Simulasi Deformasi dan Tegangan Sayap Pesawat Tanpa Awak Berbahan Komposit Serat Rock Wool dan Polyester dengan Software Ansys 14.0
SIMULASI DEFORMASI DAN TEGANGAN SAYAP PESAWAT TANPA AWAK BERBAHAN KOMPOSIT SERAT ROCK WOOL DAN
POLYESTER DENGAN SOFTWARE ANSYS 14.0
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
RAHMAD HIDAYAT 090401010
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
M E D A N
(2)
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Allah SWT, Tuhan semesta alam. Tiada daya dan kekuatan selain dari-Nya. Shalawat dan salam kepada Rasulullah Muhammad SAW.
Alhamdulillah, atas izin-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi yang dipilih diambil dari mata kuliah Pengecoran logam, yaitu “SIMULASI DEFORMASI DAN TEGANGAN SAYAP PESAWAT TANPA AWAK BERBAHAN KOMPOSIT SERAT ROCK WOOL DAN POLYESTER
DENGAN SOFTWARE ANSYS 14.0”.
Dalam penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan, motivasi, pengetahuan, dan lain-lain dalam penyelesaian skripsi ini. Penulis telah berupaya dengan segala kemampuan pembahasan dan penyajian, baik dengan disiplin ilmu yang diperoleh dari perkuliahan, menggunakan literatur, serta bimbingan dan arahan dari Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri sebagai Dosen Pembimbing.
Pada kesempatan ini, penulis tidak lupa menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada:
1. Kedua orang tua tercinta, Ayahanda Almarhum Hasan Basri dan Ibunda Asmaniar, kakak-kakak tersayang (Suhermanto, Suherdi, Nora Delvi, dan Asrianto) atas doa, kasih sayang, pengorbanan, tanggung jawab yang selalu menyertai penulis, dan memberikan penulis semangat yang luar biasa sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri sebagai Dosen Pembimbing Skripsi yang banyak memberi arahan, bimbingan, motivasi, nasehat, dan pelajaran yang sangat berharga selama proses penyelesaian Skripsi ini.
3. Bapak Dr.-Ing.Ir.Ikhwansyah Isranuri dan Ir.Syahril Gultom, MT selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik USU. Bapak Ir.Tugiman, MT selaku Koordinator Skripsi.
(3)
4. Seluruh Staf Pengajar DTM FT USU yang telah memberikan bekal pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi selesai, dan seluruh pegawai administrasi DTM FT USU, juga kepada staf Fakultas Teknik.
5. Teman satu tim (Juliono Susanto, Fauzi Kharisma Putra, dan T. Muhammad Rinaldi Aulia) yang telah memberikan kesempatan kepada penulis untuk bergabung dalam penyelesaian tugas sarjana ini.
6. Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin stambuk 2009, khususnya (Ramadhan Daulay, Tri Septian Marsah dan Harri Rusadi Dalimunte) yang banyak memberi motivasi kepada penulis dalam menyusun skripsi ini.
7. Kakak-kakak dan keluarga besar penulis yang banyak memberi dukungan kepada penulis untuk menyelesaikan kuliah dan hingga tugas skripsi ini selesai.
8. Anggun Dini Pertiwi, Lala Maulida, dan Retno Galuh Alfia yang selalu memberi dorongan dan semangat selama proses pengerjaan skripsi ini selesai.
Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua dan dapat digunakan sebagai pengembangan ilmu yang didapat selama dibangku kuliah. Apabila terdapat kesalahan dalam penyusunan serta bahasa yang tidak tepat dalam skripsi ini sebagai manusia yang tak luput dari kesalahan penulis mengharapkan masukan dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi seluruh kalangan yang membacanya. Amin Ya Rabbal Alamin.
Medan, Juli 2014 Penulis,
Rahmad Hidayat NIM : 090401010
(4)
ABSTRAK
Komponen yang terdapat pada pesawat adalah sayap. Sayap sendiri merupakan bagian yang sangat penting dalam sebuah komponen pesawat terbang. Sayap juga terdiri dari beberapa jenis dan bentuk. Dalam kasus ini sayap yang disambungkan pada badan pesawatyang dijadikan pusat tumpuan untuk melihat terjadinya deformasi dan tegangan pada sayap pada saat keadaaan statis. Sayap sendiri mempunyai fungsi sebagai penghambat laju angin dan memberikan gesekan pada
sayap pesawat sehingga gaya laju angin pada pesawat terhambat. Sayap dimodel dengan menggunakan Solidwork dan disimulasi menggunakan software ANSYS 14.0
Workbench yang berbasis metode elemen hingga. Pada penelitian ini, didapat hasil tegangan yang lebih bagus dari hasil uji tarik sehingga sayap layak digunakan untuk terbang. Tegangan maksimum yang terjadi sebesar 14.248 MPa deformasi
maksimum yang terjadi sebesar 1.2287 mm.
(5)
ABSTRACT
One of the most important component in an aeroplane is wing. Wing has several
types and shapes. In this case, wing is connected at body’s plane which become
center of the plane to see the deformation and stress in wing at static condition. The
function of wing is to make disparity of pressure at top surface and bottom surface so
that the aeroplane can fly up. Wing is modeled with solidwork and simulated with
ANSYS v14.0 Software basically finite element method inside. At this research, the
emerge stress is better than tensile test result . base on this result, wing is reasonable
to used . Maximum stress is 14.248 MPa and maximum deformation is 1.2287 mm.
(6)
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i
ABSTRAK ... iii
ABSTRACT ... iv
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... ix
DAFTAR TABEL ... x
DAFTAR NOTASI ... xi
BAB 1PENDAHULUAN ... 1
Latar Belakang ... 1
Perumusan Masalah ... 2
Tujuan Penelitian ... 3
Tujuan Umum ... 3
Tujuan Khusus ... 3
Batasan Masalah ... 4
Manfaat Penelitian ... 4
(7)
BAB 2TINJAUAN PUSTAKA ... 6
Komposit ... 6
Klasifikasi Komposit ... 6
Kelebihan Bahan Komposit ... 7
Sayap ... 8
Jenis Sayap Pesawat Berdasarkan Penempatan Fulselage ... 11
Jenis Sayap Pesawat berdasarkan Jumlah Sayap ... 13
Jenis sayap pesawat terbang berdasarkan bentuk sayap ... 14
Struktur Sayap ... 15
Metode Elemen Hingga ... 16
Metode Hand Lay Up ... 17
Bilangan Reynolds (Reynolds Number) ... 19
Gaya Angkat dan Gaya Hambat ... 19
Azas Bernauli ... 21
Tegangan ... 23
Regangan ... 23
HukumNewton III ... 24
Hukum Newtom 1 ... 24
Hukum Newton 2 ... 25
Hukum Newton 3 ... 28
Aplikasi pada sayap pesawat ... 29
(8)
Karakteristik Airfoil ... 34
Bentuk-bentuk airfoil ... 36
2.1 Stabilitas Terbang ... 37
BAB 3METODOLOGI PENELITIAN ... 41
Pendahuluan ... 41
Waktu dan Tempat ... 41
Proses Pembuatan ... 42
Desain dan Pemodelan sayap ... 42
Proses Pembuatan Mal ... 42
Proses Pembuatan Cetakan ... 43
Proses Hand Lay Up ... 43
Proses Finishing ... 44
3.2 Material yang Dipilih untuk Sayap ... 44
Analisa Simulasi Numerik ... 46
Tampilan Pembuka Ansys 14.0 ... 46
Mendefinisikan Sistem Analisa ... 47
Mendefinisikan Material Properties ... 48
Tampilan Gambar Sayap ... 48
Proses Meshing ... 49
Proses Static Structural ... 50
Proses Solution ... 51
(9)
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ... 54
Analisa Kecepatan Pesawat ... 54
Analisa Gaya-Gaya yang Terjadi ... 55
Menghitung Nilai Trust ... 55
Menghitung Nilai Drag ... 58
Menghitung Nilai Lift ... 59
Menghitung Nilai Weight ... 60
Hasil Simulasi ... 61
Simulasi Hasil Distribusi Deformasi ... 61
Simulasi Hasil Equivalent Strain ... 62
Simulasi Hasil Equivalent Stress ... 63
BAB 5KESIMPULAN DAN SARAN ... 64
Kesimpulan ... 64
Saran ... 64
DAFTAR PUSTAKA ... xii
LAMPIRAN ... xiv
(10)
Gambar 2.1 Klasifikasi Material Teknik ... 6
Gambar 2.2 Sayap Pesawat ... 9
Gambar 2.3 Bagian Bagian Sayap dan Fungsinya ... 10
Gambar 2.4 Jenis Pesawat Bersayap Parasol ... 12
Gambar 2.5 Jenis Pesawat Bersayap Tinggi (High Wing) ... 12
Gambar 2.6 Jenis Pesawat Bersayap Tengah (Mid Wing) ... 12
Gambar 2.7 Jenis Pesawat Bersayap Bawah (Low Wing) ... 13
Gambar 2.8 Jenis Pesawat Bersayap Tunggal ... 13
Gambar 2.9 Jenis Pesawat Bersayap Dua ... 13
Gambar 2.10 Jenis Pesawat Bersayap Tiga... 14
Gambar 2.11 Bentuk Bentuk sayap ... 15
Gambar 2.12 Struktur Sayap ... 15
Gambar 2.13 Metode Hand Lay Up ... 18
Gambar 2.14 Gaya yang bekerja pada pesawat ... 20
Gambar 2.15. Penampang Pesawat 1 ... 29
Gambar 2.16 Penampang Sayap 2 ... 30
Gambar 2.17 Kemiringan sayap pesawat ... 30
Gambar 2.18 Sudut Serang ... 31
Gambar 2.19 NACA 2412 Airfoil Geometry ... 33
Gambar 2.20 Proses Terbentuknya Gaya Angkat ... 35
Gambar 2.21 Bentuk-bentuk Airfoil ... 37
Gambar 2.22 Stabilitas Statik ... 39
(11)
Gambar 3.1 Desain dan pemodelan sayap menggunakan software solidwork ... 42
Gambar 3.2 Proses pembuatan cetakan sayap... 43
Gambar 3.3 Proses finishing ... 44
Gambar 3.4 Tampilan awal Ansys 14.0 workbench ... 46
Gambar 3.5 Tampilan sistem analisa ... 47
Gambar 3.6 Tampilan Engineering Data ... 47
Gambar 3.7 Tampilan material properties... 48
Gambar 3.8 Tampilan pembuatan sayap dari Solidwork ... 49
Gambar 3.9 Tampilan gambar sayap hasil meshing ... 50
Gambar 3.10Tampilan gambar sayap hasil fixed support ... 50
Gambar 3.11 Tampilan sayap yang dikenai beban ... 51
Gambar 3.13 Tampilan proses solution ... 52
Gambar 3.14 Diagram alir penelitian ... 53
Gambar 4.1 Simulasi Hasil Distribusi Deformasi ... 61
Gambar 4.2 Hasil Simulasi Hasil Eqivalentu Strain ... 62
(12)
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Lokasi dan aktifitas penelitian ... 41
Tabel 3.2 Karakteristik material komposit rock wool dan polyester ... 45 Tabel 3.3Data khusus pesawat tanpa awak ... 45
(13)
DAFTAR NOTASI
Simbol Keterangan Satuan
A Luas penampang mm2
A0 = At Luas penampang sayap pesawat mm2
Cd Coefficient of drag Cl Coefficient of lift
D Gaya hambat Newton
E Modulus Young Gpa
F Gaya Newton
L Gaya angkat Newton
L0 Panjang mula-mula mm
ΔL Perpanjangan mm
m0 Massa flow rata-rata sebelum masuk per waktu kg/s
mt Massa flow rata-rata sebelum keluar per waktu kg/s
P1 Tekanan dari bawah pesawat Pa
P2 Tekanan dari atas pesawat Pa
T Gaya dorong Newton
V Kecepatan pesawat m/s
V0 Kecepatan udara yang masuk m/s
V1 Kecepatan udara dibawah pesawat m/s
V2 Kecepatan udara diatas pesawat m/s
Vt Kecepatan udara yang dihasilkan m/s
ν Poisson Ratio
(14)
σ Tegangan Mpa
ε Regangan
(15)
ABSTRAK
Komponen yang terdapat pada pesawat adalah sayap. Sayap sendiri merupakan bagian yang sangat penting dalam sebuah komponen pesawat terbang. Sayap juga terdiri dari beberapa jenis dan bentuk. Dalam kasus ini sayap yang disambungkan pada badan pesawatyang dijadikan pusat tumpuan untuk melihat terjadinya deformasi dan tegangan pada sayap pada saat keadaaan statis. Sayap sendiri mempunyai fungsi sebagai penghambat laju angin dan memberikan gesekan pada
sayap pesawat sehingga gaya laju angin pada pesawat terhambat. Sayap dimodel dengan menggunakan Solidwork dan disimulasi menggunakan software ANSYS 14.0
Workbench yang berbasis metode elemen hingga. Pada penelitian ini, didapat hasil tegangan yang lebih bagus dari hasil uji tarik sehingga sayap layak digunakan untuk terbang. Tegangan maksimum yang terjadi sebesar 14.248 MPa deformasi
maksimum yang terjadi sebesar 1.2287 mm.
