GIM come strumento per analisi cinematiche e dinamiche: realizzazione di un tutorial applicativo su un inversore di spinta per motori aeronautici

Thrust reversers represent critical components of modern aircraft propulsion systems, contributing significantly to the safety and efficiency of landing operations. This thesis aims to investigate, through a numerical and computational approach, the kinematic and dynamic behavior of a cascade-type thrust reverser, based on the architecture described in the patent “US 10,309,343 B2 – Slip Sleeve Hidden Door Thrust Reverser”. Starting from the geometric information available in the patent documentation, a planar model of the mechanism was reconstructed and subsequently implemented in the open-source GIM software, selected for its capabilities in the geometric, kinematic, and dynamic analysis of articulated systems. The operating cycle, including the opening and closing phases, was described through a fifth-degree polynomial motion law, defined by imposing zero velocity and acceleration conditions at the endpoints of the stroke, thereby ensuring continuous and smooth motion. The model was then extended by introducing the aerodynamic forces estimated on the components exposed to the airflow, gravitational forces, and the driving torque required for actuation, allowing a complete dynamic analysis of the system to be performed. Particular attention was devoted to identifying the most critical kinematic configurations and to analyzing the distribution of internal forces along the mechanism members, supported by the use of color maps and the system's energy balance. The work carried out not only made it possible to characterize the behavior of the patented mechanism, but also to assess the suitability of GIM as an educational and practical tool for the analysis of complex planar mechanisms, while highlighting its operational capabilities and limitations.

Gli inversori di spinta rappresentano componenti critici dei moderni sistemi propulsivi aeronautici, contribuendo in modo determinante alla sicurezza e all'efficienza delle fasi di atterraggio. Il presente elaborato si propone di indagare, mediante un approccio numerico-computazionale, il comportamento cinematico e dinamico di un inversore di spinta a cascata, prendendo come riferimento l'architettura descritta nel brevetto "US 10,309,343 B2 – Slip Sleeve Hidden Door Thrust Reverser". A partire dalle informazioni geometriche disponibili nella documentazione brevettuale, è stato ricostruito un modello piano del meccanismo, successivamente implementato nel software open source GIM, strumento scelto per le sue capacità di analisi geometrica, cinematica e dinamica di sistemi articolati. Il ciclo di funzionamento, comprendente le fasi di apertura e chiusura, è stato descritto attraverso una legge di moto polinomiale di quinto grado, costruita imponendo condizioni di velocità e accelerazione nulle agli estremi della corsa, così da assicurare un movimento privo di discontinuità. Il modello è stato quindi arricchito con l'introduzione delle forze aerodinamiche stimate sui componenti esposti al flusso, delle forze peso e del momento motore richiesto per l'azionamento, permettendo di condurre un'analisi dinamica completa del sistema. Particolare attenzione è stata dedicata all'individuazione delle configurazioni cinematiche più gravose e alla distribuzione delle sollecitazioni interne lungo i membri del meccanismo, supportata dall'utilizzo di mappe cromatiche e dal bilancio energetico del sistema. Il lavoro svolto ha permesso non solo di caratterizzare il comportamento del meccanismo brevettato, ma anche di verificare l'idoneità di GIM come strumento didattico e applicativo per l'analisi di meccanismi piani complessi, evidenziandone al contempo potenzialità e limiti operativi