Ошибки при строительстве

Вчера, попался текст про трагические ошибки. Есть там и ошибки при проектировании.
Решил тут запостить, может кому интересно будет.

Шесть небольших расчётных ошибок, повлекших за собой грандиозные трагические события

​

Детям, читающим эту статью, в сущности, мы хотим сказать только одну вещь о взрослой жизни: если вы допустите даже одну маленькую ошибку, кому-то она будет стоить жизни.

Не верите нам?

Давайте мы поделимся с вами историями о ничего, на первый взгляд не значащих, ошибках дизайна.

# 6 Крушения авиалайнеров "Комета" связанное с квадратными иллюминаторами фюзеляжа.

​

В 50-х годах 20-го века авиакомпании ещё только делали первые шаги в реактивной авиации, возглавлял лидерскую гонку первый серийный реактивный авиалайнер "Comet", производимый авиастроительной компанией De Havilland.

На тот момент для всех это было в диковинку, все эти новые возможности, такие как герметичная кабина, что позволяло летать самолётам выше и быстрее, чем самолётам дореактивной эпохи.

К сожалению, в 1954 году, две "Кометы" рассыпались посреди полета, без всякой к тому видимой причины. Погибли 56 человек. Оглядываясь назад, можно сказать название "Комета" было неудачным выбором.

Позднее выяснилось, что столь плачевные последствия повлёк за собой просто смешной недостаток - лайнер имел квадратные смотровые окна.

​

Это такая вещь, которую легко упустить из виду (конструкторы прозевали, скажем), но легко доступна к пониманию, будучи однажды объяснена.

Взять например шоколадный батончик Kit Kat. Если бы вас спросили, где этот самый батончик, скорее всего, сломается, при приложенном к нему усилии?

​

Прямо по углублениям, это же очевидно, ведь именно для этого они и предназначены. И естественно никому и в голову не придёт изготавливать ответственные силовые конструкции из набора элементов подобных батончикам Kit Kat.

В нашем мире, у любого квадратного окна имеется четыре угла по 90 градусов, каждый из которых является потенциально слабым местом.

Вы не нуждаетесь в схемах или графиках, чтобы убедиться в этом - если стены вашего дома кирпичные или, например, оштукатурены, просто выйдите на улицу и посмотрите на них с внешней стороны. Вы обнаружите там как минимум микротрещины, исходящие хотя бы из одного такого угла.

​

В прикладном проектировании, такие элементы, как угол (или углубление в Kit Kat), называются "точка концентрации напряжений", то есть таким местом, в котором объект, наиболее вероятно разрушится в условиях нагрузок.

​

Таким образом, если вы конструируете самолёты, перед вами встает вопрос - как же избежать удручающего финала?

Вы, наверное, замечали, что на каждом самолёте, где вам доводилось бывать, иллюминаторы, в которые вы смотрели, имели закругленные углы?

Эти скругления практически единственное, что предотвращает деформации и как следствие неминуемое разрушение самолёта в воздухе, прямо как в той сцене из фильма "Бойцовский клуб".

В скруглениях напряжения распределяются по всем точкам вдоль округлой кривой, а не концентрируются в точке, где находится вершина угла. В противном случае (как выяснилось), напряжения в той самой точке, будут стремиться друг от друга и со временем образуют трещины.

Поверьте, это не было так очевидно, как кажется. Эксперты никак не могли взять в толк, почему самолёты разваливаются, пока не проверили конструкцию путем многократной имитации давления в кабине.

Разумеется, фюзеляж в конечном счете лопнул, как низкосортный контрабандный презерватив, и разрушение началось именно с трещин по углам иллюминаторов.

​

Представители Boeing и Douglas впоследствии заявили, что их инженеры также не подозревали о подвохе, и что если бы "Комета" не стала первой, то, несомненно, крушение бы потерпел лайнер одной из этих конкурирующих на мировом рынке компаний.

С тех пор, квадратные иллюминаторы самолётов имеют закруглённые углы.

#5 Крушение истребителей на прямой взлетно-посадочной полосе "допотопных" авианосцев

​

Совсем не обязательно быть пилотом, чтобы догадаться, что посадка на авианосец действительно нетривиальная задача. Такая короткая взлетно-посадочная полоса, заполненная другими самолётами, к тому же беспрестанно подпрыгивающая на волнах. Надо иметь ввиду ещё и целый набор инструментов, компьютеры и сигналы, которые помогают управлять самолётом буквально в сантиметровой шкале.

У ранних самолётов этого конечно не было.

