Aloha-Flug 243 (1988): Ermüdung und Korrosion an Überlappungsstößen

Am 28. April 1988 verlor die Boeing 737-200 von Aloha-Airlines-Flug 243 auf einem Inselflug in Hawaii in 24000 ft (etwa 7300 m) Höhe einen Teil des oberen Rumpfes, und es kam zu einer explosionsartigen Dekompression. Das Flugzeug landete auf der nahen Insel Maui, eine Flugbegleiterin kam jedoch ums Leben. Versagt hatte ein Überlappungsstoß der Rumpfbeplankung: Die Klebung hatte sich gelöst, und von den Nietlöchern waren viele Ermüdungsrisse ausgegangen. Als wahrscheinliche Ursache nannte das NTSB, dass das Instandhaltungsprogramm diese Schäden nicht entdeckt hatte.

Was geschah

Datum

28. April 1988

Ort

Nahe Maui, Hawaii, USA (Flug von Hilo nach Honolulu)

Flugzeug

Boeing 737-200 (Fertigungsnummer 152), bis dahin 35496 Flugstunden und 89680 Flüge

Opfer

Von 89 Passagieren und 6 Besatzungsmitgliedern wurde eine Flugbegleiterin aus dem Flugzeug gerissen und gilt als tot; 8 Personen wurden schwer verletzt

Schaden

Etwa 18 ft (etwa 5,5 m) Beplankung und Struktur hinter der Kabineneingangstür oberhalb des Fußbodens lösten sich

Untersuchung

U.S. National Transportation Safety Board (NTSB), Bericht NTSB/AAR-89/03

Ablauf und Ergebnisse der Untersuchung

Flug 243 war ein Inselflug von Hilo auf der Insel Hawaii nach Honolulu. Als das Flugzeug 24000 ft erreichte, lösten sich Beplankung und Struktur des oberen Rumpfes auf etwa 18 ft Länge hinter der Kabineneingangstür, und es kam zu einer explosionsartigen Dekompression. Die Besatzung leitete einen Notabstieg ein und landete auf dem Flughafen Kahului auf Maui.

Das NTSB stellte als wahrscheinliche Ursache fest, dass das Instandhaltungsprogramm von Aloha Airlines erhebliche Klebeablösungen und Ermüdungsschäden nicht entdeckt hatte; dies führte schließlich zum Versagen des Überlappungsstoßes an der als S-10L bezeichneten Stelle und zur Ablösung des oberen Rumpfes. Als beitragende Faktoren wurden genannt: unzureichende Überwachung der Instandhaltung, dass die FAA (US-Luftfahrtbehörde) in der Lufttüchtigkeitsanweisung AD 87-21-08 nicht die von Boeing vorgeschlagene Prüfung aller Überlappungsstöße vorschrieb, und dass es für die Probleme der kaltgeklebten Überlappungsstöße früher 737 (geringe Dauerhaftigkeit der Klebung, Korrosion, frühzeitige Ermüdungsrisse) keine vollständige abschließende Abhilfe gab.

Die Ursachenkette aus werkstofftechnischer Sicht

Bei frühen 737 (bis zur Fertigungsnummer 291) wurden die Überlappungsstöße der Rumpfbeplankung mit einem Gewebe (Scrim) geklebt, das mit einem bei Raumtemperatur aushärtenden Klebstoff getränkt war (Kaltklebung). Fertigungsprobleme führten zu zufällig verteilten schwachen und teils gar nicht geklebten Stellen und machten die Verbindungen korrosionsanfällig. Drang Feuchtigkeit in abgelöste Bereiche ein, breitete sich die Ablösung weiter aus.

Nach dem Versagen der Klebung trugen die Niete die Lasten aus dem Kabinendruck. Die Senkungen für die Nietköpfe reichten durch die gesamte Blechdicke, sodass am Loch eine dünne Messerkante und eine höhere Spannungskonzentration als üblich entstanden. Deshalb bildeten sich an vielen benachbarten Nietlöchern Ermüdungsrisse (Multiple Site Damage, MSD), und kleine Risse wuchsen zu einem langen, kritischen Riss zusammen. Bei der Sichtprüfung wurden Risse gefunden, die von den Löchern der obersten Nietreihe ausgingen.

