58
Gambar 2.16 Pesawat tanpa awak Dalam sebuah Perancangan Pesawat Terbang Tanpa Awak PPTA,
terlebih dahulu mendefinisikan misi penerbangan seperti apa yang akan dilakukan oleh pesawat tersebut. Hal ini harus dilakukan karena tidak ada satu
jenis PTTA yang bisa melakukan semua misi yang ada dalam penerbangan. Pesawat terbang tanpa awak dimaksudkan untuk mengemban misi pemantauan
udarauntuk melihat objek yanmg diam atau bergerak diatas permukaan tanah. Misi tersebut dilakukan dilakukan diwilayah dengan dukungan insfratruktur
yang minim seperti daerah hutan,pegunungan,rawa dan lain-lain dengan misi tersebut, maka PTTA harus merupakan gabungan karakter antara tipe pesawat
sport,trainer dan pesawat trainer glider, yaitu berkecepatan rendah,sangat stabil, dapat melayang dan mudah dikendalikan.
2.9.1 Gaya-gaya yang bekerja pada pesawat
Gaya-gaya yang bekerja pada pesawat sering kali disebut sebagai gaya- gaya aerodinamika. Dalam semua kasus aerodinamika, gaya-gaya yang bekerja
pada benda berasal hanya dari dua sumber dasar ialah distribusi tekanan dan tegangan geser permukaan benda.
Universitas Sumatera Utara
59
Gambar 2.17 Gaya-gaya yang bekerja pada pesawat Berikut ini adalah hal-hal yang mendefinisikan gaya-gaya tersebutdalam
sebuah penerbangan: 1.
Thrust adalah gaya dorong yang dihasilkan oleh baling-baling pesawat. Gaya ini merupakan kebalikan dari gaya tahan Drag.
2. Drag adalah gaya ke belakang ,menarik mundur,dan disebabkan
oleh ganguan aliran udara pada sayap,fuselage,dan objek-objek lainnya. Drag kebalikan dari Thrust, dan beraksi kebelakang paralel
dengan arah angin relativef relative wind . 3.
Weight adalah gaya berat adalah kombinasi berat dari muatan pesawat itu sendiri ,weight menarik pesawat ke bawah karena gaya
gravitasi.Weight melawan lift gaya angkat dan beraksi vertikal kebawah melalui center of gravity dari pesawat.
Gaya angkat lift
Gaya dorong thrust
Gaya berat weight Gaya hambat Drag
Universitas Sumatera Utara
60
4. Lift gaya angkat melawan gaya dari weight, dan dihasilkan oleh
efek dinamis dari udara yang beraksi di sayap, dan beraksi tegak lurus pada arah penerbangan center of lift dari pesawat.
Udara akan mengalir melewati bagian atas sayap dan bagian bawah sayap. Sebenarnya bukan udara yang mengalir melewati sayap pesawat tetapi
sayap pesawat lah yang maju menembus udara. Dengan bentuk sayap yang melengkung di atas,maka aliran udara di atas sayap membutuhkan jarak yang
lebih panjang dan membuat nya mengalir lebih cepat dibandingkan dengan aliran udara dibawah sayap pesawat. Tekanan dibawah sayap yang lebih besar
akan akan mengangkatb sayap pesawat dan disebut gaya angkat lift . Karena itu kecepatan pesawat harus dijaga sesuai dengan rancangan nya. Jika
kecepatan nya menurun maka lift nya akan berkurang. Dari riset sebelum nya ivan 2008 maka didapat nilai gaya-gaya pada pesawat
sebagai berikut: a.Menghitung Nilai Thrust T
Pesawat bisa terbang karena ada momentum dari dorongan horizontal dari mesin atau baling-baling pesawat, kemudian dorongan mesin penggerak
tersebut akan menimbulkan perbedaan kecepatan aliran udara di bawah dan di atas sayap pesawat. Kecepatan udara di atas sayap akan lenih besar daripada di
bawah syapa dikarenakan jarak tempuh lapisan udara yang mengalir di atas sayap lebih besar dari pada jarak tempuh di bawah sayap, waktu tempuh lapisan
udara yang melalui atas sayap dan di bawah sayap adalah sama. Dorongan inilah yang disebut dengan Thrust. Secara teoritis ,thrust dapat dihitung sebagai
berikut
Thrust = Force
V ṁ
P A
V
t
ṁ
t
P
t
A
t
Propulsion
Universitas Sumatera Utara
61
V = kecepatan udara yang masuk
V
t
= kecepatan udara yang dihasilkan ṁ
= massa flow rata-rata sebelum masuk per waktu ṁ
t
= massa flow rata-rata sewaktu keluar per waktu P
= tekanan sebelum masuk P
t
= tekanan ketika keluar A
= A
t
= luas penampang sayap pesawat A
= A
t
= luas penampang sayap pesawat Dimana luas penampang sayap pesawat tersebut merupakan perkalian
antara panjang span dengan lebar chord. Sesuai hasil design maka diperoleh nilai span sebesar 1200 mm dan nilai chord sebesar 500 mm. Berikut ini adalah
perhitungan luas penampang sayap pesawat A = span x chord
= 1,2 m x 0,5 m = 0,6 m
2
Maka selanjutnya dilakukan perhitungan untuk mencari massa flow perstuan waktu seperti di bawah ini
m
0 =
ρ
.
