Планер Schempp Hirth Nimbus 4: Описание и характеристики

Введение

Немецкий одно- или двухместный планер, 1990 год.

Schempp Hirth Nimbus 4 – это семейство высокопроизводительных планеров класса FAI Open Class, разработанное Клаусом Холигаусом и производимое компанией Schempp Hirth Flugzeugbau GmbH в Кирхейме, Германия. Первый полет Nimbus 4 состоялся в 1990 году.

Проектирование и разработка

Семейство Nimbus 4 является прямым развитием своих предшественников, представляющих собой наиболее высокопроизводительные модели в линейке продукции Schempp Hirth – Nimbus 2 и Nimbus 3. Всего по состоянию на 2010 год было произведено 44 одноместных и 100 двухместных планеров. Стреловидность крыла изменяется по размаху, который увеличен до 26,5 метров. Коэффициент удлинения крыла составляет 38,8. Фюзеляж также удлинен и оснащен увеличенным рулем направления. Производитель заявляет, что этот планер имеет аэродинамическое качество лучше 60:1 при оптимальной скорости планирования 110 км/ч (59 узлов), что означает, что он может пролететь более 60 километров по курсу на каждые 1000 метров потерянной высоты в спокойной атмосфере. Существует двухместная версия – 4D, а также моторные планеры с турбодвигателями (обозначение T) или двигателями для самостоятельного взлета (обозначение M).

Нимбус-4ДМ

Nimbus 4DM типичен для конструкции Nimbus 4, за исключением различий в конфигурации кабины и силовой установки, а также связанных с этим ограничений по эксплуатации. Это двухместный высокопроизводительный моторизованный планер, построенный из композиционных материалов на основе волокнистого пластика (FRP), оснащенный полноразмерными органами управления полетом и Т-образным хвостовым оперением (с фиксированным горизонтальным стабилизатором и двухсекционным рулем высоты). В процессе производства используется ручная укладка слоев композитных материалов и эпоксидных смол. Размах крыла составляет 26,5 метров (87 футов) и состоит из трех секций с каждой стороны: концевой, внешней и внутренней. Внутренние секции соединяются с фюзеляжем, а внешние секции крыла – с внутренними примерно в 3,8 метра за корневой хордой фюзеляжа. Оболочки крыла имеют конструкцию сэндвича из углеродного волокна/пенопласта с одним основным лонжероном, выполненным из решетчатой структуры из стекловолокна/пенопласта и углеродных волоконных фланцев. Одинарный щелевой закрылок проходит по всей длине внутренней секции крыла. Три секции элеронов (внутренняя, центральная и внешняя) расположены на внешней секции крыла, а четвертый элерон, предназначенный для минимизации эффекта неблагоприятной рыскания, прикреплен к крыльевой концевой части. Передний фюзеляж (кабина) выполнен из ламината из кевлара, углеродного и стекловолокна, усиленного двойной обшивкой по бокам с интегрированной рамой фонаря и фланцами для крепления сиденья. Цельнолитой фонарь откидывается вбок и открывается вправо. Задняя часть фюзеляжа выполнена из монолитной оболочки из чистого углеродного волокна, усиленной шпангоутами из углеродного волокна/пенопласта и стекловолоконными нервюрами. Горизонтальный стабилизатор выполнен из сэндвича из стекловолокна/пенопласта с углеродным волокном в качестве усилителя. Половины руля высоты представляют собой гибридный композит (углеродное и стекловолокно) в виде монолитной оболочки. Вертикальный стабилизатор выполнен по технологии сэндвича из углеродного волокна/пенопласта. Цельный руль направления выполнен из сэндвича из стекловолокна/пенопласта. Управление полетом осуществляется посредством тяг, за исключением руля направления, который управляется тросами. Nimbus 4DM оснащен жидкостным двигателем Bombardier Rotax 535C мощностью 44 кВт с ременной передачей с передаточным числом 3:1. Силовая установка размещена в фюзеляже сразу за крылом. Электрический шпиндельный привод (винтовой домкрат) поднимает и выдвигает вперед пилон винта из моторного отсека. В сложенном состоянии силовая установка скрыта двумя дверями, установленными на задней части фюзеляжа. Винтовой домкрат крепится между фюзеляжем и верхней передней частью пилона таким образом, что при втягивании (укорачивании) домкрата пилон поднимается и выдвигается вперед в летное положение. Nimbus 4DM установил мировой рекорд скорости на дистанции 500 км – 306,8 км/ч (190,6 миль/ч), что превышает его VNE. Этот рекорд был установлен Клаусом Ольманом и Матиасом Гарсией Маццаро 22 декабря 2006 года.

