Bakgrunn

Fly har en del likheter med skip, og mange begreper innen luftfart er hentet fra skipsfarten. Hastighet måles i knop og distanse angis i nautiske mil. Flyet er utstyrt med ror, propeller, lanterner og navigasjonsinstrumenter. Fartsmåleren måler hastigheten gjennom luftmassen, på samme måte som et skips fartsmåler viser fart gjennom vannet. Et skip holder seg flytende uten å bruke energi, mens et fly må bevege seg gjennom luftmassen for å få løft. Både aerodynamisk løft og luftmotstand øker med kvadratet av hastigheten – dess høyere hastighet, dess mer energi kreves for å drive flyet fremover.

Luftfarten har et omfattende regelverk, og alle aktører har sine regler og prosedyrer å forholde seg til. Mye av regelverket er relatert til sikkerhet og effektiv trafikkavvikling. Både flygeledere og piloter evalueres regelmessig for å opprettholde sine sertifikater. Selv om både fly og regelverk er i kontinuerlig endring, er det meste likt i dag som det var i 1989. Piloter og flygeledere snakker fortsatt samme fraseologi på radio, radionavigasjonsutstyret er fortsatt i bruk, og Convair CV-580 flyr fortsatt i kommersiell trafikk. Dette gjør at det med dagens kunnskap og informasjonskilder er fullt mulig å ettergå en ulykke som skjedde langt tilbake i tid.

De fleste komponenter i et fly har redundans, slik at bortfall av én komponent ikke blir kritisk. Alle kritiske instrumenter finnes i dobbelt sett, og instrumentene har også delvis overlappende funksjoner. Dette gjør at man ved å kryssjekke instrumentene kan avdekke instrumentfeil.

Når man studerer en ulykke i ettertid, må man bruke all tilgjengelig informasjon og kryssjekke den mot andre kilder. Dersom man eksempelvis ikke har tilgang til lydopptak fra cockpit eller radiokommunikasjon, må man forsøke å bruke andre informasjonskilder for å forstå hva som har skjedd.

I forbindelse med Partnair-ulykken fungerte ikke Cockpit Voice Recorder (CVR), noe som gjør det vanskelig å vite hva pilotene tenkte og gjorde. Ved å studere data fra radar og Flight Data Recorder (FDR), og kombinere det med logikk og kunnskap om hvordan piloter er trent, er det likevel mulig å danne seg et bilde av hvordan hendelsesforløpet kan ha vært.

Flight Data Recorder (FDR) er en av «de sorte boksene» som sendes inn til analyse etter at de har blitt funnet på havaristedet. FDR-dataene har en tidsangivelse basert på antall minutter siden take-off, og blir referert til som «FDR-tid».

Gruppepolarisering

«Gruppepolarisering, betegner det at medlemmer i en gruppe ofte ender opp med mer ekstreme synspunkter og tar mer ekstreme valg enn de ville gjort individuelt.

Om individene i en gruppe har en tendens til å ta valg med høy risiko, vil de som gruppe ifølge dette prinsippet ta enda mer risikofylte valg. Er individene i gruppen derimot reserverte i forhold til en avgjørelse, blir de gjerne mer reserverte etter diskusjon seg imellom. Polariseringen kan altså gå i begge retninger.

Uttrykket ble først brukt av sosialpsykologene Serge Moscovici og Marisa Zavalloni på slutten av 1960-tallet. Tidligere hadde James Stoner brukt betegnelsen «risky shift» om det at en gruppes avgjørelse vil kunne være mer risikofylt enn gjennomsnittet av gruppens medlemmer tilsa. Moscovici og Zavalloni fant at holdninger generelt blir mer ekstreme innen grupper.» (Svartdal, 2021)

I denne saken er to fly involvert, og begge hadde et større mannskap i cockpit enn normalt. F-16-flyet var en skoleversjon med to piloter, i det som i utgangspunktet er et ensetet jagerfly. «Risky shift»-prinsippet kan bidra til å forklare hvorfor et mannskap på to foretok et forbipasseringsstunt som de som enkeltindivider kanskje ikke ville gjennomført.

