Attività numerico-sperimentale di impatto volatile sullo spinner di un convertiplano

Bird-strike impacts are a major risk factor throughout the operational life of the aircraft. Regulations for this phenomenon provides to carry out experimental tests, using as projectiles real fixed mass birds. Experimental bird-strike tests mentioned above are characterized by some issues, including low repeatability (they are dependent on the characteristics of the bird used), high costs (components suffer permanent damages and are unusable after impact) and all the ethical/health/logistic disadvantages associated to real bird utilization. These critical aspects led to the research of new solutions, such as the use of bird surrogates able to reproduce the real counterpart. This work fits in with this research area, in particular the validation of a finite element model of AW609 spinner, developed at Laboratorio di Sicurezza dei Trasporti (La.S.T.), through bird-strike testing has been carried out. This model will be used to simulate a large number of impact, to evaluate and improve behaviour of the component before certification. As additional purpose of this work, the sandwich structure, mainly used in the AW609 spinner, has been investigated. This structure is made up by skins of carbon fiber fabric and a core of honeycomb in Nomex. Materials have been calibrated through experimental tests conducted at Laboratorio di Sicurezza dei Trasporti. The results of this analysis allowed to get good results in the next phase of validation of bird-strike tests on spinner. The model developed in this way turned out to reproduce component behaviour, in terms of displacements, damages and forces transmitted with the support structure.

Il fenomeno di impatto volatile risulta essere uno dei maggiori fattori di rischio durante la vita operativa di un velivolo. La normativa di riferimento prevede lo svolgimento di test sperimentali condotti utilizzando dei volatili reali di massa prestabilita come proiettili. Le prove di bird-strike di questo tipo sono caratterizzate da alcune problematiche, tra le quali bassa ripetibilità, costi e tutte le inconvenienze etiche/sanitarie/logistiche associate all'utilizzo di un volatile reale. Le criticità di queste prove hanno stimolato la ricerca di nuove soluzioni, con l'utilizzo di surrogati di volatile in grado di sostituire la controparte reale e con lo sviluppo di modelli numerici ad elementi finiti in grado di sostituire, almeno parzialmente, le prove al vero. Il presente lavoro di tesi si inserisce all'interno di questo ambito di ricerca, occupandosi in particolare della validazione del modello ad elementi finiti dello spinner dell'AW609, sviluppato presso il La.S.T., attraverso la campagna di prove di bird-strike effettuate sul componente reale. Il modello così validato permetterà di simulare un elevato numero di eventi di bird-strike con i parametri richiesti dalla normativa, per permettere di valutare e correggere eventuali limiti del componente in previsione di prove certificative. Durante il lavoro è stato individuato un obiettivo secondario. Per migliorare il comportamento del componente studiato è stata analizzata in dettaglio la struttura sandwich presente all'interno dello spinner, formata principalmente da laminati in tessuto in fibra di carbonio e da un riempitivo con struttura a nido d'ape in materiale Nomex. Questi materiali sono stati caratterizzati attraverso un'attività numerico-sperimentale, confrontando i risultati di prove effettuate presso il La.S.T. con quelli di modelli FEM corrispondenti. Un'accurata calibrazione dei test effettuati sui provini ha permesso di ottenere risultati soddisfacenti nella successiva fase di validazione delle prove di impatto volatile sullo spinner. Il modello così modificato è risultato in grado di riprodurre in modo ritenuto soddisfacente il comportamento del componente ottenuto durante le due prove sperimentali svolte, in termini di spostamenti, danneggiamenti e forze trasmesse con la struttura di sostegno.