The Nimbus 4DM is typical of the Nimbus 4 design, except for variations in cockpit and powerplant configuration and associated operating limitations. It is a 2 seat, high performance motorized glider, constructed from fiber reinforced plastic (FRP) composites, featuring full span flight controls and a T tail (with fixed horizontal stabilizer and two piece elevator). The manufacturing process uses a hand lay up of composite material plies and epoxy resins. The wing's 26.5 meter (87 foot) span consists of three sections per side, consisting of a wing tip, outboard section, and inboard section. The inboard sections mate at the fuselage and the outer wing sections mate with the inboard sections approximately 12.6 feet outboard of the fuselage root chord. The wing shells are a carbon fiber/foam core sandwich construction with one main spar constructed of a glass fiber/foam core shear web and carbon fiber spar flanges. A single vane flap spans the entire inboard wing section. Three sections of ailerons (that is, inboard, center, and outboard) span the outboard wing section with a fourth aileron, used to minimize the effects of adverse yaw, attached to the wing tip. The forward fuselage (cockpit) is constructed of Kevlar, carbon and glass fiber laminate, reinforced by a double skin on the sides with integrated surrounding canopy frame and seat pan mounting flanges. The single piece canopy hinges sideways and opens to the right. The aft fuselage section is constructed of a pure carbon fiber monolithic shell, stiffened by carbon fiber/foam core bulkheads and glass fiber webs. The horizontal stabilizer is constructed of glass fiber/foam core sandwich with carbon fiber reinforcements. The elevator halves are a hybrid composite (carbon and glass fiber) monolithic shell. The vertical stabilizer is carbon fiber/foam core sandwich construction. The single piece rudder is constructed of glass fiber/foam core sandwich. The flight controls are all push/pull tubes except for the rudder, which is controlled via cables. The Nimbus 4DM is powered by a liquid cooled 44 kW Bombardier Rotax 535C engine with a 3:1 belt reduction drive. The powerplant is housed in the fuselage immediately aft of the wing. An electrically driven spindle drive (jackscrew) extends the propeller pylon upwards and forward from the engine bay. When stowed, two doors mounted to the rear fuselage conceal the powerplant. The jackscrew is attached between the airframe and the upper forward end of the pylon such that when the jackscrew is retracted (shortened) the pylon is pulled upwards and forward into its flight position. A 4DM holds the world record for speed over a 500 km course 306.8 km/h (190.6 mph) which is in excess of its VNE. It was flown by Klaus Ohlmann and Matias Garcia Mazzaro on 22 December 2006.

История несчастных случаев

Следователи Национального совета по безопасности на транспорте США (NTSB) запросили информацию у немецкого Luftfahrt Bundesamt (LBA), немецкого эквивалента Федерального управления гражданской авиации США (FAA), об истории аварий с Nimbus 4DM в связи с аварией, произошедшей в 1999 году вблизи города Минден, штат Невада, в которой погибли оба пилота. В этой аварии планер разрушился в полете на этапе восстановления после выхода из управляемого полета при маневрировании в условиях термической активности. Свидетели в других планерах, наблюдавших начало развития аварии, сообщили, что планер находился в крутом вираже, как будто набирал высоту в термике, когда он вошел в спираль. При угле тангажа вниз в 45 градусов скорость быстро увеличивалась, пока планер не совершил два полных оборота. Затем вращение прекратилось, полет стабилизировался по курсу северо-восток, а нос планера опустился еще ниже, почти в вертикальное положение (что соответствует технике выхода из штопора, описанной в Руководстве по летной эксплуатации (AFM)). Планер был замечен выравнивающим свое положение, с крыльями, изогнутыми вверх, и законцовками крыльев, поднимающимися выше, когда наружные секции крыльев отделились от планера, крылья разрушились, а фюзеляж упал на землю. Несколько свидетелей оценили, что угол отклонения крыла достиг 45 градусов или более до разрушения крыльев. Исследование обломков показало, что левая и правая наружные секции крыла разрушились симметрично в двух местах. В этом случае NTSB установил, что "вероятной причиной этой аварии стало чрезмерное использование пилотом руля высоты при восстановлении после непреднамеренного входа в штопор и/или спиральное пикирование, в результате чего планер превысил максимально допустимую скорость, что привело к перегрузке крыльев при нагрузках, превышающих предельные проектные нагрузки конструкции". На тот момент в Федеральном бюро расследования авиационных происшествий (BFU), немецком эквиваленте NTSB, было зарегистрировано три предыдущих происшествия по всему миру. Первое – посадка с пробегом без пострадавших, произошедшая 4 сентября 1994 года в Файенсе, Франция. Второе – столкновение с землей при взлете 27 июля 1997 года в Фуэнтемиланосе, Испания, в результате которого погибли два человека. Третье происшествие, произошедшее 13 июня 1999 года в Люссе, Германия, привело к травмам двух пилотов во время попытки взлета из-за отделения горизонтального стабилизатора от хвостового оперения сразу после отрыва от земли. Следователи NTSB узнали о другом происшествии с участием Nimbus 4DM, которое произошло в Испании вскоре после аварии в Миндене, штат Невада. По данным Комиссии по расследованию авиационных происшествий и инцидентов гражданской авиации, испанского эквивалента NTSB, планер разрушился в полете после превышения скорости Vne. Согласно предварительной информации, предоставленной испанскими властями, пилот заявил, что находился в вираже, когда сильный термический поток вызвал вход планера в крутое спиральное пикирование. Пилот не смог вывести самолет из спирали, и воздушная скорость быстро превысила Vne. Затем пилот сообщил, что правое крыло разрушилось, и он катапультировался. BFU зарегистрировала четыре инцидента/аварии с одноместными версиями. Известно о трех случаях посадок вне аэродрома без пострадавших, и одна смертельная авария произошла в результате столкновения с горой. Кроме того, во время тренировок к чемпионату мира по планеризму в Новой Зеландии в 1995 году Nimbus 4 (принадлежащий французским ВВС) был уничтожен в результате разрушения в воздухе. Планер вошел в волновое облако, потерял управление и разрушился на скорости более 400 км/ч (максимально допустимая скорость, или "Vne", составляет 285 км/ч, а расчетная скорость пикирования, или "Vd", – 324 км/ч). Пилот выжил, катапультировавшись. По данным LBA, "насколько нам известно, ни один из зарегистрированных инцидентов/аварий не указывал на техническую неисправность".