Но была и другая проблема ...

Маленький смешной дефект:
Вот так выглядели первые авианосцы. Вряд ли он мог бы быть проще, так ведь?

​

Это просто плавающая взлетно-посадочная полоса. Как бы вы еще оформили такое судно? Можно сказать, что такая посудина была своего рода фабрикой самоубийц.

Как можно увидеть, самолёты ожидающие взлета располагаются на противоположном конце взлетно-посадочной полосы, в то время как вы пытаетесь сесть на неё.

Если вы не успеете вовремя остановиться, вы породите адский огненный шар.

Но суметь вовремя остановиться не так то просто - поймать тормозящий трос (зацепившись за который самолёт останавливается) было нелёгким делом.

В поисках приемлемого решения, командование авианосцев поступило в соответствии с карикатурной логикой. Были установлены сеточные барьеры, чтобы остановить самолёт, если тот так и не смог зацепиться ни за один трос. Тем не менее, не было такой уж редкостью для самолётов, чтобы подпрыгнуть над барьером.

​

И в чём же вы думаете была блестящая инновация, которая позволила сделать посадку на авианосец гораздо безопаснее?

Они загнули взлетно-посадочную полосу на угол около девяти градусов.

​

Не смейтесь - потребовались годы, чтобы прийти к этому. Хотя некоторые из величайших технологических достижений в истории, в том числе полеты в космос и расщепление проклятого атома, вышли из разработок времён Второй Мировой войны, мы не думали о том, чтобы загнуть часть полетной палубы вплоть до 1952 года. До этого, каждая такая посадка была потенциальной возможностью "въехать в задний бампер" другому самолёту.

На загнутой палубе, самолёт, который пропустил тормозящие тросы мог дать полный газ, снова взлететь и сделать новый заход на посадку. Самолеты, ожидающие взлёта, неподалёку от носа корабля, от греха подальше убирались с пути.

​

Кроме того, загнутая палуба позволила реализовать такое тактическое преимущество, как одновременный взлёт и посадка самолётов, тогда как во время Второй Мировой войны, при посадке самолёта на палубу, взлёт другого приходилось откладывать и наоборот. Кто знает, сколько жизней можно было бы спасти, появись эта идея на лет 10 раньше.

#4 Падение тяжёлых воздушных переходов из-за (казалось бы) несущественного изменения дизайна

​

Обдумывая новое заведение, намеченное к постройке в центре города Канзас-Сити, милейшие люди из сети отелей Hyatt Regency хотели под завязку нафаршировать его комфортом и различными экстраординарными особенностями.

Архитекторы фирмы отвечавшей за проектирование здания, придумали многоуровневые воздушные переходы, подвешенные к потолку, с которых можно было обозревать холл и наблюдать за находящимися в нём людьми. В принципе, эти мостики были довольно популярными среди постояльцев и гостей отеля...

Пока они вдруг не рухнули, погубив более ста человек.

​

Просто смешной дефект:
Одна длинная стойка был заменена на две короткие.

Существует один принцип, непреложный для человеческой природы, заключающийся в том, что люди всегда предпочитают путь наименьшего сопротивления (к примеру, "если вы можете уйти незакончив работу, воспользуйтесь этим").

​

Первоначальный план заключался в том, что два перехода располагавшиеся непосредственно друг над другом, должны были опираться на одну очень длинную стойку, которая крепилась в потолке.

Выглядело это следующим образом:

Выглядит довольно просто, не так ли?

Вся конструкция висит на одном длинном стержне, что делает её прочной, но также доставляет головную боль, при производстве и сборке - стержень проходит через мостики, а затем крепится в потолке.

В целом, с большими отрезками труднее работать - ведь что проще, перевезти целиком собранный письменный стол в ваш дом или стопку небольших деталей?

На стержне к тому же необходимо нарезать резьбу на всем протяжении длины, чтобы можно было накрутить упорную гайку до места крепления первой платформы.

Надо стремиться к упрощению производственных операций, не так ли?

Таким образом, сталелитейной компанией получившей контракт на изготовление подвесов, были сделаны изменения в конструкции. Она просто делала два коротких вместо одного длинного подвеса, как показано ниже.

​

Итак: легче в производстве, проще в установке, работает точно так же.

Верно?

Это мизерное видоизменение убило 114 человек, ранило более 216, и стоило 140 миллионов долларов в судебных процессах.

Взгляните на первое изображение снова.

