Sabot design for improved performance in bird strike testing

High-speed impact testing between birds and aircraft components is essential to simulate birdstrike events in order to certify aircraft and ensure the safety of all passengers on board. The La.S.T. laboratory of the Politecnico di Milano conducts these tests, through a dedi cated launch system, consisting of a compressed air cannon. The launch system accelerates projectiles, such as real birds or surrogates in ballistic gelatin, against the aeronautical components to be tested. This experimental thesis addresses the problem of birdstrike and focuses on increasing the efficiency of one of the main components of the gun, called Sabot. In particular, the aim is to maximise the speed at which the projectile can be launched during testing, in order to broaden its application field. A new sabot is therefore developed through a design and optimization process based on an iterative approach, which exploits both finite element analysis and experimental testing. The guiding principles for the design are identified starting from the requirements to be met, also considering the main criticalities related to the production of the new component. During the optimization phase, several versions of the sabot are developed, analyzing and investigating different possible configurations, up to the realization of a bi-material component which maximizes performances.

I test di impatto ad alta velocità tra volatili e componenti di velivoli sono essenziali per simulare eventi di birdstrike al fine di certificare gli aerei stessi e di garantire la sicurezza dei passeggeri a bordo. Il laboratorio La.S.T. del Politecnico di Milano conduce tali test, tramite un sistema di lancio dedicato, costituito da un cannone ad aria compressa. Tramite il sistema di lancio si accelerano dei proiettili, quali uccelli reali o surrogati in gelatina balistica, contro i componenti aeronautici da testare. Questa tesi sperimentale affronta il problema del birdstrike e si focalizza sull’incremento dell’efficienza di uno dei componenti principali del cannone, detto Sabot. In particolare si desidera massimizzare la velocità alla quale il proiettile può essere lanciato durante i test, al fine di ampliarne il campo d’applicazione. Un nuovo sabot viene dunque sviluppato tramite un processo di progettazione e ottimizzazione basato su un approccio iterativo, il quale si avvale sia di analisi ad elementi finiti che di prove sperimentali. I principi guida per la progettazione vengono identificati a partire dai requisiti da soddisfare, considerando anche le principali criticità legate alla produzione del nuovo componente. Nella fase di ottimizzazione si sviluppano più versioni del sabot, analizzando e investigando diverse possibili configurazioni, fino ad arrivare alla realizzazione di un componente bi-materiale che ne massimizza le prestazioni.