For Partnair-flyet kan det samme prinsippet ha påvirket beslutningsprosessen. Det var nemlig en mekaniker i cockpit sammen med de to pilotene. Å ha en mekaniker til stede vil naturlig nok påvirke beslutningsprosessen ved feilsøking, spesielt når problemet kan være knyttet til motorer og propeller. Med tre personer som diskuterer kan det ta lengre tid å komme til en beslutning, og det kan også påvirke hvorvidt man velger å være føre var og avbryter flygningen, eller om man fortsetter for å evaluere videre.

Basic Fighter Maneuvers (BFM)

En av hovedoppgavene til et jagerfly er å kunne nedkjempe andre jagerfly. For å gjøre dette må pilotene være godt trent på å manøvrere jagerflyet for å komme i posisjon til å skyte ned motstanderen. Denne typen luftkamp kalles «dogfight».

«Basic fighter maneuvers (BFMs) are the building blocks of fighter tactics. They may be classified as primary maneuvers, which can be performed without regard to an adversary (e.g., accelerations, climbs, turns), and relative maneuvers, which must be described or performed in relation to another aircraft. The physics and techniques involved in most primary maneuvers are discussed in the Appendix and therefore are not covered here. No guts, no glory. If you are going to shoot him down, you have to get in there and mix it up with him. Major Frederick C. "Boots" Blesse, USAF 10 Victories, Korean Conflict» (Shaw, 1985, side 62)

«The merge» er punktet hvor to jagerfly møtes og luftkampen kan starte. Dersom to jagerfly flyr mot hverandre, vil de i praksis fly rett mot hverandre og passere på kloss hold.

«Nose-to-nose and nose-to-tail turns are two options of fighters meeting in forward-quarter passes. Figure 2-11 graphically defines these maneuvers. As can be seen from this illustration, the names are fairly descriptive. In the first case, one fighter turns left, across the tail of its opponent, while the other turns right, away from its adversary, so that the two fighters again approach in a nose-to-nose fashion. In the second, each pilot chooses to cross the other's tail, resulting in a nose-to-tail relationship. In choosing the nose-to-nose turn, one pilot turns away from his opponent at the pass.» (Shaw, 1985, side 77–78)

Fysikk

Selv om luftfarten har et omfattende lovverk, er det de fysiske lovene som er absolutte og som all flygning må innrette seg etter. Målet med dette avsnittet er å gi bakgrunnsinformasjon om fysikktemaer som er relevante for granskingen av Partnair-ulykken.

Sjokkbølger

Fly er designet for å tåle svært store krefter, spesielt med tanke på kraftig turbulens. Når et fly beveger seg gjennom en luftmasse med varierende vindstyrke og vindretning, vil løftet på vingene variere. Endringer i løftet medfører «humper» og «risting» i flyet. For å redusere effekten av turbulens må hastigheten reduseres.

Turbulens har vært kjent for flydesignere siden luftfartens begynnelse, men påvirkningene av supersonisk hastighet fikk man først erfaring med etter at Chuck Yeager ble den første til å bryte lydmuren i oktober 1947. På midten av 1950-tallet kom de første jagerflyene som kunne fly over lydens hastighet. Convair CV-240 fløy første gang i 1947, og en videreutviklet versjon (CV-340) så dagens lys i 1951. Convair CV-580 er en CV-340 som ble konvertert fra stempelmotor til turboprop. (Convair CV-240 Family, Wikipedia)

Eventuelle designprinsipper som gjør flykonstruksjoner bedre beskyttet mot effekten av supersoniske sjokkbølger var trolig ikke kjent for designerne av Convair CV-240, CV-340 og CV-580. Flytypen ble designet før man hadde fly som kunne fly supersonisk, og man hadde derfor liten kunnskap om sjokkbølger fra supersonisk flyging.

Energien i sjokkbølger avtar raskt med avstand. En liten eksplosjon kan eksempelvis være relativt ufarlig på noen meters avstand, men kan være dødelig på kloss hold. På tilsvarende måte vil en supersonisk sjokkbølge kunne ha helt andre konsekvenser dersom kilden er nær enn dersom den er lenger unna.

«Unlike solitons (another kind of nonlinear wave), the energy and speed of a shock wave alone dissipates relatively quickly with distance. When a shock wave passes through matter, energy is preserved but entropy increases. This change in the matter's properties manifests itself as a decrease in the energy which can be extracted as work, and as a drag force on supersonic objects; shock waves are strongly irreversible processes.» (Shock Wave, Wikipedia)

På avstand høres et fly som bryter lydmuren som rumlende tordenskrall. På nært hold vil det derimot høres ut som et dobbelt piskeslag.