V
0 .A = 1.161 kgm
3
x 0.6 m
2
x 2.8 ms = 1,95 kgs
m
t =
ρ
.
V
t .A = 1.161 kgm
3
x 0.6 m
2
x 47.18 ms = 32,86 kgs Karena P
≠ P
t
maka rumus thrust
Universitas Sumatera Utara
62
T = m
t .
V
t
– m V
+ P
t
– P A
P
t
– P = ΔP didapat dari hukum Bernouli
P
t
+
1 2
ρ V
2
= Pt +
1 2
ρ Vt
2
= Konstan Pt-
Po = 0.5 x ρ V0
2
- Vt
2
= 0.5 x 1.161 kgm
3
1,95
2
- 32,86
2
= -624,6 Pa kgms
2
T = m
t
V
t
- m V
+ P
t
-P A
T = 32,86 x 47.18 – 1,95 x 2.8 +-624,6 0,6 T = 1550.3348 – 5,46 + - 374,76
T = 1170,1148 N
Maka besarnya gaya thrust pada pesawat aeromodeling adalah 1170,1148 N
b. Menghitung Nilai Drag D Drag adalah gaya kebelakang yang menarik mundurdan disebabkan oleh
gangguan aliran udara oleh sayap, fuselage, dan objek-objek lain. Drag kebalikan dari thrust, dan beraksi ke belakang paralel dengan arah angin relatif
relatif wind . Gaya drag dapat dihitung degan rumus :
D =
�� .� .�
2
. �
2 Dimana :
D = Drag Ns
Cd = Cofisien Drag
Universitas Sumatera Utara
63
ρ
= Massa jenis udara kgm
3
V = Kecepatan Pesawat ms
A = Luas penampang m
2
Dalam hal ini, jenis airfoil yang digunakan adalah NACA 2412 yang memiliki angel of attack A
A sebesar 15 untuk sudut maksimum dan 0
untuk sudut minimum dengan nilai koefisien drag untuk masin-masing sebesar 0,0237 dan 0,0067. Untuk lebih jelasnya, perhitungan nilai drag dapat dilihat
sebagai berikut :
Untuk A A = 15
dengan nilai Cd = 0,0237
D
max
=
0,0237 1,161kg m347,18
2
0,6 2
= 18.3745 Ns
Untuk A A = 0
dengan nilai Cd = 0.0067 D
max
=
0,0067 1,161kg m3 47,180,6 2
= 4.96 Ns Setelah diperoleh nilai drag dari sayap,maka selanjutnya di hitung nilai drag
yang terjadi pada fuselage pesawat aeromodeling. Menurut hasil pemilihan design fuselage, maka fuselage yang dipilih adalahtipe 8 dengan koefisien drag
0,458 untuk lebih jelas dapat ditunjukkan oleh gambar berikut.
Universitas Sumatera Utara
64
Gambar 4.1 Aircraft Design
Maka perhitungan nilai drag untuk fuselage dapat dihitung dengan menggunakan rumus
D =
�� .� .�
2
. �
2 Dimana :
D = Drag Ns
Cd = Coefisien Drag fuselage
ρ
= Massa jenis udara kgm
3
V = Kecepatan pesawat ms
A = Luas penampang fuselage m
3
Cd = 0,458
Universitas Sumatera Utara
65
A= π r
2
, dimana r = 125 mm = 0.125 m A= 3,14 x 0,125
2
A = 0,4906 m
2
D
fuselage
=
0,458 1,161kg m347,18
2
0,4906 2
D
fuselage
= 6,2348 Ns Maka nilai drag total yang terjadi pada pesawat dapat dihitung dengan
rumus : D
total
= D
sayap
+ D
fuselage
D
total
= 18.3745 + 6,2348 D
total
= 24.6093 Ns
c. Menghitung Nilai LIFT L