​

Одна стойка, две гайки. Каждая гайка несёт вес собственной платформы. И это правильно, потому как гайка (также как и резьбовой сварной подвес) и была формально рассчитана, чтобы нести вес всего лишь одной платформы.

Теперь гляньте на второе изображение. Видите гайку, которую промаркирована надписью "Вот дерьмо"?

​

Одна гайка несёт на себе вес обеих платформ, и все обреченные туристы фактически удерживаются только благодаря ей.

Скажете, что это очевидно, да? Примите наши поздравления, потому что никто из специалистов задействованных в том проекте, ни в одной компании, не обнаружил этот подводный камень.

И вот, как то заполночь во время танцевального конкурса, критично перегруженная, промаркированная гайка просто раскололась, и переходы рухнули вниз.

​

В ходе последующих судебных разбирательств, выяснилось, что ни сталелитейная компания, ни инженерные фирмы, участвовавшие в строительстве даже не потрудились сделать не сложные резервные расчеты, которые показали бы им этот вопиющий недостаток.

 

Шесть небольших расчётных ошибок, повлекших за собой грандиозные трагические события. Часть 2

​

№ 3. Сотни смертей из-за дверной петли ночного клуба.

​

Если Вы бывали в Бостоне в 30-х и 40-х, и не являлись законченным ботаником, Вы определённо должны были хаживать в ночной клуб Coconut Grove. В известном смысле, это было самое злачное место в городе, и не было таких, кто там ни разу не был. Так вот, иногда было немного тесно, народу набивалось туда как сельди в бочку, а заведение им в этом всемерно потакало. Бывало, людей там находилось в два раза больше, чем позволяла вместимость помещения (а это 460 человек), такое было в День рождения нашего дедушки.

Люди были более жесткими и самостоятельными тогда! Там не было предупреждающих надписей и повсюду наклеенных плакатов по соблюдению безопасности, и все прекрасно без них обходились.

​

До 1942 года, когда в пожаре погибло 492 человека.

Но дело в том, что большинство из этих людей погибли не в результате пожара, а если быть точнее, из-за дверных петель.

Просто смешной промах:
Помощник официанта пытался наощупь отыскать розетку, в результате долгих, бесплодных попыток, желая, наконец, добраться до неё, он зажег спичку. И, по случайной неосторожности поджог причудливые древесные декорации, до смешного легко воспламеняющиеся. Клуб моментально был охвачен дымом и пламенем.

Пожар распространился настолько быстро, что потом, некоторые жертвы были обнаружены по-прежнему сидящими, и всё ещё сжимающими свои напитки в руке.

​

Из многочисленных нарушений безопасности, в том числе переполненности и декораций в ночном клубе из сухой хвои, был один фатальный недостаток, на который вы бы даже не обратили внимание: а именно, все двери открывались внутрь здания.

На главном входе была вращающаяся дверь, которая сразу же застопорилась людьми, которые пытались выбраться наружу, поэтому остальные устремились в другие выходы.

Но, напирающей сзади толпой были прижаты к дверям так сильно, что не могли их открыть. Пожарные и судмедэксперты подсчитали, что если бы те двери открылись, более 300 человек могли бы выжить.

​

К сожалению, это не в первый раз (и видимо не в последний), когда причиной гибели людей в пожарах, становятся открывающиеся внутрь двери.

Театр Ирокез (Iroquois Theater, 1903), Лэйквью гимназия (Collinwood school fire, 1908), Швейная фабрика "Трайангл" (Triangle Shirt Waist Factory, 1911), Беверли Хиллз Супер Клуб (Beverly Hills Supper Club, 1977) и Дюпон Плаза Отель (Dupont Plaza Hotel, 1986) всё это примеры пожаров повлекших массовые смерти, связанных с проклятыми, открывающимися в неверную сторону дверями.

Если вы считаете, что у вас появилась параноидальная склонность проверять в какую сторону открывается ближайшая дверь, не волнуйтесь зря - мы тоже проверяем.

# 2. Разрушение Моста через пролив Такома, вследствие избыточной парусности.

​

Мост через пролив Такома считался блистательным образцом инженерной мысли, пока он не рухнул в пролив, убив собаку, оставленную своим паникующим владельцем в машине (который, видимо, не слишком то и запаниковал, потому, как всё же прихватил из машины свой фотоаппарат и снимал всю эту чертовщину).

​

"Не бойся, Snoopy! Это будет похоже на поездку на ярмарку!"

Среди студентов инженерных и физических факультетов, этот случай является буквально хрестоматийным примером того, чего не следует делать. А также примером того, что если вам удастся испортить что-то и взаправду большое, никто и никогда этого не забудет. Так что же случилось с этим мостом?

