Numerical and experimental bird strike study on helicopters blades

This work examines the impact of bird strikes on aeronautical helicopter blades both numerically and experimentally, with a particular focus on studying the damage generated by impacts on composite materials composing the blades. To model this in a Finite Element Approach (FEA), various methodologies can be employed, among which the Cohesive Zone Modeling (CZM) is chosen due to its theoretical ability to better model damage compared to other techniques such as tiebreak contact used in previous studies. The adoption of CZM also allows for the extension of the technique and the development of a fully stacked approach that reveals damage between each ply composing the final laminate. After calibrating CZM using experimental drop weight tests on composite panels, the developed methodologies are applied to a preceding blade model of AW609. Additionally, the creation of two sectional models of the AW139 blade, with CZM applied is performed. In terms of experimental testing, all setups, including the design of supports, are developed in this work, and some possible future developments on the sabot design are suggested. Results obtained demonstrate the ability of CZM to reveal damage after impacts on composite materials and also illustrate the possibility of adopting a stacked approach using this type of element. The different applications showcase the flexibility of CZM for its fitting in various scenarios. However, experimental tests suggest the need to improve the preceding sabot design to ensure a more reliable component for such tests.

Questa ricerca esamina gli effetti degli impatti degli uccelli sulle pale di elicotteri, sia attraverso un approccio numerico che sperimentale. In particolare, lo studio si concentra sulla valutazione del danno causato dagli impatti su materiali compositi. Per la modellazione numerica è stato utilizzato il metodo dell'Analisi agli Elementi Finiti, scegliendo di adottare la modellazione con elementi coesivi per la sua maggiore capacità teorica di simulare il danno rispetto ad altre tecniche, come ad esempio il tiebreak utilizzato in studi precedenti. Questa scelta ha permesso di estendere la tecnica, sviluppando un approccio "stacked" che consente di individuare il danno tra ciascuna lamina che compone la struttura finale. Dopo la calibrazione della modellazione, con elementi coesivi attraverso test sperimentali su pannelli in materiale composito, la tecnica è stata applicata al modello precedente delle pale dell'AW609. Inoltre, sono stati creati due modelli delle sezioni della pala dell'AW139, implementando la modellazione con elementi coesivi. Nell'ambito dei test sperimentali è stato sviluppato l'intero setup, inclusa la progettazione dei supporti per condurre i test. Inoltre, sono stati proposti alcuni possibili miglioramenti al design del sabot. I risultati hanno evidenziato la capacità della modellazione con elementi coesivi di simulare il danno dopo gli impatti sui materiali compositi e la possibilità di estendere questa tecnica ad ogni singola lamina. L'applicazione in diverse situazioni ha dimostrato la flessibilità delle tecniche sviluppate in vari contesti. Tuttavia, i test sperimentali hanno rivelato la necessità di migliorare il design attuale del sabot per garantire test più affidabili.