Preliminary analysis of the vibrations of the coupled system helicopter pilot using biomechanical and aeroservoelastic multibody models

This thesis project represents the continuation of the previous work carried out by Ing. Andrea Zanoni[1], from which the model of left arm and its results of the inverse analysis were taken. It is a part of a larger study on the possible causes of unintended and unex- pected oscillations of the coupled system pilot-helicopter. Such fluctuations may lead to a divergent motions that are likely to cause serious accidents.

Nel corso di questa tesi verr` a descritta l’analisi effettuata su modelli rapp- resentati entrambi gli arti superiori del corpo umano di un pilota di elicottero sottoposto a disturbi esterni. Tale lavoro nasce dal fatto che l’interazione del pilota con l’elicottero pu` o provocare un degrado delle prestazioni e delle caratteristiche di manovra del mezzo. Nei casi peggiori, questo pu` o portare addirittura a destabilizzare il sistema. Si possono distinguere due classi principali di interazioni con il pi- lota: quelle relative a un suo intervento volontario (PIO), e quelle relative a un suo intervento involontario(PAO). Il primo caso si verifica quando il pilota muove intenzionalmente un comando al fine di effettuare una qualche operazione, ma l’ingresso ` e alterato da er- ronea percezione. La determinazione di quali queste possano indurre tali errori, e il perch` e avvengano, supera i confini dell’ingegneria aerospaziale per entrare nel settore della biomeccanica, sfociando perfino in quello della psi- cologia. Come detto il pilota pu` o intervenire sui comandi di input involontariamente, ad esempio come conseguenza di eccitazioni provenienti dall’ambiente esterno come la vibrazione del sedile o di altre parti della cabina di guida. Queste possono produrre un movimento non intenzionale della leva di comando, fil- trata dalla dinamica passiva degli arti del pilota stesso. Si partir` a quindi da un modello comprendente solo il braccio del pilota per poi arrivare a uno pi` u complesso con l’introduzione di un modello di elicot- tero. Per cui, nella prima parte si tratter` a delle dinamiche associate al sistema pilota-collettivo sottoposto a diverse tipologie di disturbi. Questo tramite un modello biomeccanico dell’arto sinistro. Nella seconda il soggetto dell’analisi sar` a il braccio destro che governa il co- mando del ciclico. In entrambi i casi verranno mostrati i risultati dell’analisi diretta sotto forma di risposte in frequenza. Infine nell’ultima parte, come detto, verr` a testato un modello multicorpo di elicottero, comprensivo di aerodinamica, nello specifico il BO105, in cui sar` a inserito il braccio sinistro oggetto degli studi nei precedenti capitoli con il relativo comando attivabile tramite cambiamento delle attivazioni muscolari. Si cercher` a di riprodurre il fenomeno detto ’vertical bounce’. Questo ` e una caratteristica che accomuna tutti gli elicotteri, e consiste in un movimento verticale dell’elicottero causata da un’oscillazione della leva di controllo in- trodotta involontariamente dal pilota.