Bird strike tests : update of the impact testing facility and numerical investigation on bird, sabot and stopper FE models

Bird impact tests are of paramount importance for development and certification of aircrafts, which must withstand different types of impact, guaranteeing the safety of the occupants and their operation. The air cannons are used to accelerate projectiles, real birds for homologation tests and volatile surrogates for development tests, against the component being tested. The regulations impose mass, dimensions and speed of the projectile but no constraints on the method to carry out the test. This led to the development of different types of air cannons, each having strengths and weaknesses. This thesis describes the analysis and improvement of an air cannon with single diaphragm system, available in the laboratory. The main critical points of this type of system are analyzed, leading to the replacement of the diaphragm system with a rapid valve, normally used to remove blockages and clogging in silos containing loose material. This air cannon has been used to carry out volatile impact tests against a rigid target. The data obtained were used for the validation of a numerical model, in which the volatile is represented with SPH elements. Numerical simulations are also shown for the development of a new stopper and sabot system.

Le prove di impatto volatile sono fondamentali per lo sviluppo e la certificazione di velivoli contro tale collisione. Gli aeromobili devono resistere a diverse tipologie di impatto, garantendo l’operatività degli stessi e la sicurezza degli occupanti. I cannoni ad aria sono utilizzati per accelerare proiettili, sia volatili reali per prove omologative che surrogati di volatile per prove di sviluppo, contro l’oggetto della prova. Le normative impongono massa, dimensioni e velocità del proiettile, ma viene lasciata piena libertà nella scelta del metodo con cui effettuare la prova. Questo ha dato spazio allo sviluppo di tipologie differenti di lanciatori, ognuna avente pregi e difetti. In questa tesi è descritta l’analisi e lo sviluppo di un cannone ad aria con innesco a lamina, presente originariamente in laboratorio. Sono analizzate le principali criticità di questa tipologia di sistema, che hanno portato alla sostituzione dell’innesco a lamina con una valvola rapida utilizzata normalmente per rimuovere occlusioni e intasamenti in silos contenenti materiale sfuso. Questo lanciatore ad aria è stato utilizzato per svolgere prove di impatto volatile contro un bersaglio rigido. I dati ottenuti sono stati utilizzati per la validazione di un modello numerico, nel quale il volatile è costituito da elementi di tipo SPH. Sono inoltre mostrate simulazioni numeriche per lo sviluppo di un nuovo sistema di stopper e di sabot.