(16)
ABSTRACT
One of the most important component in an aeroplane is wing. Wing has several
types and shapes. In this case, wing is connected at body’s plane which become
center of the plane to see the deformation and stress in wing at static condition. The
function of wing is to make disparity of pressure at top surface and bottom surface so
that the aeroplane can fly up. Wing is modeled with solidwork and simulated with
ANSYS v14.0 Software basically finite element method inside. At this research, the
emerge stress is better than tensile test result . base on this result, wing is reasonable
to used . Maximum stress is 14.248 MPa and maximum deformation is 1.2287 mm.
(17)
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Sayap pesawat adalah bagian utama pesawat terbang yang terpasang pada
fulselage dan berfungsi sebagai penghasil lift disamping sebagai penyimpan bahan bakar. Saat pesawat sedang terbang dalam kondisi cruise, maka pesawat harus mampu menghasilkan gaya angkat sebesar berat pesawat tesebut.
Seiring perkembangan zaman bahan sayap juga dibuat dari berbagai material
yang bersifat unggul diantaranya adalah komposit. Perkembangan ilmu pengetahuan
dan teknologi memuculkan penemuan-penemuan baru di berbagai bidang. Dunia
teknik merupakan salah satu bidang yang menunjukkan perkembangan yang sangat
pesat. Terobosan-terobosan baru senantiasa dilakukan dalam rangka mencapai suatu
hasil yang bermanfaat bagi manusia. Komposit merupakan salah satu jenis material
yang dibuat dengan penggabungan beberapa material berbeda menjadi satu material
baru.
Pesawat Tanpa Awak atau Unmanned Aerial Vehicle (UAV), adalah sebuah mesin terbang yang berfungsi dengan kendali jarak jauh oleh pilot atau mampu
mengendalikan dirinya sendiri, menggunakan hukum aerodinamika untuk
mengangkat dirinya, bisa digunakan kembali dan mampu membawa muatan baik
senjata maupun muatan lainnya . Penggunaan terbesar dari pesawat tanpa awak ini
(18)
berbeda dengan pesawat tanpa awak karena rudal tidak bisa digunakan kembali dan
rudal adalah senjata itu sendiri.
Pesawat tanpa awak memliki bentuk, ukuran, konfigurasi dan karakter yang
bervariasi. Sejarah pesawat tanpa awak adalah Drone, pesawat tanpa awak yang
digunakan sebagai sasaran tembak. Perkembangan kontrol otomatis membuat
pesawat sasaran tembak yang sederhana mampu berubah menjadi pesawat tanpa
awak yang kompleks dan rumit.
Kontrol pesawat tanpa awak ada dua variasi utama, variasi pertama yaitu
dikontrol melalui pengendali jarak jauh dan variasi kedua adalah pesawat yang
terbang secara mandiri berdasarkan program yang dimasukan kedalam pesawat
sebelum terbang.
Penelitian ini dilakukan untuk mendesain pesawat tanpa awak dengan
menggunakan bahan komposit. Bahan komposit yang akan diteliti adalah campuran
rock wool dengan resin polyester 157. Melalui penelitian ini diharapkan didapatkan suatu bahan komposit yang ringan dan memiliki sifat mekanik (mechanical propesrties) yang baik.
Dengan adanya pengembangan UAV, maka pengembangan dari sisi material
ringan dan kuat untuk body dan sayap pesawat itu sendiri merupakan sebuah kajian
teoritis yang selayaknya mendapatkan perhatian dari para peneliti, sehingga
diharapkan Pesawat UAV generasi selanjutnya memiliki unjuk kerja yang lebih baik
(19)
1.2. Perumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang tersebut penulis tertarik untuk melakukan
penelitian pada material komposit (rock wool dan polyester 157) untuk aplikasi pesawat tanta awak (UAV). Dalam hal ini penelitian yang dilakukan adalah meneliti
sifat mekanik dari bahan komposit terutama pada bagian sayap dengan dilakukan
simulasi software Ansys 14.0 Workbench.
Batasan masalah dalam penelitian ini adalah berupa hasil simulasi software
Ansys 14.0 Workbench dengan beban pada bagian sayap dengan data yang diperoleh dari hasil pengujian tarik terhadap resin polyester 157 dengan diperkuat serat rock wool sebagai bahan pembuat pesawat tanpa awak.
1.3.Tujuan Penelitian
1.3.1 Tujuan Umum
Tujuan umum pada penelitian ini adalah untuk mengetahui respon
material berbahan komposit resin polyester 157 yang diperkuat serat rock wool yang diaplikasikan untuk pesawat tanpa awak terutama pada bagian sayap menggunakan simulasi Ansys 14.0 workbench.
1.3.2 Tujuan Khusus
Tujuan khusus dari penelitian ini adalah untuk:
1. Mengetahui nilai distribusi deformasi pada sayap UAV material
komposit serat rock wool dan resin polyester 157 dengan menggunakan simulasi software Ansys 14.0 workbench.
(20)
2. Mengetahui tegangan maksimum yang diperoleh sayap material
komposit resin polyester 157 dengan diperkuat serat rock wool
dengan menggunakan simulasi software Ansys 14.0 workbench. 1.4.Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah:
1. Membuat material komposit baru yaitu rock wool sebagai serat dan resin polyester 157 sebagai filter.
2. Di bidang akademik, penelitian ini digunakan sebagai referensi
tambahan untuk penelitian tentang komposit serat rock wool, dimana
rock wool biasanya hanya digunakan sebagai isolasi.
3. Di bidang industri, dapat digunakan sebagai acuan atau pedoman
dalam pembuatan komposit yang terbuat dari serat alam sehingga
dapat mengurangi penggunaan material logam yang semakin lama
semakin tipis.
1.5. Batasan Masalah
Agar masalah tidak melebar dari pembahasan utama, maka permasalahan
hanya dibatasi pada kajian untuk mendapatkan campuran komposit (serat rock wool
dengan resin polyester 157) sebagai material yang digunakan dalam pembuatan pesawat tanpa awak (UAV)
(21)
1.6. Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan tugas akhir ini disajikan dalam tulisan yang terdiri dari
5 bab. Dimana pada bab pertama memberikan gambaran menyeluruh mengenai tugas
akhir yang meliputi pembahasan tentang latar belakang, perumusan dan batasan
masalah, tujuan dan sistematika penulisan. Pada bab dua berisikan landasan teori dan
studi literatur yang berkaitan dengan pokok permasalahan serta metode pendekatan
yang digunakan untuk menganalisa persoalan. Pada bab tiga memuat prosedur
pembuatan sayap pesawat tanpa awak (UAV)dari material komposit dengan metode
hand lay up. Berisi juga spesifikasi dari alat dan bahan yang digunakan dan jumlah campuran yang digunakan dalam proses pembuatan serta berisi langkah-langkah
proses pembuatan yang digunakan dalam pengamatan. Pada bab keempat berisikan
tentang hasil dan pembahasan, berisi tentang hasil pengolahan data yang diperoleh
dari hasil uji tarik kemudian dilakukan simulasi software ansys 14.0 workbench. Pada bab kelima berisikan tentang kesimpulan dan saran, berisikan jawaban dari tujuan
dari penelitian dan selanjutnya daftar pustaka serta lampiran.
(22)
2.1. Komp Material T Komposit phasa, dim kontinu me 2.1.1 Klas 1. Kompos matriks sebagai diperku 2. Kompos matriks, Logam konvensio posit Teknik sebag adalah mate mana salah sa engisolasi fa
ifikasi Kom sit serat (fibr
(bahan dasa bahan perek at dengan se sit Lapis (la
, yaitu lapis Po
onal
TIN
gai bahan str
Gambar 2.
erial multiph atu phasa pe fasa lainnya
mposit
ricus compo
ar) yang dip kat.sebagai erat dan ban
aminated com
an yang dip limer
BAB
NJAUAN P
ruktur diken .1 Klasifika hase. Namu enyusunya d yang dikenaosite) yaitu produk secar
contoh adal nyak diguna
mposite) ya perkuat oleh Struktur b
B 2
PUSTAKA
nal dalam em
asi Material
un kebanyak disebut deng
al dengan n
komposit ya ra fabrikasi, lah FRP (fib
akan. Yang s itu komposi h resin sebag
bahan Keramik Rekaya
A
mpat klasifi Teknik kan komposi gan nama m nama penguaang terdiri d , misalnya s
ber reinforc
sering diseb it yang terdi gai contoh p asa Teknolo
ikasi
it tersusun d matrik yang s
at.
dari serat da serat + resin
ceplastik) pl but fiber gla iri dari lapis plywood, Kompos ogi dari 2 secara an n astik ass. san dan sit
(23)
laminated glass yang sering digunakan sebagai bahan bangunan dan kelengkapannya.
3. Komposit partikel (particulate composite) yaitu komposit yang terdiri dari partikel dan matriks yaitu butiran (batu, pasir) yang diperkuat dengan semen yang kita jumpai sebagai beton.