«There is a rise in pressure at the nose, decreasing steadily to a negative pressure at the tail, followed by a sudden return to normal pressure after the object passes. This "overpressure profile" is known as an N-wave because of its shape. The "boom" is experienced when there is a sudden change in pressure; therefore, an N-wave causes two booms – one when the initial pressure rises reaches an observer, and another when the pressure returns to normal. This leads to a distinctive "double boom" from a supersonic aircraft. … Duration of sonic boom is brief; less than a second, 100 milliseconds (0.1 second) for most fighter-sized aircraft and 500 milliseconds for the space shuttle or Concorde jetliner. The intensity and width of a sonic boom path depend on the physical characteristics of the aircraft and how it is operated.» (Sonic Boom, Wikipedia)

Invers-kvadratisk lov

I denne saken er fysiske lover knyttet til distanse og energioverføring helt essensielle: Energi i form av bølger – i lys, vann og luft – avtar med avstand. Dette skyldes at en gitt mengde energi spres utover et stadig større område. I praksis betyr dette at dess nærmere man er energikilden, dess større energimengde mottar man. Halverer man distansen, firedobles energimengden.

«In science, an inverse-square law is any scientific law stating that the observed "intensity" of a specified physical quantity is inversely proportional to the square of the distance from the source of that physical quantity.» (Inverse-Square Law, Wikipedia)

Dette er avgjørende med tanke på hvor nær F-16 var. Dersom man tar utgangspunkt i at F-16 passerte 2000 fot unna, er energimengden fra en sjokkbølge kun én fjerdedel av det den er ved 1000 fot. Ergo kan man ikke argumentere for at en nærpassering på 2000 fot er ufarlig, og derav slutte at F-16 ikke kan ha skadet Partnair-flyet selv om det fløy nærmere. En passering med 100 fot separasjon vil gi en overført energimengde som er 400 ganger større enn ved en passering med 2000 fot separasjon.

Flutter

Flutter – udempede svingninger i rorene – skaper kraftige vibrasjoner i hele flyet. Det virker utenkelig at flutter gradvis skal ha oppstått av seg selv, uten at pilotene oppdaget det. Gitt at det ikke er skader på flyets konstruksjon, vil flutter ikke oppstå uten at hastigheten er langt over flyets sertifiserte maksimalhastighet.

«Roder konstrueras så att fladder aldrig kan inträffa under normal drift. Om hastigheten ökas utöver 'den kritiska fladderhastigheten' beörjar rodret definitionsmässigt svänga 'av sig själv'.» (Lind, 1999, side 31)

For å komme opp i hastigheten som trengs for at flutter oppstår i rorene, er flyet avhengig av å stupe. Om Partnair-flyet gikk inn i et ukontrollert stup slik at flutter oppstod og rorene ble revet i stykker, er det utenkelig at flyet senere var på 21 000 fots høyde slik NATOs radardata viser. Et høydetap på kun 1000 fot vil ikke gi flyet tilstrekkelig hastighet til å utvikle flutter.

«It is clear therefore that the right elevator had moved up and down well beyond its limits for hundreds of cycles. … The oscillations had to have occurred over a long period of time, i.e. greater than ½ minute, because frequencies of even 4 or 5 per second would require more than 40 seconds to cause the hundreds of cycles revealed. It is therefore apparent that both the left and right elevators developed abnormal gyrations over a significant period of time, causing both to fail.» (Accident Investigation & Research, 1992, side 15–16)

Om det begynner å oppstå flutter i rorene, er første bud å redusere hastigheten. At flutter oppstod i horisontalflyging og fortsatte i mer enn 40 sekunder uten at pilotene reduserte hastigheten, er helt usannsynlig. Den eneste logiske forklaringen er at pilotene ikke kunne redusere hastigheten fordi flyet var i et stup som følge av at det hadde rollet og at kontrollen over flyet var tapt.

Hastighet og høyde

Et F-16 jagerfly har en enormt stor motorkraft i forhold til flyets vekt. Dette gjør at det kan oppnå høy hastighet selv under klatring eller i horisontalflyging. For et passasjerfly som Convair 580 er det derimot begrenset hvor fort flyet kan fly rett frem, ettersom motorene er dimensjonert for hva flyet tåler. Marsjfart for Convair 580 ligger tett oppunder flyets maksimale sertifiserte hastighet, og da brukes maksimal kontinuerlig motorkraft. Dette er noe lavere ytelse enn det som brukes for takeoff og klatring, hvor man har et kraftuttak som kun kan benyttes i en begrenset tidsperiode.

