On the evaluation of an hybrid approach for helicopter harsh landing simulation

The landing phenomenon is a crucial event in aircrafts life, especially when it does not occur as intended. When the landing is harsh (or hard), e.g., when the landing loads are greater than what the structure is designed for, the consequences range from a major decrease in the useful structure life to severe structural damages. Nowadays, it’s up to the flight crew to subjectively detect the harsh landings; this could lead to a biased classification of the landing, thus lowering the aircraft security or leading to unnecessary and costly maintenance procedures. In this work, by means of a multidisciplinary approach, which couples numerical models belonging to separate domains, e.g., multibody and finite element models respectively, the characteristic landing parameters affecting the structure strength are investigated, based on experimental drop tests carried on a full-scale fully equipped Mil Mi-8 helicopter. The aircraft dynamic behaviour during landing is managed via the multibody model, while the structural assessment is up on the finite element model, which takes as input the outcomes provided by the multibody analysis and then exhibits the structure reaction to the landing event. All along the analysis, a comparison with the experimental tests is pursued, allowing the numerical models to be compared and tuned according to the real word data.

La fase di atterraggio è un fenomeno cruciale nella vita di ogni velivolo, soprattutto quando non avviene secondo le modalità previste. Quando l’atterraggio è brusco, ovvero quando i carichi strutturali derivanti dallo stesso sono superiori nell’intensità rispetto a quanto la struttura è stata progettata per sopportare, le conseguenze vanno dalla semplice riduzione della vita utile della struttura fino a danneggiamenti strutturali potenzialmente significativi. Oggigiorno è compito dell’equipaggio di bordo individuare soggettivamente gli atterraggi bruschi; questo potrebbe comportare una classificazione errata dell’atterraggio, riducendo così la sicurezza del velivolo o determinando una inutile e costosa fase manutentiva. In questo lavoro, tramite un approccio multidisciplinare che lega insieme modelli numerici appartenenti a diversi ambiti, vale a dire modelli ad elementi finiti e modelli multi-corpo, sono illustrati i parametri caratteristici dell’atterraggio che influiscono sulla resistenza della struttura, basandosi su di una serie di prove sperimentali su scala reale eseguite su di un elicottero Mil Mi-8 completamente equipaggiato. Il comportamento dinamico dell’elicottero durante la fase di atterraggio è gestito tramite il modello multi-corpo, mentre la verifica strutturale è frutto dell’analisi agli elementi finiti, cui vengono somministrati i carichi e le condizioni al contorno estratte dall’analisi multi-corpo, e per mezzo della quale si ottiene la reazione strutturale del velivolo alla fase di atterraggio. Durante il corso dell’analisi viene portato avanti un continuo confronto tra i risultati della prova sperimentale e gli esiti dei modelli numerici, permettendo così sia di verificare i modelli stessi, che di confrontare i modelli numerici con la realtà dell’esperimento.