2.1.2 Kelebihan Bahan Komposit Sifat-sifat mekanikal dan fisikal:
1. Pada umumnya pemilihan bahan matriks dan serat memainkan peranan penting dalam menentukan sifat-sifat mekanik dan sifat komposit.
2. Gabungan matriks dan serta dapat menghasilkan komposit yang mempunyai kekuatan dan kekakuan yang lebih tinggi dari bahan konvensional seperti keluli.
3. Bahan komposit mempunyai density yang jauh lebih rendah berbanding dengan bahan konvensional. Ini memberikan implikasi yang penting dalam konteks penggunaan karena komposit akan mempunyai kekuatan dan kekakuan spesifik yang lebih tinggi dari bahan konvensional. Implikasi kedua ialah produk komposit yang dihasilkan akan mempunyai kerut yang lebih rendah dari logam.
Pengurangan berat adalah satu aspek yang penting dalam industri pembuatan seperti automobile dan angkasa lepas.Ini karena berhubungan dengan
penghematan bahan bakar.
4. Dalam industri angkasa lepas terdapat kecendrungan untuk menggantikan komponen yang diperbuat dari logam dengan komposit karena telah terbukti komposit mempunyai rintangan terhadap fatigue yang baik terutamanya komposit yang menggunakan serat karbon.
5. Kelemahan logam yang agak terlihat jelas ialah rintangan terhadap kakisan yang lemah terutama produk yang kebutuhan sehari-hari. Kecendrungan komponen logam untuk mengalami kakisan menyebabkan biaya pembuatan yang tinggi. 6. Bahan komposit juga mempunyai kelebihan dari segi versatility (berdaya guna)
yaitu produk yang mempunyai gabungan sifat-sifat yang menarik yang dapat dihasilkan dengan mengubah sesuai jenis matriks dan serat yang digunakan. Contoh dengan menggabungkan lebih dari satu serat dengan matriks untuk menghasilkan komposit hibrid.
(24)
2.2Sayap
Sayap (pesawat) adalah airfoil yang disambungkan di masing-masing sisi fuselage
dan merupakan permukaan yang mengangkat pesawat di udara.Terdapat berbagai
macam rancangan sayap, ukuran dan bentuk yang digunakan oleh pabrik
pesawat.Setiap rancangan sayap memenuhi kebutuhan dari kinerja yang diharapkan
untuk rancangan pesawat tertentu.Sayap dapat dipasang di posisi atas, tengah atau
bawah dari fuselage.Rancangan ini disebut high-, mid- dan low-wing.Jumlah sayap juga berbeda-beda. Pesawat terbang dengan satu set sayap disebut monoplan
sedangkan pesawat terbang dengan dua set sayap disebut biplane.
Gambar 2.2 Sayap Pesawat
Banyak pesawat dengan sayap di atas (high-wing) mempunyai tiang penahan di luar atau disebut dengan wing-strut yang menyerap beban penerbangan dan pendaratan dari strut ke struktur fuselage. Karena biasanya wing-strut ini tersambung di tengah sayap, tipe struktur sayap ini disebut semi-cantilever. Beberapa high-wing dan sebagian besar low-wing mempunyai rancangan full-cantilever yang dirancang untuk menahan beban tanpa tambahan strut di luarnya. Struktur utama dari bagian sayap
(25)
adalah spar, rib dan stringer. Semua itu kemudian diperkuat oleh truss, I-beam,
tabung atau perangkat lain termasuk kulit pesawat. Rib menentukan bentuk dan ketebalan dari sayap (airfoil).Pada sebagian besar pesawat modern, tanki bahan bakar biasanya adalah bagian dari struktur sayap atau tangki yang fleksibel yang dipasang di dalam sayap.Pada pesawat-pesawat kecil wing umumnya hanya dilengkapi dengan
aileron, spoiler dan flap. Hal itu dinilai cukup karena beban kerja pilot dan mekanismenya pun tidak terlalu berat. Namun lain halnya dengan pesawat besar, tanpa adanya bidang-bidang kendali tambahan akan menjadikan pesawat
uncontrollable atau sulit sekali bahkan mungkin mustahil untuk dikendalikan. Bagian bagian yang terdapat pada sayap ada 10 bagian dengan fungsi seperti diprlihatkan pada gambar 2.3 sebagai berikut:
1. Winglet, merupakan bidang tambahan pada pesawat-pesawat tertentu untuk mengurangi terjadinya turbulensi pada wing tip.
2. Low-speed aileron, sebagai kemudi gerak bank dan roll dalam kondisi gerakan pesawat yang lambat atau dalam kondisi terbang dimana hanya
dibutuhkan sedikit bank.
3. High-speed aileron, aileron ini digunakan dalam kondisi dimana memerlukan respon gerak yang cepat dari aileron terhadap pergerakan
bank pesawat.
4. Flap track fairing, adalah batang/fairing yang dipasang untuk jalan atau
track dari flap agar ketika flap itu dikeluarkan maka akan mengikuti
tracknya.
5. Kruger flaps, yaitu flap yang tereletak pada leading edge, yang fungsinya sebagai penambah luas sayap dan memperbesar lift namun juga sekaligus memperbesar drag.
6. Slats, merupakan flap yang terletak di leading adge dengan fungsi yang sama.
(26)
7. T 8. T 9. S b 10.S m t Three slotte Three slotte Spoilers, fu biasanya pa Spoilers-air memperbes tertahan ole Gam 2.2.1 Jen Karena pesawa dibedak
ed inner flap
ed outer flap
ungsinya ia
ada saat sete
r brakes, y ar drag seh eh drag yang
mbar 2.3 Ba
nis Sayap P a letak sayap at terbang (f
kan menjad
p, flap yang
p, flap yang alah untuk
elah landing
yaitu spoile
hingga pesaw
g dihasilkan
agian Bagian
Pesawat Ber p yang berb
fuselage) ma di:
letaknya m
letaknya m
merusak l
untuk meng
er yang be wat seperti
n.
n Sayap dan
rdasarkan P eda-beda te aka pesawat
mendekati wi
mendekati wi lift, dalam gurangi lift.
erfungsi me
di rem kar
n Fungsinya
Penempata rhadap kedu t terbang da
ing root.
ing tip. artian dig
.
engurangi l
ena gerak p
a
an Fulselag udukan bada apat
gunakan
lift dan pesawat
e an
(27)
1. Pesawat terbang parasol adalah pesawat terbang yang sayapnya di
atas badan pesawat yang ditunjang dengan penyangga
sayap (wing-strut).
Gambar 2.4 Jenis Pesawat Bersayap Parasol
1. Pesawat terbang bersayap tinggi (high wing) adalah sayap yang di pasang langsung di bagian atas badan pesawat terbang.
Gambar 2.5 Jenis Pesawat Bersayap Tinggi (High Wing)
2. Pesawat terbang bersayap tengah (mid wing) adalah sayap yang pemasangannya di tengah-tengah badan pesawat terbang.
(28)
Gambar 2.6 Jenis Pesawat Bersayap Tengah (Mid Wing)
3. Pesawat terbang bersayap bawah (low wing) adalah sayap yang letak pemasangannya di bagian bawah badan pesawat.
Gambar 2.7 Jenis Pesawat Bersayap Bawah (Low Wing)
2.2.2 Jenis Sayap Pesawat berdasarkan Jumlah Sayap
Jenis sayap pesawat terbang berdasarkan jumlah sayap dibedakan menjadi :
1. Pesawat terbang bersayap tunggal (monoplane)
(29)
2. Pesawat terbang bersayap ganda (biplane)
Gambar 2.9 Jenis Pesawat Bersayap Dua
3. Pesawat terbang bersayap ganda tiga (triplane)
Gambar 2.10 Jenis Pesawat Bersayap tiga (Tripline)
2.2.3 Jenis sayap pesawat terbang berdasarkan bentuk sayap
Selain dari pada kedudukan sayap terhadap badan pesawat, maka pesawat terbang dapat juga ditinjau dari bentuk sayap.Bentuk sayap sangat erat hubungannya dengan sifat-sifat aerodinamis dari pesawat terbang yang
bersangkutan, termasuk kemampuan (performance) pesawat terbang tersebut.
Bentuk-bentuk sayap tersebut adalah sebagai berikut :
1. Sayap lurus (straight wing/rectangular wing)
2. Sayap sapu ke belakang (swept back wing)
3. Sayap segi tiga (delta wing)
(30)
5. Sayap bentuk variable geometric
6. Sayap sapu ke depan (swept forward wing).
Gambar 2.11 Bentuk Bentuk sayap
2.2.4 Struktur Sayap
Struktur utama dari bagian sayap adalah spar, rib dan stringer. Semua itu
kemudian diperkuat oleh truss, I-beam, tabung atau perangkat lain termasuk kulit pesawat. Rib menentukan bentuk dan ketebalan dari sayap.
(31)
Pada sebagian besar pesawat modern, tanki bahan bakar biasanya adalah bagian dari struktur sayap atau tangki yang fleksibel yang dipasang di dalam sayap. Di sisi belakang atau trailing edge dari sayap, ada 2 tipe permukaan
pengendali (control surface) yang disebut aileron dan flap.Aileron (bidang kemudi) biasanya dimulaidari tengah-tengah sayap ke ujung sayap (wingtip) dan bekerja dengan gerakan yang berlawanan untuk menghasilkan pengaruh gaya aerodinamika pada sayap. Sedangkan flap dipasang pada bagian trailing edge dengan posisi yang simetris terhadap fuselage. Flap sama rata dengan permukaan sayap pada waktu pesawat terbang menjelajah. Pada waktu diturunkan
flap bergerak dengan arah yang sama ke bawah untuk menambah gaya angkat sayap di saat kinerja pesawat pada kecepatan rendah khususnya saat lepas landas atau mendarat.
2.3 Metode Elemen Hingga
Metode elemen hingga merupakan prosedur numerik yang digunakan untuk
mencari solusi dalam berbagai permasalahan keteknikan.Dalam masalah ini, metode
elemen membagi permasalahan (suatu sistem yang kompleks) tersebut menjadi
bagian-bagian kecil yang disebut elemen.Permasalahan keteknikan yang dapat
disimulasi antara lain adalah permasalahan tegangan, ragangan, perpindahan panas,
elektromagnetik, dan aliran fluida.
Secara umum permasalahan keteknikan menyangkut permasalahan matematika
dan fisika. Permasalahan matematis itu sendiri menyangkut persamaan diferensial
(differential equation) yang berhubungan dengan inisiasi dan kondisi batas.
Persamaan diferensial diperoleh dengan cara mengaplikasikan implementasi
(32)
Sifat-sifat alamiah dapat berupa sifat-sifat mekanis dan fisika seperti modulus
elastisitas, konduktifitas panas, dan viskositas yang tergantung pada variasi dan
karakteristik alamiahnya.Namun begitu, tidak semua permasalahan keteknikan dapat
diselesaikan secara ilmiah dengan tepat yang mungkin disebabkan oleh persamaan
diferensial dari kondisi alamiah yang bagitu kompleks maupun kesulitan dalam
penentuan inisiasi dan kondisi batas yang harus dipenuhi.Metode elemen hingga
menggunakan formulasi integral untuk membuat suatu system aljabar.Sebuah
pendekan dilakukan dengan fungsi-fungsi berkesinambungan (continue) yang diasumsikan untuk mempresentasikan solusi pada tiap elemen.Solusi yang lebih
lengkap dapat diperoleh dengan menggabungkan atau membangun solusi-solusi yang
sederhana.