Малюсенький недостаток:
Мост не имел отверстий.

Вы же замечали, какими хлипкими иногда выглядят большие мосты? Вы можете буквально видеть сквозь них:

​

Вы, наверное, думаете, что так поступают потому, что подрядчики нанимают очень дешевых строителей, а также хотят сэкономить сталь. Но на самом деле причина в другом: чтобы ветер проходил в эти отверстия и таким образом уменьшалась ветровая нагрузка на всю конструкцию.

Независимо от того, как крепко соединены элементы структуры, мост всё равно будет двигаться под давлением ветра. Бурдж-Халифа (это то самое здание, на котором болтается Том Круз в новом фильме Миссия невыполнима) может колебаться почти до двух метров в ветреные дни. Вы должны учитывать это при проектировании.

Мост через пролив Такома не связывался с этим дерьмом. Не было у него никаких отверстий для ветра:

​

Ну, за исключением вот этого маленького, больше ни одного.

С самого начала, люди знали, что кое-что было. Всякий раз, когда поднимался сильный ветер, налетающий воздух улавливался двутавровыми балками и мост трясло, как пустую жестянку. Настил моста при этом поднимался и опускался на десятки сантиметров, и пересечение моста больше смахивало на катание на водяном матрасе.

Его крутило и дергало так сильно и часто, что от местных жителей он получил прозвище "Скачущий Герти".

Что было еще хуже, нередко случалось, что ветер дует с силой необходимой, чтобы мост начал вибрировать на своей собственной частоте: особо опасная ситуация.

Догадываясь, что у мостов не должно быть приступов эпилепсии, и пытаясь исправить ошибки проектирования, штат нанял инженера с профессорской степенью.

Среди предложенных им решений, была и идея сверления отверстий в некоторых двутавровых балках, чтобы ветер мог пройти через них не возбуждая мост.

Легко исправимо, можно делать ставки, как-то даже глупо не додуматься об этом раньше.

Но до того, как эта или даже другая идея была принята, мост рухнул.

​

"Вы знаете, что действительно безопасно? Не строить мосты вовсе!"

Через десять лет мост восстановили. И взгляните ка, видите ли вы небольшие различия в конструкции:

​

# 1. "Титаник" пошёл ко дну, поскольку центральный винт не имел обратного хода.

​

Существует масса теорий о том, что гибель "Титаника" можно было бы предотвратить.

От тех, кто говорит, что капитан должен был просто протаранить айсберг в лоб вместо того, чтобы пытаться обойти его, до твердящих о том, что не следовало дразнить Бога до своего первого рейса, потому что фальшивая четвёртая труба на самом деле представляла из себя сатанинский рог.

​

Но в силу человеческой глупости, большая часть критики фокусируется на ужасающей нехватке средств обеспечения безопасности, но есть один невразумительный недостаток, который был специально разработан.

Невзрачный изъян:
Центральный винт не работал в реверсивном режиме.

У "Титаника" было три паропроводных винта. Внешние два управляемые поршневыми двигателями и центральный винт приводимый в движение паровой турбиной. Паровые турбины имеют преимущество в сравнении со своими поршневыми коллегами.

Они меньше в размерах и более эффективны, но есть и недостаток, паровые турбины - односторонние, то есть пар течет в них только вперёд, и вал может вращаться в одну сторону.

​

Выглядит это, как будто вы пытаетесь заставить винт идти против часовой стрелки. Естественно, этого не случится при всём желании. Поэтому, когда первый помощник Мэрдок, чтобы избежать столкновения с айсбергом переключил силовую установку на полный обратный ход, внешние винты завертелись в другую сторону, в то время как центральный просто остановился (достоверно отображено в фильме).

Вобщем-то такой режим имеет смысл, ведь когда вы даёте задний ход, вы не хотите, чтобы один из ваших винтов по-прежнему толкал вас вперёд. Тем не менее, центральный винт "Титаника" находился непосредственно перед рулем, частично его закрывая, что означает уменьшенную подачу воды, на руль, и понятно затрудняло управление судном.

​

То, что действительно требовалось.

Если бы центральный гребной винт был спроектирован таким образом, чтобы он работал в реверсивном режиме (или, если бы у всех винтов не было обратного хода вообще), то нужно признать весьма вероятным, что корабль мог бы полностью избежать столкновения с айсбергом, спасти жизни 1514 людей и восьми собак.

 

Хорошая статья. Поучительная.