Estudio experimental y numérico del comportamiento de tanques integrados de combustible frente a impacto de alta velocidad

Abstract

Los impactos a alta velocidad sobre tanques de combustible están considerados como amenazas de gran importancia en relación con la vulnerabilidad de las aeronaves, ya que dichos tanques ocupan una gran parte de las alas, y éstas representan la mayor superficie expuesta de todos los elementos estructurales susceptibles de recibir cualquier tipo de impacto. En esta Tesis Doctoral se ha estudiado el comportamiento de tanques de aluminio, conteniendo fluido, frente a impacto de alta velocidad. Se ha analizado, tanto por medio de una metodología experimental como numérica, la influencia de dos factores sobre la respuesta estructural del tanque: la velocidad de impacto y la fracción de llenado del tanque. Para la realización de los ensayos experimentales se ha empleado un sistema neumático de impulsión, a través del cual se han lanzado proyectiles a distintas velocidades, y una cámara de alta velocidad capaz de filmar el proceso de penetración del proyectil en el fluido. Las simulaciones numéricas se han realizado mediante un código comercial de elementos finitos, empleando dos técnicas diferentes (ALE y SPH) para evaluar la capacidad predictiva de cada una de ellas en este tipo de problemas de impacto. Mediante el análisis de los resultados se ha conseguido una mayor comprensión del fenómeno de Golpe Hidrodinámico, que puede contribuir a su atenuación en futuros diseños de tanques de combustible. En este sentido, el desarrollo y validación del modelo de simulación empleado permitirá facilitar el diseño y reducir el número de ensayos experimentales._______________________________________________________ High speed impacts on fluid-filled tanks are considered as one of the most important threats in aircraft vulnerability, since the fuel tanks represent the largest exposed area of all the vulnerable components. In this Ph.D. Thesis the behavior of fluid-filled aluminium tanks subjected to high-velocity impact has been studied. An experimental and numerical methodology has been employed to analyze the influence of two different factors on the tank structural behavior: impact velocity and volume fraction. To perform the experimental tests, a pneumatic boost system, to launch projectiles at different velocities, and a high-speed camera, which is capable of record the penetration process of the projectile into de fluid, have been used. The numerical simulations have been carried on by means of a finite element commercial code, applying two different approaches (ALE and SPH) to evaluate its predictive capacity in this kind of impact problems. The results analysis have allowed a better understanding of the Hydrodynamic Ram phenomenon, which could contribute to attenuate it on future fuel tanks designs. On this way, the development and validation of the simulation model used will make the design process easier and reduce the number of experimental tests.