Validation of a numerical model for helicopter crashworthy stages

Structuring for crashworthiness has become an important requirement in the design of commercial aircraft and helicopters. The possibility of improving the energy absorption capabilities of combined elements such as helicopters seat and subfloor has been widely studied in the last decades. Their mutual interaction during a crash landing can reduce the injury risk or increase the survivable velocity. The present work explores most of the critical aspects of a rotorcraft seat design with crashworthy stages, as a result of a crash landing. Starting from a finite element model representing a drop test, several modifications have been implemented in order to validate a model update. Initially, preliminary considerations on the previous model have been made, in order to understand how each possible adjustment could affect the assembly behaviour. Then, with the aim of deepening the comprehension of the interaction between leading seat parts, a static test was performed on a set up including only the lower part of an anthropomorphic mannequin and the seat, removing the subfloor and all the energy absorbing devices. A numerical simulation of the test was carried out to tune the critical parts of the model, as the foam cushions, and restore the seat completely elastic mechanical behaviour. Subsequently, the updated version of the model was included in the numerical crash assembly, in order to reproduce the drop test. By restoring the presence of the energy absorbing devices, namely the honeycomb blocks employed in the actual set up, further adjustments have been applied, which allowed to recover the response of the assembly and validate the model.

La realizzazione di strutture resistenti agli urti costituisce attualmente un importante requisito nella progettazione di velivoli commerciali ed elicotteri. Soluzioni per migliorare la capacità di assorbimento di energia di elementi combinati, come sedile e sottopavimento di elicotteri,sono state ampiamente studiate negli ultimi decenni. La loro reciproca interazione in un impatto provocato da un atterraggio di emergenza può aumentare la velocità massima sopportabile da un passeggero e ridurre il rischio di lesioni. Nel presente lavoro di tesi verranno esaminate le principali criticità del progetto di un sedile di elicottero con stadi di assorbimento di energia, a seguito di un incidente di atterraggio. A partire da un modello agli elementi finiti, progettato per riprodurre un test di caduta, sono state implementate diverse modifiche al fine di validarne un aggiornamento. Un’analisi preliminare del modello precedente è risultata necessaria per comprendere il modo in cui ogni modifica avrebbe potuto influenzare il comportamento del complesso di caduta. In seguito, allo scopo di approfondire la conoscenza sull’interazione tra le principali parti in gioco, è stato condotto un test statico. Il complesso in esame comprendeva la parte inferiore di un manichino antropomorfo ed il solo sedile, rimuovendo dall’insieme iniziale tutti i dispositivi per l’assorbimento di energia ed il sottopavimento. Per riprodurre la campagna sperimentale è stata progettata una prova numerica del test, che ha permesso di mettere a punto le componenti più critiche del sedile, come i cuscini in schiuma, e ripristinare il comportamento elastico del modello. Successivamente, la versione aggiornata è stata implementata nel modello numerico del complesso di caduta, al fine di simulare l’impatto. A seguito del ripristino dei dispositivi per l’assorbimento di energia, rappresentanti i blocchi di alveolare impiegati nel test di caduta, sono state applicate ulteriori modifiche al modello, che hanno permesso di riprodurre il corretto comportamento dell’insieme in esame e la sua conseguente validazione.