2.4 Metode Hand Lay Up
Hand lay up atau contact molding adalah proses yang paling tua dan paling mudah untuk membentuk plastik yang diperkuat serat. Serat dan resin ditempatkan pada
cetakan dan udara yang terperangkap dihilangkan dengan alat penyapu atau roller. Lapisan-lapisan serat dan resin ditambahkan sebagai penambah untuk ketebalan. Jika
lapisan dengan kualitas tinggi yang diinginkan, gelcoat (resin dengan permukaan yang diberi pewarna) ditambahkan pada cetakan sebelum lay-up.Lay-up biasanya dilakukan pada temperature kamar, tetapi panas bisa digunakan untuk mempercepat
curing. Resin yang biasanya digunakan dalam handlay-up adalah polyesters dan
(33)
kemudahan dalam penanganannya. Sedangkan epoxies lebih mahal dan lebih sukar dalam perumusannya. Seperti yang diperlihatkan pada gambar 2.13 sebagai berikut:
Gambar 2.13. Metode Hand Lay Up
Kelebihan penggunaan metoda ini adalah sebagai berikut:
1. Mudah dilakukan
2. Cocok di gunakan untuk komponen yang besar
3. Volumenya rendah
Proses hand lay-up biasanya dilakukan dengan tahap-tahap sebagai berikut: 1. Persiapan cetakan
Bagian-bagian cetakan dibuat dari cairan pelepas (releasefilm) dipoles dipermukaan cetakan.
2. Gel coating
Tahap ini meliputi pelapisan resin yang nantinya akan menjadi lapisan luar
laminate ketika telah terbentuk. Lapisan ini hanya dibutuhkan ketika diinginkan hasil akhir permukaan yang baik.
(34)
3. Hand lay-up
Serat dimasukkan. Resin dan hardener (sebagai pengeras) kemudian akan bercampur dan untuk memastiakan bahwa udara telah dihilangkan, digunakan
roller untuk menekan material agar rata dengan cetakan.
4. Finishing
Pada tahap ini komposit dapat sepenuhnya dikeraskan dan dapat dilakukan
proses machining.
2.5 Bilangan Reynolds (Reynolds Number)
Bilangan Reynold adalah bilangan yang tidak berdimensi yang merupakan hubungan antara massa jenis ( ρ ), viskositas dinamik ( µ ) dan kecepatan rata-rata (v) dari suatu fluida dalam sebuah pipa dengan diameter dalam (di). dengan rumus sebagai berikut:
. .
Bilangan Reynolds digunakan untuk menentukan tipe aliran, apakah aliran tersebut laminar atau turbulen, serta relatif diantaranya (transisi). Jika nilai dari bilangan Reynold, dibawah 2300, maka aliran tersebut adalah laminar dan jika nilai dari bilangan Reynold di atas 4000, maka aliran terResebut adalah turbulen. Sedangkan nilai diantara 2300 – 4000 menunjukkan aliran transisi.
2.6 Gaya Angkat dan Gaya Hambat
Gaya angkat (lift) dihasilkan oleh permukaan sayap yang dirancang agar tekanan udara di atas permukaan lebih kecil dari pada di bagian bawah.Suatu pernyataan
Vinci yang begitu visioner adalah metode separasi. Sekitar 1500 tahun yang lalu da Vinci telah mengemukakan bahwa untuk bisa terbang cukuplah dilakukan dengan
(35)
sayap tetap dan memberinya gaya dorong (drag). Hal ini didasari dari hasil pengamatannya dari teknik burung untuk terbang.
Menurutnya, sayap burung terdiri dari dua bagian yang memiliki fungsi
masing-masing. Bagian pangkal sayap burung yang relatif tetap (fixed) berfungsi
membangkitkan gaya angkat. Sedangkan bagian ujung sayap burung berfungsi untuk
mengepak dan membangkitkan gaya dorong. Separasi gaya menjadi gaya angkat dan
gaya dorong inilah yang sampai sekarang dipakai untuk menciptakan mesin terbang.
Seperti yang diperlihatkan gambar 2.13 yang menggambarkan 4 gaya yang bekerja
pada pesawat sebagai berikut:
Gambar 2.14. Gaya yang bekerja pada pesawat
Sumber : Federasi Aerosport Indonesia Aeromodelling
Rumus untuk menghitung lift dan drag sebagai berikut:
(36)
………(2.2)
Dimana:
L = Gaya Angkat (N/s)
D = Gaya Hambat (N/s)
C = Coefficient of lift
C = Coefficient of drag
= Densitas udara (kg/m³)
V = Kecepatan udara (m/s)
A = Luas penampang sayap (m²)
2.7 Azas Bernauli
Kecepatan udara besar menimbulkan tekananudara yang kecil, sehingga tekanan
udara dibawah sayap (v2) menjadi lebih besar dari sayappesawat bagian atas (v1).
Sehingga akan timbul gaya angkat (lift) yang menjadikan pesawat itu bias terbang. Hal ini menyebabkan tekanan udara dari atas sayap (P1) lebih kecil dari ada tekanan
di bawah sayap (P2) sehingga gaya dari bawah (F2) lebih besar dari pada gaya dari
atas (F1) maka timbullah gaya angkat pesawat.
(37)
Penerapan Hukum Bernoulli untuk mendesain pesawat terbang.Pesawat terbang
dirancang sedemikian rupa sehingga hambatan udaranya sekecilmungkin. Pesawat
pada saat terbang akan menghadapi beberapa hambatan, diantaranyahambatan udara,
hambatan karena massa badan pesawat itu sendiri, dan hambatan padasaat menabrak
awan. Setelah dilakukan perhitungan dan rancangan yang akurat danteliti, langkah
selanjutnya adalah pemilihan mesin penggerak pesawat yang mampumengangkat dan
mendorong badan pesawat.
Karena tekanan diatas lebih kecil daripada tekanan dibawah sayap, maka akan
timbul gaya dorong yang lebih besar dibawah sayap. Gaya angkat memenuhi
persamaan sebagai berikut:
F P. A
maka akan diperoleh: F ² ²
. ² . ²
sehingga , maka tekanan pada pesawat menjadi:
.
.
²
₂onstan
²
²
………(2.3)Dimana:
(38)
P = Tekanan dari bawah pesawat (Pa)
P = Tekanan dari atas Pesawat (Pa)
v = Kecepatan udara di bawah pesawat (m/s)
v = Kecepatan udara diatas pesawat (m/s)
= Massa jenis udara (kg/m³)
A = Luas penampang (m²)
2.8 Tegangan
Apabila sebuah batang atau plat dibebani sebuah gaya maka akan terjadi gaya reaksi yang sama dengan yang arah berlawanan. Gaya tersebut akan diterima sama rata oleh setiap molekul pada bidang penampang batang tersebut. Jadi tegangan adalah suatu ukuran intensitas pembebanan yang dinyatakan oleh gaya dan dibagi oleh luas di tempat gaya tersebut bekerja. Tegangan ada bermacam-macam sesuai dengan pembebanan yang diberikan.
Komponen tegangan pada sudut yang tegak lurus pada bidang ditempat bekerjanya gaya disebut tegangan langsung. Pada pembebanan tarik akan terjadi tegangan tarik maka pada beban tekan akan terjadi tegangan tekan. Biasanya dinyatakan dalam bentuk persentasi atau tidak dengan persentasi.Besarnya tegangan menunjukkan apakah bahan tersebut mampu menahan perubahan bentuk sebelum patah. Makin besar tegangan suatu bahan maka bahan itu mudah dibentuk (Srinivasan,2006). Maka, rumus tegangan adalah:
σ
=
...(2.4) dimana:F = gaya (Newton)
(39)
2 2.9 Rega Regangan bentuk.Bia persentasi. perubahan mudah dib ∈ dimana:
Lo = panja Δ L = perp
2.10 Hu 2.1 Hu gay kon angan adalah suatu asanya dinya Besarnya re bentuk seb bentuk (Srin ... ang mula-mu panjangan (m ukum Newt 0.1 Hukum ukum ini me
ya yang bek
nstan. Dirum
1. Sebuah
gaya ya
2. Sebuah
kecuali
u bentuk tan atakan dalam egangan me elum patah. ivasan,2006 ... ula (mm) mm) on
m Newton 1 nyatakan ba
kerja pada be
muskan seca
h benda yan
ang tidak no
h benda yan
i ada resulta
npa dimensi m bentuk pe enunjukkan
. Makin bes 6). Maka, ru
...
1
ahwa jika re
enda) bernil
ara matemat
g sedang di
ol bekerja pa
g sedang be
an gaya yang
i untuk men ersentasi ata apakah baha ar regangan umus regang ... esultan gaya lai nol, mak
tis menjadi:
am akan tet
adanya.
ergerak, tida
g tidak nol b
nyatakan per au tidak den
an tersebut n suatu baha gan adalah:
...
a (jumlah ve ka kecepatan
tap diam kec
ak akan beru
bekerja pad
rubahan ngan
mampu men an maka bah
...(2.5
ektor dari se n benda terse
cuali ada res
ubah kecepa anya. nahan han itu 5) emua ebut sultan atannya
(40)
Hu sud me ber ber ber bah ber kon kal bah (pe Sam per 2.1 Hu den Kar var den Den per me ber mo ukum pertam dah pernah d mberikan p rpendapat ba rat seperti ba rada di langi hwa sebuah rgerak, dan u nstan diperlu lau tidak ben hwa gaya di ercepatan), t ma dengan h rcepatan, ma 0.2 Hukum ukum kedua ngan banyak rena hukum riabel massa ngan mengg
ngan F adal rcepatan ben
nghasilkan rkurang dari omentum. Pe
ma newton a dideskripsik enghargaan ahwa setiap atu akan ber it. Bintang-b
benda seda untuk satu b ukan sesuat nda tersebut iperlukan un tapi untuk m hukum perta aka benda b
m Newton 2 menyatakan knya peruba
mnya hanya b a (sebuah ko gunakan atur
lah total gay nda. Maka t
percepatan i suatu sistem erubahan m
adalah penje kan oleh Ga n pada Galil benda mem rada di atas bintang aka ang berada p benda berge tu dari luar b
t akan berhe ntuk mengub mempertahan ama Newton berada pada
2
n bahwa tot ahan momen
berlaku untu onstan) dapa
ran diferens
ya yang bek otal gaya ya
yang berban m akan men momentum in
elasan kemb
alileo.Dalam
eo untuk hu milik tempat tanah dan b n tetap bera pada kondisi erak pada ga benda terseb enti bergerak
bah kecepat nkan kecepa n Tanpa ga
kecepatan k
tal gaya pad ntum linierp
uk sistem de at dikeluark siasi. Maka:
kerja, m adal ang bekerja nding lurus. ngakibatkan ni bukanlah
bali dari huk m bukunya N
ukum ini.Ar t asal di alam benda ringan ada di surga
i alamiahny aris lurus de but yang ter k. Tetapi G tan benda te atan tidak di aya berarti ti
konstan.