Flyet er sertifisert for en gitt hastighet, med en sikkerhetsmargin utover dette. Overskrides både den sertifiserte hastigheten og sikkerhetsmarginen, kommer man inn i et område hvor flutter kan oppstå i rorene. For å nå denne hastigheten kreves det mer enn hva motorene klarer å levere i horisontalflyging – med andre ord: flyet må stupe. Det kan sammenlignes med å rulle nedover en bakke på sykkel; man taper høyde og får større bevegelsesenergi.

Dette er viktig fordi Partnair-flyet fløy på 22 000 fot. For at flutter skal oppstå i rorene, må flyet ha vært i et stup og dermed ha mistet flere tusen fot i høyde. Dette er avgjørende når man vurderer høydeangivelser i radardata for den siste delen av flygningen. Det er fysisk umulig at flyet fløy i marsjhøyde og samtidig utviklet flutter – flyet må ha mistet betydelig høyde først.

Radar

I både sivil og militær sammenheng er radar et uvurderlig verktøy. Den sivile lufttrafikktjenesten trenger radaren for å kunne separere fly fra hverandre.

Primærradar

Den sivile lufttrafikktjenesten er avhengig av sekundærradaren, men primærradaren utgjør et viktig supplement. Primærradaren baserer seg på radarrefleksjoner – den sender ut et radarsignal og registrerer det som reflekteres tilbake. Den krever ingen aktiv medvirkning fra flyet.

«This type of radar (called a primary radar) can detect and report the position of anything that reflects its transmitted radio signals including, depending on its design, aircraft, birds, weather and land features. For air traffic control purposes this is both an advantage and a disadvantage. Its targets do not have to co-operate, they only have to be within its coverage and be able to reflect radio waves, but it only indicates the position of the targets, it does not identify them. When primary radar was the only type of radar available, the correlation of individual radar returns with specific aircraft typically was achieved by the controller observing a directed turn by the aircraft. Primary radar is still used by ATC as a backup/complementary system to secondary radar, although its coverage and information is more limited.» (Secondary Surveillance Radar, Wikipedia)

Sekundærradar

Sekundærradaren er hovedverktøyet for sivil lufttrafikktjeneste. Den er avhengig av at flyet har en transponder som aktivt svarer på forespørsler fra bakkestasjonen. Transponderen svarer med en transponder-kode og trykkhøyde (mode C). Kallesignalet til flyet registreres sammen med transponder-koden i radarsystemet, noe som gjør at flygelederen får opp posisjon, høyde og kallesignal på sin skjerm.

Dersom transponderen i flyet skrus av, vil ikke denne informasjonen vises på radarskjermen lenger. Avhengig av dekning kan primærradaren fortsatt detektere flyet og vise det som et punkt på skjermen, men uten høyde eller identifikasjon. Uten en aktiv transponder vil et fly være tilnærmet usynlig for en flygeleder. Militæret kan ikke utelukkende basere seg på sekundærradar, ettersom militære fly slår av transponderen på oppdrag. De må derfor bruke primærradar.

«The need to be able to identify aircraft more easily and reliably led to another wartime radar development, the Identification Friend or Foe (IFF) system, which had been created as a means of positively identifying friendly aircraft from unknowns. This system, which became known in civil use as secondary surveillance radar (SSR), or in the US as the air traffic control radar beacon system (ATCRBS), relies on a piece of equipment aboard the aircraft known as a "transponder." The transponder is a radio receiver and transmitter pair which receives on 1030 MHz and transmits on 1090 MHz. The target aircraft transponder replies to signals from an interrogator (usually, but not necessarily, a ground station co-located with a primary radar) by transmitting a coded reply signal containing the requested information.» (Secondary Surveillance Radar, Wikipedia)

Transponder-kode

«Air traffic control units use the term "squawk" when they are assigning an aircraft a transponder code, e.g., "Squawk 7421". Squawk thus can be said to mean "select transponder code" or "squawking xxxx" to mean "I have selected transponder code xxxx".

The transponder receives interrogation from the Secondary Surveillance Radar on 1030 MHz and replies on 1090 MHz.» (Transponder (Aeronautics), Wikipedia)