U. S. National Transportation Safety Board (NTSB) investigators queried the German Luftfahrt Bundesamt (LBA), Germany's equivalent of the U. S. Federal Aviation Administration (FAA), regarding the accident history of the Nimbus 4DM in conjunction with a 1999 accident near Minden, Nevada where both occupants of the aircraft were killed. In this accident, the glider broke up in flight during the recovery phase after a departure from controlled flight while maneuvering in thermal lift conditions. Airborne witnesses in other gliders who saw the beginning of the accident sequence said the glider was in a tight turn, as if climbing in a thermal, when it entered a spiral. With a 45 degree nose down attitude, the speed quickly built up as the glider completed two full rotations. The rotation then stopped, the flight stabilized on a northeasterly heading, and the nose pitched further down to a near vertical attitude (this is consistent with the spin recovery technique specified in the Aircraft Flight Manual (AFM)). The glider was observed to level its attitude, with the wings bending upward and the wing tips coning higher, when the outboard wing tip panels separated from the glider, the wings disintegrated, and the fuselage dived into the ground. Several witnesses estimated that the wing deflection reached 45 degrees or more before the wings failed. Examination of the wreckage disclosed that the left and right outboard wing sections failed symmetrically at two locations. In this case, the NTSB determined "that the probable cause of this accident was the pilot's excessive use of the elevator control during recovery from an inadvertently entered spin and/or spiral dive during which the glider exceeded the maximum permissible speed, which resulted in the overload failure of the wings at loadings beyond the structure's ultimate design loads." At the time there were three previous accidents worldwide on file with the Federal Bureau of Aircraft Accidents Investigation (BFU), Germany's equivalent of the NTSB. The first was a non injury long landing accident in Fayence, France, on 4 September 1994. The second involved a collision with the ground during takeoff in Fuentemilanos, Spain, on 27 July 1997, which resulted in two fatalities. The improper installation of the horizontal stabilizer led to the third accident in Lüsse, Germany, on 13 June 1999, in which two occupants were injured during an attempted takeoff when the stabilizer separated from the empennage just after liftoff. NTSB investigators became aware of another accident involving a Nimbus 4DM that occurred in Spain shortly after the Minden, Nevada, accident. According to the Comisión de Investigación de Accidentes e Incidentes de Aviación Civil, Spain's equivalent of the NTSB, the glider broke up in flight following a high speed excursion beyond Vne. According to preliminary information supplied by the Spanish authorities, the pilot stated they were in a turn when a heavy thermal caused the glider to enter a steep descending spiral. The pilot could not recover the aircraft from the spiral and the airspeed quickly exceeded Vne. The pilot then reported that the right wing failed and he bailed out. The BFU has recorded four incidents/accidents with the single seat versions. Three events are known of non injury accidents during off field landings, and one fatal accident was due to collision with a mountain. Additionally, during training for the World Gliding Championships in New Zealand in 1995, a Nimbus 4 (owned by the French Air Force) was destroyed in a midair breakup accident. The glider entered a wave cloud, lost control, and broke up at a speed beyond 400 km/h (The never exceed speed, or "Vne" is 285 km/h, and the design dive speed, or "Vd", is 324 km/h). The pilot survived by bailing out. According to the LBA, "As far as we know, none of the incidents/accidents recorded indicated a technical failure."