da sebuah pa p terhadap w
engan mass kan dari oper
lah massa be pada suatu . Massa yan n perubahan akibat dari
kum inersia y Newton
ristoteles m semesta b n seperti asa . Ia mengira ya jika tidak engan kecep
rus mendoro alileo meny ersebut iperlukan ga idak ada artikel sama waktu : a konstan, rator diferen
enda, dan a benda ng bertamba dalam gaya. Untuk yang benda ap a atan ongnya, yadari aya. a nsial adalah ah atau k
(41)
me per terh per ini resu kon mo Hu kar me bek Imp Sis dan dap wak Intr huk Pad par New nghitung sis rsamaan yan hadap waktu rubahan bes juga secara ultan gaya y nstan. Setiap omentum tia ukum kedua rena dalam k
ndekati mom kerja pada su
puls adalah
tem dengan
n mengeluar
pat dihitung
ktu di hukum
roduction to
kum kedua N
da mekanika
rtikel-partik
wton dapat
stem dengan ng berbeda.
u tidak nol k aran.Contoh a tidak langs
yang bekerja p perubahan ap satuan wa ini perlu pe kecepatan sa
mentum seb uatu interva
suatu konse
n massa beru
rkan gas sisa
dengan han
m kedua.[14]
o Mechanics
Newton ber
a klasik, par
el dalam su
digunakan d
n massa yan Sesuai deng ketika terjad hnya adalah sung menyat a pada bend n gaya berba
aktu. erubahan jik
angat tinggi benarnya.Im al waktu Δt,
ep yang digu
ubah, sepert
a, tidak term
nya mengub
]
Alasannya
s karya Klep rlaku terhad
rtikel memil
atu sistem y
dengan men
ng bisa beru gan hukum di perubahan h gerak meli
takan kekek da nol, mom anding lurus
ka relativitas i hasil kali m mpulsJ munc
dan dirumu
unakan untu
ti roket yang
masduk dala
bah massa m
a, seperti yan
ppner dan K
ap
partikel-liki massa y
yang terdefin
njumlahkan
ubah-ubah, d pertama, tur n arah, wala ingkar berat kalan mome mentum bend
s dengan pe
s khusus dip massa denga cul ketika se uskan sebag
uk mengana
g bahan bak
am sistem te
menjadi sebu
ng tertulis d
Kolenkow, partikel sec yang konstan nisikan den semua part diperlukan runan mom aupun tidak turan. Hubun entum ketika da tersebut erubahan perhitungkan an kecepatan ebuah gayaF gai berikut:
alisis tumbuk
karnya digun
ertutup dan t uah fungsi d
dalam An
adalah bahw
cara mendas
nt. Dalam k
gan jelas, hu
ikel dalam s entum terjadi ngan a n, n tidak F kan. nakan tidak dari wa ar. kasus ukum sistem:
(42)
den dar Sis ber ked unt dan dar Den terh
(u d
did den bes me 2.1 Hu bes yan gay
nganFtotal ad
ri sistem, da
tem dengan rlubang bias dua Newton tuk menyele n menghitun ri sistem:
ngan u adal
hadap pusat
dm/dt) di se definisikan s
ngan beruba
sarnya F. M
njadi:
0.3 Hukum ukum Newto
sar yang sam
ng memberi
ya sebesar –
dalah total g
an apm adalah
n massa yang
sanya tidak d
n tidak dapat
esaikan soal
ng momentu
lah kecepata
t massa dari
ebelah kiri p
sebagai gaya
ahnya massa
Maka dengan
m Newton 3 on Ketigaad
ma, dengan a
gaya sebes
–F kepada be
gaya yang be
h percepatan
g berubah-u
dapat dihitu
t digunakan
l seperti itu d
um yang dib
an dari mass
obyek utam
persamaan, y
a (gaya yang
a, seperti do
n mengubah
3
alah gaya ak
arah terbalik
ar F pada be
enda A. F d
ekerja pada
n dari pusat
ubah seperti
ung seperti s
n langsung. P
dengan cara
bawa oleh m
sa yang mas
ma. Dalam b
yang juga di
g dikeluarka
orongan roke
definisi per
ksi dan reak
k, dan segar
enda B, mak
dan –F mem
sistem, M a t massa siste
roket atau e
sistem partik
Persamaan b
a menata ula
massa yang m
suk atau kel
beberapa ko
isebut doron
an oleh suat
et) dan dima
rcepatan, pe
ksi dari dua
ris. Artinya
ka benda B
iliki besar y
adalah total
em.
ember yang
kel, maka hu
baru diguna
ang hukum k
masuk atau k
uar relatif
nvensi, besa
ngan, tu benda ses
asukan dala
ersamaan tad
benda mem
jika ada ben
akan memb
yang sama n massa g ukum akan kedua keluar ar suai am di miliki nda A beri namun
(43)
ara F d Sec tida dua seb Sec yan me Den Fa,b Fb,a New mo mo No pad Mi kua 2.11 Ap ahnya berbed disebut seba cara sederha ak pernah h a ujung. Set buah ujung g
cara matema ng bisa ditul
mberikan g
ngan
b adalah gay a adalah gay
wton mengg omentum, na omentum ad
ether dari re da kasus yan salnya ketik antum.
plikasi Pada
da. Hukum
gai aksi dan
ananya, sebu anya pada s tiap ujung ga gaya adalah atis, hukum liskan sebag aya terhada ya-gaya yan ya-gaya yan gunakan huk amun denga dalah ide yan
elativitas Ga ng membuat ka medan ga
a Sayap Pes
ini juga terk
n –F adalah
uah gaya se sebuah bend aya ini sama cerminan d m ketiga ini b gai berikut. A ap satu sama
ng bekerja pa ng bekerja pa
kum ketiga an pengamat ng lebih men
alileo diban t hukum ket aya memilik
sawat
kenal sebaga
reaksinya. lalu bekerja da. Jadi untu a kecuali ar dari ujung la berupa persa Asumsikan a lain.
ada A oleh B ada B oleh A
untuk menu tan yang leb ndasar ditur ndingkan huk
tiga newton ki momentum
ai hukum ak
a pada sepas uk setiap gay rahnya yang ainnya. amaan vekto
benda A da
B, dan A.
urunkan huk bih dalam, k runkan mela kum ketiga, n seakan-aka m, dan dala
ksi-reaksi, d
sang benda, ya selalu me g berlawanan
or satu dime an benda B
kum kekeka kekekalan
alui teorema , dan tetap b an tidak berl am mekanika dengan dan emiliki n. Atau ensi, alan a berlaku laku. a
(44)
Udara akan Sebenarny pesawatlah dengan gam aliran udar mengalir le Karena kec rendah dib di bawah s angkat/lift.
Karena itu kecepatann penerbang
n mengalir m ya bukan uda
h yang maju mbar sayap ra di atas say
ebih cepat d cepatan uda bandingkan d
sayap yang l
, kecepatan nya turun m an disebut s
Gambar
melewati ba ara yang me u menembus yang diam. yap membu dibandingka ara yang leb
dengan teka lebih besar a
Gambar
pesawat ha maka lift nya
stall. Kecep
2.15. Penam
agian atas sa engalir mel s udara. Tap Dengan be utuhkan jarak an dengan al
ih cepat di a anan udara y akan menga
2.16 Penam
arus dijaga s akan berku atan minimu
mpang Pesaw
ayap dan ba ewati sayap pi kita akan entuk yang m
k yang lebih liran udara d atas sayap, m yang menga angkat sayap
mpang Pesaw
sesuai denga urang dan pe um ini diseb
wat 1
agian bawah p pesawat, ta
mengasums melengkung h panjang d di bawah sa maka tekana alir di bawah p pesawat d
wat 2
an rancanga esawat akan but Stall Spe
h sayap. api sayap sikan aliran g di atas, ma an membua ayap pesawa annya akan h sayap. Tek dan disebut g
nnya. Jika n jatuh, dalam
eed. Jika ini aka atnya at. lebih kanan gaya m ilmu
(45)
kecepatan dinamakan dipertahan tinggi. Pen kecepatan flight). Secara kas kecepatan (highspeed pesawat te CD (Coeffi
plotting un L/D bertam attack yang rasio lift/dr
pesawat be adalah min ada di L/D
drag dari g gambar 2.1
pesawat me n high speed nkan mulai d nerbang haru
(speed regim
sar jangkaua rendah (low
d).Lift dan d
rbang datar
ficient of Dr
ntuk rasio lif mbah ke ma
g lebih besa
rag (L/D ma eroperasi pa nimum. Ang
D max akan m gaya angkat 18 berikut in
elebihi ranca d stall. Terba dari terbang
us mengatur
m) jika pesa
Gambar 2.
an kecepatan
w-speed), me
drag yang te dan tidak b
rag) dapat di ft/drag (L/D ksimum kem ar seperti ter
ax) terjadi p ada penerban
gle of attack
mengurangi t yang diberi
ni:
angannya m ang straight
dengan kec r angle of at awat harus d
.17Kemiring
n ini dapat d enjelajah (c
ersedia pada berakseleras ihitung pada D) pada angl
mudian berk rlihat pada g pada angle o
ngan yang s
k apapun yan i rasio lift/dr
ikan pada p
maka juga ak
t dan level ( cepatan rend
ttack dan thr ditahan di k
gan sayap p
dikelompokk
ruising fligh
a bermacam-i, proporsi C a setiap ang le of attack t kurang pada gambar. Per
of attack dan stabil pada L ng lebih kec
rag dan kon esawat. Sep
kan terjadi s (lurus dan da dah sampai
rust dalam s etinggian te
pesawat
kan dalam 3
ht), dan kec -macam kec CL (Coeffic
gle of attack tertentu men a koefisien l rhatikan bah n koefisien L/D max, m cil atau lebih nsekwensiny perti diperlih stall yang atar) dapat dengan kece semua jangk ertentu (leve
3 daerah (re
epatan tingg cepatan pada
ient of Lift) tertentu. Ha nunjukkan b lift dan angl hwa maksim yang tertent maka total dr
h besar dari ya menamba hatkan pada epatan kauan el egim), gi a saat dan asil bahwa le of mum tu. Jika ag yang ah total a
(46)
2.12 Airf NACA airf untuk dapa bantuan pe besarnya g memiliki p penting be dihasilkan) hasil riset G diberbagai yang dilaku kelengkung pada bilang dirangkum melengkun hidung jari sebagai be
rfoil NACA
foil adalah s at memberik enyelesaian gaya angkat pengaruh be rupa CL, da ). Sampai se Gottingen.S i negara, nam kukan NACA
gan dan dist gan Reynol m oleh beber ng, posisi m i-jari. Suatu
rikut:
Gam
A (National A
salah satu b kan gaya an matematis s yang dihasi esar terhadap an kemudian ekitar Peran Selama perio
mun hasil ri A lebih siste
tribusi keteb d yang lebih rapa parame maksimum ke
u airfoil terd
mbar 2.18 Su
Advisory Co
entuk bodi a gkat tertentu sangat mem ilkan oleh su p karakterist n akan terka ng Dunia II, ode ini bany iset NACA l ematik deng balan atau th
h tinggi diba eter seperti:
etebalan, po diri dari sepe
udut Serang
Committee fo
aerodinamik u terhadap s mungkinkan
uatu bodyai
tik aerodina ait dengan lif
airfoil yang yak pengaju
lah yang pa gan membag
hickness ser anding yang ketebalan m osisi maksim erti yang dip
g
or Aeronau
ka sederhan suatu bodi la
untuk mem
irfoil. Geom amika denga
ift (gaya ang g banyak dig uan arifoil di aling terkem
gi pengaruh rta pengujia g lain. Hal in maksimum, m
mum bentuk perlihatkan p
tics)
na yang berg ainnya dan mprediksi ber
metri airfoil
an paramete gkat yang gunakan ada ilakukan muka. Penguj efek annya dilaku ni sering maksimum k melengkun
pada gam 2 guna dengan rapa er alah jian ukan bentuk ng, dan 2.19
(47)
1. Per 2. Per 3. Me dan sen 4. Lea ber 5. Tra 6. Cam yan 7. Ket baw 2.13 Ka Gaya angk airfoil terse dari airfoil rmukaan ata rmukaan baw ean camber
n bawah air
ndiri.