Entstehung und Wachstum von Ermüdungsrissen hängen von der Zahl der Flüge (Druckwechsel) ab, nicht von den Flugstunden, und die Flugzeuge von Aloha flogen etwa doppelt so viele Zyklen pro Zeit, wie Boeing angenommen hatte. Korrosion an Überlappungsstößen war erstmals 1970 gemeldet worden, und bei Prüfungen der Flotte nach dem Unfall wurden entlang der Überlappungsstöße Aufwölbungen, gelockerte Niete und Blasen im Lack gefunden.

Zur Deutung der Ursache: Eine studentische Arbeit (Hashmi) vermutet, dass Chloride aus der küstennahen Einsatzumgebung wahrscheinlich Lochkorrosion auslösten und Korrosion und Schwingungsrisskorrosion vorantrieben. Die wahrscheinliche Ursache nach dem NTSB ist, dass das Instandhaltungsprogramm die Klebeablösungen und Ermüdungsschäden nicht entdeckte.

Die Merkmale, die zur Ursache führten

• Risse wachsen mit der Zahl der Flüge (Druckwechsel), nicht mit den Flugstunden, und dieses Flugzeug flog etwa doppelt so häufig wie angenommen Belastung: Wechselnde Last (Schwingu…
• An vielen benachbarten Nietlöchern waren Ermüdungsrisse entstanden (Multiple Site Damage) Aussehen von Bruchfläche und Rissen
• Korrosion der Überlappungsstöße und durchfeuchtete Klebeablösungen Umgebung: Wasser, Feuchtigkeit oder…
• Die Beplankung bestand aus Aluminium, 0,036 in (etwa 0,9 mm) dick Werkstoff: Aluminiumlegierung
• Das Flugzeug hatte 89680 Flüge hinter sich Zeit bis zum Versagen: Jahre oder länger

Navigator mit den Merkmalen dieses Falls öffnen

Öffnet man den Navigator mit diesen Merkmalen, stehen Schwingungsrisskorrosion und Ermüdung an der Spitze. Schwingungsrisskorrosion steht wegen der Merkmale Feuchtigkeit und Korrosion vorn; die wahrscheinliche Ursache nach dem NTSB ist jedoch, dass Klebeablösungen und Ermüdungsschäden nicht entdeckt wurden – Schwingungsrisskorrosion als solche wird dort nicht festgestellt.

Zugehörige Schadensarten: Ermüdung / Schwingungsrisskorrosion

Was sich danach änderte: Konstruktion, Vorschriften und Prüfung

• Programme zur Korrosionsverhütung und -überwachung wurden Pflicht.
• Die Lufttüchtigkeitsanweisungen AD 2002-07-08 und AD 2002-07-11 schrieben vor, bestimmte Beplankungsbereiche an Überlappungsstößen der Boeing 737 auszubauen und zu ersetzen.
• Die Bauvorschrift für Verkehrsflugzeuge 14 CFR 25.571 (Amendment 96) verlangte fortan die Berücksichtigung von Widespread Fatigue Damage (WFD, großflächige Ermüdungsschäden) und Nachweise aus Ermüdungsversuchen in Originalgröße.
• Eine Vorschrift zur Bewertung von Reparaturen an Druckrümpfen und eine endgültige Vorschrift zu großflächigen Ermüdungsschäden wurden erlassen.

Lehren

• Eine Struktur, die auf Klebung beruht, bleibt nur sicher, wenn Prüfung und Instandhaltung den Zustand der Klebung bestätigen.
• Prüfprogramme müssen auf einem gründlichen Verständnis des Ermüdungsverhaltens der Konstruktion beruhen: wo, nach wie vielen Zyklen und welche Art von Rissen auftreten.
• Ein bekanntes Ermüdungsproblem allein mit wiederholten Prüfungen zu beherrschen, hat Grenzen; eine abschließende Abhilfe wie der Austausch von Teilen ist vorzuziehen.
• Die Auslegungsannahme „ein Riss wird an einem Rissstoppband (Tear Strap) aufgehalten, die Beplankung klappt auf, und der Schaden ist offensichtlich“ gilt nicht mehr, wenn viele Risse gleichzeitig wachsen.
• Nach dem Unfall wurden an vielen Flugzeugen desselben Typs Risse an Überlappungsstößen gemeldet: Das Problem betraf nicht nur ein einzelnes Flugzeug.