definitief met dit soort grappen afrekenen en onderwierp het toestel daarom aan een volgens Hickcox nog nooit eerder vertoond testprogramma. De maatschappij zette daarbij in totaal negen 777's in met motoren van alledrie de grote fabrikanten: Pratt & Whitney, General Electric en Rolls-Royce.

Binnen enkele maanden voerde een van die toestellen een zogenaamde 1000-cyclus-test uit. Hickcox: „Dat wil zeggen dat we in die korte tijd 1000 vluchten met de bijbehorende starts en landingen maakten in alle verschillende klimaten en weertypen. Die test was ver boven en buiten alle certificatie-eisen. In normale dienst heeft een toestel hier minstens een jaar voor nodig. De vluchttijd varieerde van een tot meer dan negen uur. In totaal vlogen we op acht vluchten 24 uur op slechts één motor”.

Etops-certificaten zijn er in soorten. Een toestel met een 60-minuten-certificaat mag zich nooit verder dan een uur vliegen vanaf de dichtstbijzijnde luchthaven bevinden. Boeing wilde een toestel „uit de doos” afleveren met een 180-minuten-goedkeuring. Normaal is, dat een nieuw type toestel eerst toestemming krijgt voor 60 minuten, zich dan in de praktijk bewijst en daardoor in de loop van de jaren een hoger certificaat krijgt.

Boeing ging echter vanaf het begin voor het 180-minuten-certificaat, om daarmee klanten een toestel te kunnen aanbieden dat vrijwel alle Oceanische en Pacifische routes kan vliegen. United Airlines nam op 7 juni 1995 de eerste 777 met dat predikaat in gebruik. De maatschappij vloog er als eerste mee over de Atlantische Oceaan op de route Londen-Washington. Tegenwoordig vliegt United als enige elke dag met een 777 van Schiphol naar Washington.

De FAA spreekt, onder meer vanwege de Etops-prestaties, van een „werkelijk opmerkelijk vliegtuig”.