ading edge
rbentuk ling
ailing edge a mber adalah
ng diukur te
tebalan (thi
wah yang di
G
arakteristik kat pada airf
ebut. Koefis l. Cl yang di
as (Upper Su wah (Lower
line adalah rfoil yang
adalah titi
gkaran denga
adalah titik
h jarak ma
egak lurus te
ickness) ad iukur tegak
Gambar 2.19
k Airfoil
foilbergantu sien gaya an ihasilkan ole
urface)
rer Surface) h tempat ked
diukur tega
ik paling d
an jari-jari m
paling belak
aksimum an
erhadap gari
dalah jarak
lurus terhad
9 NACA 24
ung pada koe ngkat (Cl) di
eh suatu airf )
dudukan titi
ak lurus ter
epan pada
mendekati 0
kang pada m
ntara mean
is chord.
antara perm
dap garis ch
412 airfoil g
efisien gaya ipengaruhi o foil bervaria
ik-titik anta
rhadap mea
mean camb 0.02c mean cambe camber lin mukaan ata ord. geometry
a angkat yan oleh disain b asi secara lin
ara permuka
an camber l
ber line, bi
er line
ne dan garis
as dan perm
ng dihasilka bentuk cam near dengan
aan atas
line itu
iasanya s chord mukaan an oleh mber n sudut
(48)
serang (α) tertentu. Kemiringan garis ditandai dengan 0a yang disebut lift slope. Pada daerah ini aliran udara bergerak dengan mulus dan masih menempel pada hampir seluruh permukaan airfoil. Dengan bertambah besarnya α, aliran udara cenderung untuk separasi dari permukaan atas airfoil, membentuk ulakan besar dead airdi belakang airfoil. Pada aliran separasi ini, aliran urdara berputar dan sebagian aliran bergerak ke arah yang berlawanan dengan aliran freestream disebut juga reversed flow. Aliran yang berpisah merupakan efek dari viskositas. Konsekuensi dari perpisahan aliran pada α tinggi adalah pengurangan gaya angkat atau Cl dan bertambah besarnya gaya hambat akibat pressure drag, kondisi ini disebut kondisi
stall. Harga maksimum dari cl berada pada tepat sebelum kondisi stall yang dilambangkan dengan Clmax. Clmax merupakan aspek paling penting dari performa
airfoil, karena menentukan kecepatan stall pesawat udara khususnya saat fasa terbang kritis yaitu terbang tinggal landas dan mendarat. Seperti diperlihatkan pada gambar 2.20 berikut ini:
Berikut ini adalah proses terbentuknya gaya angkat:
1. Aliran udara mengalir melalui airfoil terpecah dua menjadi aliran di atas dan bawah permukaan airfoil.
2. Di trailing edge kedua aliran bersatu lagi. Namun karena perbedaan sudut arah datangnya kedua aliran tersebut, maka akan terbentuk suatu pusaran yang
disebut starting vortex, dengan arah putaran berlawanan arah putar jarum jam. 3. Karena momentum putar awal aliran adalah nol, maka menurut hokum
kekekalan momentum, harus timbul pusaran yang melawan arah putar starting vortex ini. Pusaran ini berputar searah putaran jarum jam mengelilingi airfoil
dan dinamakan bound vortex.
4. Starting vortexakan bergeser ke belakang karena gerak maju pesawat.
5. Akibat adanya bound vortex ini, aliran di atas permukaan akan mendapat tambahan kecepatan, dan aliran di bawah permukaan akan mendapat
(49)
6. Kar tim 2.1 Seb Ing atau ber Ko Ko sub tra dan ker Ber 2.2 rena terjadi
mbul gaya ya
Gam
3.1 Bentuk buah airfoil ggris) adalah u berlayar s rbentuk dipi mponen gay mponen sej bsonik mem
iling edge ta n bawah. Sp rja disebut h
rikut ini ada 21.
i perbedaan
ang arahnya
mbar 2.20 P
k-Bentuk A (dalam bah h bentuk say seperti yang
indahkan me ya ini tegak
ajar dengan miliki bentuk ajam, sering pesial fungsi hydrofoils. alah bentuk-n kecepatabentuk-n
a ke atas dan
Proses Terbe
Airfoil hasa Inggris
yap atau pis terlihat dal elalui cairan k lurus terhad
n arah gerak k karakterist g dengan ke i serupa yan
-bentuk airf
itulah, sesu
n disebut lift
entuknya Ga
Amerika) a au (dari bal am penamp n menghasil dap arah ge k disebut tari
tik dengan te elengkungan ng dirancang
foil seperti y
uai dengan
ft (gaya angk
aya Angkat
atau aerofoil
ing-baling, pang. Sebuah
lkan gaya ae rak disebut ik. Airfoil p erdepan bul n asimetris p
g dengan air
yang ditunju
hokum Be
kat).
l (di British rotor atau tu h badan airf
erodinamika angkat. enerbangan lat, diikuti d permukaan a
r sebagai flu
ukkan pada g ernoulli, bahasa urbin) foil a. n dengan atas uida gambar
(50)
2.14 Sta Kecenderu (equilibriu
abilitas Ter ungan (tende
um) setelah m
Gambar.
rbang ency) dari p mengalami
2.21 Bentu
pesawat untu gangguan. G
uk-Bentuk A
uk kembali k Gangguan in
Airfoil
ke keadaan ni dapat ber
seimbang rwujud geraakan
(51)
pesawat dari kontrol pilot dan yang berasal dari sifat alam seperti turbulen,efek gust,
dll.
Lintas terbang (flight path) dan attitudes (sikap ) ketika terbang dibatasi oleh karakter dari aerodinamis pesawat,sistem propulsi,dan kekuatan struktur. Batasan ini akan menunjukan maksimum perfom pesawat pada saat melakukan manuverbility. Untuk itu pesawat memiliki load factor tertentu untuk melakukan kontrolabel
(pengendalian).
Jika pesawat terbang level atau stabil sepanjang dari lintas terbang (flight path) maka pesawat tersebut dapat dikatakan terbang dengan keseimbangan statis (
static equilibrium). Namun ketika pesawat tersebut mendapatkan gangguan maka pesawat akan kembali pada keadaan seimbang yang disebut dengan stabilitas. Stabilas dibagi menjadi 2 dimana ketiganya memilik kondisi yang berbeda yaitu, stabilitas statis dan dinamis.
Stabilitas statik ini mengacu pada kecenderungan awal atau arah gerakan pesawat
terhadap respon awal ketika terganggu dari perubahan sudut serang (angle of attack), slip dan ketika pesawat melakukan gerakan bank. Seperti ditunjukkan pada gambar
2.22.
(52)
Stabilitas dinamikdidefinisikan sebagai kecenderungan awal untuk kembali ke
kondisi seimbang setelah pesawat mengalami gangguan.Gangguan ini dapat diamati
ketika pesawat melakukan perpindahan posisi terhadap waktu gerakan
pesawat.Seperti ditunjukkan pada gambar 2.22.
Gambar 2.23 Stabilitas Dinamik
Stabilitas pesawat terbang mempengaruhi dua kineja pesawat secara signifikan yaitu:
a. Manuverbility pesawat yang memungkinkan untuk bermanuver dengan mudah dan untuk menahan tekanan yang dikenakan oleh manuver. Hal ini di
pengaruhi oleh berat, inersia, ukuran pesawat dan lokasi kontrol penerbangan,
kekuatan struktural, dan propulsi.
b. Kontrolbility pesawat untuk merespon kontrol pilot, khususnya yang berkaitan dengan jalur penerbangan dan sikap. Ini adalah kualitas respon pesawat untuk
aplikasi kontrol pilot saat bermanuver pesawat, terlepas dari karakteristik
stabilitas.
(53)
BAB 3
METODOLOGI PENELITIAN
3.1Pendahuluan
Pada bab ini dijelaskan mengenai waktu dan tempat penelitian, proses
pembuatan, pemodelan spesimen, spesifikasi spesimen, metode pengujian dan
langkah awal permodelan simulasi.
3.2Waktu dan Tempat
Penelitian ini berlangsung selama ± 5 bulan yang dimulai dari September
2013 sampai Februari 2014. Tempat dilaksanakannya penelitian ini adalah di
laboratorium Impact and fracture reseach center unit I yang sekarang namanya AGC di Departemen Teknik Mesin, Impact and fracture reseach center unit II di Program Megister dan Doktor Teknik Mesin, dan Laboratorium Fisika Universitas Sumatera
Utara.
Tabel 3.1. Lokasi dan aktifitas penelitian
No Kegiatan Lokasi
1
2
3
Pembuatan sayap pesawat tanpa awak
Membuat simulasi sayap pesawat tanpak awak dengan menggunakan software Ansys 14.0 Workbench
Pengerjaan laporan skripsi
Rumah industri bengkel di Jl. Irian Barat Percut Sei Tuan
Lab. Teknologi Mekanik TEknik Mesin FT USU
(54)
Medan, Lab. Teknologi Mekanik Teknik Mesin FT USU
3.3 Proses Pembuatan
Bahan utama pada hand lay up sayap pesawat tanpa awak adalah material komposit serat rock wool dan polyester 157 Metode yang digunakan adalah metode
hand lay up. Proses kerja pembuatan sayap pesawat tanpa awak. a. Desain dan pemodelan sayap pesawat tanpa awak
b. Proses pembuatan mal
c. Proses pembuatan cetakan
d. Proses hand lay up
e. Proses finishing
3.3.1 Desain dan pemodelan sayap pesawat tanpa awak
Desain dan pemodelan sayap pesawat tanpa awak pertama kali dibuat dengan
menggunkan software solidwork.
(55)
3.3.2 Proses Pembuatan Mal
Untuk pembuatan mal terlebih dahulu ditentukan bahan/material yang akan
digunakan. Bahan/material yang digunakan sebagai berikut :
a) Bambu
b) Triplek
c) Dempul
d) Gypsum
3.3.3 Proses Pembuatan Cetakan
Proses pembuatan cetakan pada sayap yaitu dengan Metode hand lay up
dengan bahan yang digunakan adalah fiber glass.
Gambar. 3.2 Proses pembuatan cetakan sayap
3.3.4 Proses hand lay up
Proses hand lay up dilakukan secara bertahap, dikarenakan serat yang digunakan sedikit lebih sulit untuk diratakan. Oleh karena itu, proses ini terlalu
(56)
beresiko kalau bahan yang digunakan terlalu banyak dicampur dan diaduk yang akan
menyebabkan campuran serat rock wool dan resin polyester 157 cepat mengering. Proses hand lay up ini membutuhkan waktu untuk mengeringkan ± 1 hari atau dalam waktu 24 jam, adapun alat yang digunakan pada proses hand lay up ini adalah :
a. Roller
b. Kuas
c. Wadah
d. Stopwatch
e. Pengaduk
3.3.5 Proses finishing
Proses ini dilakukan dengan membersihkan hasil hand lay up dari serat-serat komposit rock wool dan resin polyester 157 yang berlebih untuk mendapatkan hasil
yang diinginkan. Pada proses ini serat yang berlebih dibersihkan dengan
menggunakan gerinda tangan untuk meratakan bagian yang bergelombang. Setelah
itu dilakukan proses polishing untuk mendapatkan permukaan sayap yang diinginkan.
(57)
Gambar. 3.3 Proses finishing
3.4 Material Yang Dipilih Untuk Sayap
Model sayap pesawat tanpa awak kemudian dibentuk menjadi spesimen uji tarik
yang selanjutnya dilakukan proses simulasi dengan data-data yang diperoleh dari
hasil pengujian untuk mengetahui sifat tarik, sifat fisik, dan sifat elastis pada bahan
komposit serat rock wool dan resin polyester 157 . Dengan data karakteristik material berbahan komposit serat rock wool dan resin polyester 157 maka material properties
dapat dilihat pada tabel 3.2.
Tabel 3.2 Karakteristik material komposit rock wool dan resin polyester 157
Sifat Jenis Sifat Nilai Satuan
Sifat Fisik Densitas 1461.14 Kg/m3
Sifat Tarik (Tensile) Ultimate Tensile Strength 31.17 MPa Sifat Tarik (Tensile) Tensile Yield Strength 20.45 MPa
Sifat Elastis Modulus Elastisitas 3133 MPa
Sifat Elastis Poisson Ratio 0,32
(58)
Table 3.2 Data khusus pesawat tanpa awak
No Spesifikasi Karakteristik
1 Airfoil NACA 2412
2 Jenis Wing Straight Wing
3 Panjang Span 2225 mm
4 Lebar chord 194 mm
5 Putaran propeller 3000 rpm
6 Diamter propeller 300 mm
7 Material Rock wool dan Resin polyester
8 Berat Sayap 4000 gr
3.5 Analisa Simulasi Numerik
Dalam simulasi ini software yang digunakan yaitu Ansys 14.0 workbench yang berbasis Metode Elemen Hingga (MEH). Simulasi ini bertujuan untuk mengetahui
distribusi tegangan akibat beban statik.
Dalam permodelan gambar seperti material uji tekan statik aksial terlebih dahulu
dibuat bentuk geometri dan dimensi dan software yang digunakan adalah Solidwork. Simulasi komputer dilakukan untuk mengklarifikasi perilaku mekanik yang terjadi
akibat pengujian secara eksperimental.
3.5.1 Tampilan Pembuka Ansys 14.0
(59)
.
Gambar 3.4 Tampilan awal Ansys 14.0 workbench
Software program ini mampu melakukan analisa pembebanan statik aksial dan dinamis, analisa temperatur, deformasi, defleksi, tegangan pada truss, dan sebagainya. Pada gambar merupakan tampilan awal ANSYS 14.0 workbench.
3.5.2 Mendefinisikan Sistem Analisa
Untuk mendefinisikan sistem analisa, maka langkah prosesnya adalah: pilih
(60)
Gambar 3.5 Tampilan sistem analisa
Selanjutnya juga dipilih Engineering Data> ketikkan rock wool pada kolom “Click here for a new material”. Proses ini terlihat pada gambar 3.6.
Gambar 3.6 Tampilan Engineering Data
3.5.3 Mendefinisikan Material Properties
Langkah selanjutnya adalah menentukan sifat properties material seperti
komposit rock wool. Langkah mendefenisikan material properties adalah: physical properties> density> linear elastic> isotropic elasticity. Lalu masukan nilai modulus elastisitas, masa jenis dan poisson ratio ke dalam kotak dialog material. Nilai
material properties diambil dari tabel 3.1. Kemudian pilih return to project dan pilih satuan millimeter untuk pemodelan gambar. Proses ini terlihat pada gambar 3.7.
(61)
Gambar. 3.7 Tampilan material properties
3.5.4 Tampilan Gambar Sayap
Untuk simulasi, maka gambar yang akan dibuat terlebih dahulu melalui
software Solidwork. Kemudian disimpan dalam bentuk file ACIS. Software ini digunakan untuk pembuatan gambar, karena gambar yang dihasilkan akan lebih
akurat. Langkah untuk mengimport gambar dari Solidwork adalah: File> import
external geometry file> pilih lokasi file gambar tersebut> pilih open> pilih generate. Hal ini ditunjukkan pada gambar 3.8.
(62)
Gambar. 3.8 Tampilan pembuatan sayap dari Solidwork
Setelah itu pilih close designmodeler untuk mengakhiri pemodelan gambar dan selanjutnya untuk memberikan pembebanan.
(63)
Ukuran mesh sangat mempengaruhi hasil dalam analisa ini. Adapun ukuran mesh yang didapat sebesar 1.2175 x 10-6 mm dan node yang didapat sebesar 2149.
Namun dalam skripsi ini tidak dibahas lebih lanjut mengenai pengaruh ukuran
tersebut. Hal ini dikarenakan keterbatasan sistem komputer yang digunakan. Disini
proses menerapkan ukuran mesh sesuai kemampuan komputer yaitu dengan langkah sebagai berikut: pilih menu model> geometry> part 1> material> assignment> ganti
structural steel menjadi Rock wool> pilih mesh> generate mesh seperti diperlihatkan oleh gambar 3.9.
(64)
3.4.6 Proses Static Structural
Pada proses ini langkah perintahnya adalah dengan pilih menu static structural> insert> fixed support> pilih permukaan tumpuan yaitu pada empat lubang baut> pilih apply seperti ditunjukkan pada gambar 3.10.
Gambar 3.10 Tampilan gambar sayap hasil fixed support
Selanjutnya pilih static structural> insert> force> pilih vertex (pembebanan titik)> pilih bagian yang diberi beban> apply> masukkan besar beban> pilih
definition> pilih define by > ubah vector menjadi components> masukkan beban pada komponen sumbu –Y, Y, -X dan X . Proses ini diperlihatkan pada gambar 3.11.
(65)
Gambar 3.11 Tampilan sayap yang dikenai beban
3.3.7 Proses Solution
Pada proses solution langkahnya adalah pilih solution> insert> pilih
deformation> total. Pilih solution> insert> pilih stress> equivalent (von-Mises). Pilih
solution kemudian pilih solve untuk mendapatkan hasil. Pada gambar 3.12 memperlihatkan tampilan proses solution.
(66)
(67)
3.5 Diagram Alir Penelitian
Diagram alir dari simulasi menggunakan Ansys 14.0 seperti pada gambar
Gambar 3.13 Diagram alir penelitian Penelusuran literatur dan
penyusunan skripsi
Pembuatan gambar sayap di Solidwork
kemudian di import ke ansys 14.0 workbench
Mulai
Pemilihan material properties untuk
Simulasi komputer menggunakan
Ansys 14.0
Tidak
Ya
Plot hasil distribusi beban dan tegangan
Kesimpulan
(68)
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Analisa Kecepatan Udara
Agar dapat menganalisa kecepatan Udara, maka terlebih dahulu
mengumpulkan data-data dari Badan Pusat Statistik maupun data spesifikasi motor penggerak. Berikut ini data-data yang sudah diketahui agar dapat membantu dalam perhitungan kecepatan udara tanpa awak sebagai berikut:
a. Suhu kota medan
- Min : 24.6º
- Max : 31.4º
- Kecepatan angin rata-rata : 2.8 m/s
b. Spesifikasi propeller
- Putaran (N) : 3000 rpm
- Diameter propeller : 0.3 m
- Sudut puntir : 38º
Kecepatan udara yang dihasilkan propeller dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
N π d tan θV x
Dimana:
N = Putaran propeller (rpm) V = Kecepatan udara keluar (m/s)
(69)
d = Diamter Propeler (m) θ = Sudut propeler maka:
V x
. . tan °
V x
. .
V x .
V . → m/s
4.2 Analisa Gaya-Gaya yang Terjadi
Setelah diperoleh kecepatan pesawat, selanjutnya dihitung gaya-gaya yang terjadi pada pesawat selama berada diudara sebelum melakukan
landing.
4.2.1 Menghitung Nilai Trust (T)
Pesawat bisa terbang karena ada momentum dari dorongan horizontal dari baling-baling pesawat (propeller) atau dari mesin pesawat. Dorongan inilah yang dimaksud dengan trust. Secara teoritis trust dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:
ṁ → →
Dimana:
V = kecepatan udara yang masuk
Vt = kecepatan udara yang dihasilkan
ṁ = massa flow rata-rata sebelum masuk per waktu ṁt = massa flow rata-rata sebelum keluar per waktu
(70)
P = tekanan sebelum masuk
Pt = tekanan ketika keluar
A = At = luas penampang sayap pesawat
Dimana luas penampang sayap pesawat merupakan perkalian antara panjang span dengan lebar chord. Sesuai dengan design pada tabel 3.3 dengan nilai span sebesar 2225 mm dan nilai chord sebesar 194 mm. berikut ini perhitungan luas penampang sayap pesawat:
. .
. ²
Maka selanjutnya dilakukan perhitungan untuk mencari massa flow persatuan waktu seperti dibawah ini:
ṁ = . V . A = (1.225 kg/m³) (2.8 m/s) (0.43165 m²) = 1.48056 kg/s ṁt = . Vt . A = (1.225 kg/m³) ( 37 m/s) (0.43165 m²) = 19.56454 kg/s
karena P ≠ Pt, maka rumus trust adalah sebagai berikut:
ṁ ṁ
∆ didapat dari hokum bernauli.
₂onstan
²
. .
(71)
. → / ²
. .
. .
.
Maka besar gaya trust pada pesawat tanpa awak adalah sebesar 359.8711 N
4.2.2 Menghitung Nilai Drag (D)
Drag adalah gaya kebelakang yang menarik mundur dan disebabkan oleh gangguan aliran udara oleh sayap, badan pesawat, dan objek-objek lain. Drag kebalikan dari trust, dan bereaksi kebelakang dengan arah angin relatif. Gaya drag dapat dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut:
. . ².
Dimana:
D = drag (N/s) Cd = coefisien drag
= massa jenis udara (kg/m³) V = kecepatan pesawat (m/s) A = luas penampang sayap (m²)
Dalam hal ini, jenis airfoil yang digunakan adalah NACA 2412 yang memiliki nilai angle of attack sebesar 12º untuk sudut maksimum dan 0º untuk sudut
(72)
minimum dengan nilai koefisiean drag masing masing sebesar 0.08272 dan 0.01437.untuk lebih jelasnya, perhitungan nilai drag maksimum dan minimum dapat dilihat sebagai berikut:
a. Untuk sudut serang 12º dengan nilai Cd = 0.08272
. . .
.
b. Untuk sudut serang 0º dengan nilai Cd = 0.01437
. . .
.
4.2.3 Menghitung Nilai Lift (L)
Gaya angkat adalah gaya yang dihasilkan oleh efek dinamis dari udara yang bereaksi disayap, dan bereaksi tegak lurus pada arah penerbangan melalui center of lift dari sayap. Besarnya gaya lift dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:
. . ².
Dimana:
L = lift (N/s) Cl = coefficient lift
= massa jenis udara (kg/m³) V = kecepatan pesawat (m/s)
(73)
A = luas penampang sayap (m²)
Sama seperti perhitungan nilai drag, perhitungan pada airfoil NACA 2412 juga memerlukan nilai sudut serang maksimum dan minimum yaitu sebesar 12º dan 0º dengan nilai coefficient lift masing masing sebesar 1.005 dan 0.206. Untuk lebih jelasnya, perhitungan lift maksimum dan minimum dapat dilihat sebagai berikut:
a. Untuk sudut serang 12º dengan nilai Cl = 1.005
. . .
.
b. Untuk sudut serang 0º dengan nilai Cl = 0.206
. . .
.
4.2.4 Menghitung Nilai Weight (W)
Gaya berat adalah gaya yang menarik pesawat kebawah karena gaya gravitasi. Gaya berat melawan gaya angkat dan bereaksi secara vertikal kebawah melalui center of gravity dari pesawat. Dalam hal ini masa pesawat tanpa awak adalah sebesar 15000 gr.
Berat = 15000 gr
= 15 kg
= 15 kg x 9.81 m/s² = 147.15 N Dari 4 gaya didapatlah data-data sebagai berikut: T = 359.8711 N
D = 29.94 N T > D L = 363.375 N L > W
(74)
W = 147.15 N
Dari hasil perhitungan diatas diperoleh nilai trust (T) lebih besar daripada nilai drag (D) dan nilai lift (L) lebih besar daripada nilai sayap pesawat sehingga dapat disimpulkan secara teori perancangan pesawat tanpa awak memenuhi syarat untuk dapat terbang.
4.3 Hasil Simulasi
4.3.1 Simulasi Hasil Distribusi Deformasi
Pada gambar 4.1 memperlihatkan hasil Total Deformation.
Gambar. 4.1 Simulasi Hasil Distribusi Deformasi
Distribusi perubahan bentuk yang terjadi ditandai dengan kontur warna pada gambar 4.1. Warna merah menunjukkan daerah konsentrasi deformasi dimana deformasi maksimum terjadi di daerah ini, dan pada titik ini pulalah yang paling berpotensi munculnya deformasi plastis pertama. Selanjutnya distribusi deformasi menjalar sesuai dengan warna sampai ke daerah yang paling aman yaitu daerah yang ditunjukkan dengan warna biru. Deformasi maksimum yang terjadi sebesar 1.2287 mm dari bentuk semula.
4.3.2 Simulasi Hasil EqivalentuStrain
(75)
Pada gambar 4.2 memperlihatkan hasil EqivalentuStrain.
Gambar 4.2 Hasil Simulasi Hasil Eqivalentu Strain
Regangan maksimum yang terjadi adalah sebesar 7.1846 x 10-5 dan tegangan minimum yang terjadi sebesar 6.130 x 10-9. Hal ini ditandai dengan kontur warna merah yang mendapat konsentrasi tegangan. Selanjutnya distribusi tegangan menjalar sesuai dengan warna sampai ke daerah yang paling aman yaitu daerah yang
ditunjukkan dengan warna biru yang terlihat pada gambar 4.2.
4.3.3 Simulasi Hasil EquivalentStress
Pada gambar 4.3 memperlihatkan hasil Equivalent Stress.
(76)
Gambar 4.3 Hasil simulasi equivalent stress
Tegangan maksimum yang adalah sebesar 14.248 MPa dan tegangan minimum yang terjadi sebesar 0,00097175 MPa. Hal ini ditandai dengan kontur warna merah yang mendapat konsentrasi tegangan. Selanjutnya distribusi tegangan menjalar sesuai dengan warna sampai ke daerah yang paling aman yaitu daerah yang ditunjukkan dengan warna biru yang terlihat pada gambar 4.3.
(77)
BAB 5
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1Kesimpulan
Berdasarkan hasil dan pembahasan dapat ditarik kesimpulan dan saran sebagai
berikut:
1. Hasil penelitian dengan menggunakan simulasi numerik (software ANSYS) dapat diketahui bahwa sayap memiliki distribusi deformasi maksimum yang
jika ditinjau dari pemberian gaya, maka distribusi deformasi maksimum
adalah sebesar 1.2287 mm
2. Hasil penelitian dengan menggunakan simulasi numerik (software ANSYS) dapat diketahui bahwa sayap memiliki tegangan maksimum dan tegangan
minimum yang jika ditinjau dari pemberian gaya, maka tegangan maksimum
adalah sebesar 14.248 MPa dan tegangan minimum adalah sebesar
0,00097175 MPa.
1.2 Saran
1. Untuk penelitian selanjutnya, peneliti menyarankan agar dilakukan proses
produksi sayap dari hasil penelitian.
2. Hasil perhitungan gaya-gaya yang terjadi pada sayap agar kiranya menjadi acuan
(78)
3. Untuk penelitian selanjutnya data-data khusus dapat diperluas untuk
(79)
DAFTAR PUSTAKA
1. Anderson, Jhon D, Jr. 2001 : Fundamental of aerodinamik, McGraw-Hill Book Company, Boston.
2. Djojodiharjo, Harijono, 1982 : Mekanika Fluida, Erlangga : Jakarta
3. Gere, M.J, & Timoshenko, P.S. 1987. Mekanika Bahan. Terjemahan oleh Hans J. Wospakri. Jakarta: Erlangga
4. http://gaero.org/forum/portal/php
5. Jiancoli. 1998 : FisikaDasar Jilid I edisi ke-5, Frencisehall. Inc
6. Munson, R, Bruce, Young, F, Donald, Okiisi, H, Theodore. 2005 : Mekanika Fluida. Jilid. 2 Edisi ke-4. Erlangga: Jakarta
7. Nash, William. 1998 : Strength of Material. Schaum’s Outlines.
8. Nugroho, Fadjar, 2008 http://ilmuterbang.com/artikel-mainmenu-29/aerodinamika hukum-bernoulli. Diakses pada tanggal 11 Juni 2008.
9. Pringgo. 2009. Stabilitas Terbang. http://www.jipku.com/artistabilitasterbang. html. Diakses pada tanggal 23 Maret 2014
10.Van Vlack, Lawrence H. Djaprie, Sriarti dan Array. 1989. Ilmu dan Teknologi Bahan. Erlangga: Jakarta
(80)
DAFTAR LAMPIRAN
(1)
Gambar 4.2 Hasil Simulasi Hasil Eqivalentu Strain
Regangan maksimum yang terjadi adalah sebesar 7.1846 x 10-5 dan tegangan minimum yang terjadi sebesar 6.130 x 10-9. Hal ini ditandai dengan kontur warna merah yang mendapat konsentrasi tegangan. Selanjutnya distribusi tegangan menjalar sesuai dengan warna sampai ke daerah yang paling aman yaitu daerah yang
ditunjukkan dengan warna biru yang terlihat pada gambar 4.2.
4.3.3 Simulasi Hasil EquivalentStress
(2)
Gambar 4.3 Hasil simulasi equivalent stress
Tegangan maksimum yang adalah sebesar 14.248 MPa dan tegangan minimum yang terjadi sebesar 0,00097175 MPa. Hal ini ditandai dengan kontur warna merah yang mendapat konsentrasi tegangan. Selanjutnya distribusi tegangan menjalar sesuai dengan warna sampai ke daerah yang paling aman yaitu daerah yang ditunjukkan dengan warna biru yang terlihat pada gambar 4.3.
(3)
1. Hasil penelitian dengan menggunakan simulasi numerik (software ANSYS) dapat diketahui bahwa sayap memiliki distribusi deformasi maksimum yang jika ditinjau dari pemberian gaya, maka distribusi deformasi maksimum adalah sebesar 1.2287 mm
2. Hasil penelitian dengan menggunakan simulasi numerik (software ANSYS) dapat diketahui bahwa sayap memiliki tegangan maksimum dan tegangan minimum yang jika ditinjau dari pemberian gaya, maka tegangan maksimum adalah sebesar 14.248 MPa dan tegangan minimum adalah sebesar 0,00097175 MPa.
1.2 Saran
1. Untuk penelitian selanjutnya, peneliti menyarankan agar dilakukan proses produksi sayap dari hasil penelitian.
2. Hasil perhitungan gaya-gaya yang terjadi pada sayap agar kiranya menjadi acuan untuk penelitian selanjutnya.
(4)
3. Untuk penelitian selanjutnya data-data khusus dapat diperluas untuk mendapatkan hasil analisa yang lebih akurat.
(5)
2. Djojodiharjo, Harijono, 1982 : Mekanika Fluida, Erlangga : Jakarta
3. Gere, M.J, & Timoshenko, P.S. 1987. Mekanika Bahan. Terjemahan oleh Hans J. Wospakri. Jakarta: Erlangga
4. http://gaero.org/forum/portal/php
5. Jiancoli. 1998 : Fisika Dasar Jilid I edisi ke-5, Frencisehall. Inc
6. Munson, R, Bruce, Young, F, Donald, Okiisi, H, Theodore. 2005 : Mekanika Fluida. Jilid. 2 Edisi ke-4. Erlangga: Jakarta
7. Nash, William. 1998 : Strength of Material. Schaum’s Outlines.
8. Nugroho, Fadjar, 2008 http://ilmuterbang.com/artikel-mainmenu-29/aerodinamika hukum-bernoulli. Diakses pada tanggal 11 Juni 2008.
9. Pringgo. 2009. Stabilitas Terbang. http://www.jipku.com/artistabilitasterbang. html. Diakses pada tanggal 23 Maret 2014
10.Van Vlack, Lawrence H. Djaprie, Sriarti dan Array. 1989. Ilmu dan Teknologi Bahan. Erlangga: Jakarta
(6)