Simulasi Uji Kebisingan Pada Pesawat Tanpa Awak Prototipe NVC USU Menggunakan Perangkat Lunak FEM

SIMULASI UJI KEBISINGANPADA
PESAWAT TANPA AWAK PROTOTIPE NVC USU
MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK FEM

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

DEDI AGUSTIANTO
110401129

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2016
i
Universitas Sumatera Utara

ii
Universitas Sumatera Utara


iii
Universitas Sumatera Utara

iv
Universitas Sumatera Utara

v
Universitas Sumatera Utara

vi
Universitas Sumatera Utara

vii
Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK
Pesawat tanpa awak adalah sebuah mesin terbang yang dapat dikendali dari jarak
jauh ataupun mampu mengendalikan dirinya sendiri.Pesawat tanpa awak biasa
digunakan oleh masyarakat sipil dan militer untuk melakukan misi pengintaian

dan pengawasan maupun misi tertentu.Permasalahan kebisingan pada pesawat
tanpa awak sedang menjadi konsentrasi penelitian untuk mendukung keberhasilan
misi tersebut.Sebagian besar kebisingan pesawat tanpa awak berasal dari sistem
baling-baling pengangkat, rotor, dan mesin. Penelitian ini dilakukan untuk melihat
karakteristik kebisingan yang dihasilkan pada pesawat UAV saat beroperasi
dengan variasi putaran 2000 RPM, 3000 RPM, 4000 RPM, 5000 RPM, 6000
RPM, dan 7000 RPM pada jarak 3 meter. Pengukuran nilai tingkat kebisingan
dilakukan menggunakan metode simulasi dengan software ANSYS 15.0 pada arah
horizontal, vertikal, dan aksial (X+, X-, Y+, Y-, Z+, dan Z-). Dari hasil simulasi
uji kebisingan pada pesawat tanpa awak prototype NVC (Noise and Vibration
Centre) USU didapat nilai kebisingan (SPL) terbesar pada Sumbu Z- (bawah)
pada putaran 7000 RPM dan terkecil pada sumbu Y (depan) pada putaran 2000
RPM.Kontur kebisingan yang dihasilkan tidak merata ke semua arah hal ini
dipengaruhi oleh geometri pesawat dan tinggi rendahnya tingkat kebisingan
dipengaruhi oleh tekanan yang dihasilkan gelombang bunyi.
Kata kunci: pesawat tanpa awak, kebisingan, simulasi, kontur, tekanan.

viii
Universitas Sumatera Utara


ABSTRACT
The unmanned aerial vehicle is a flying machine which can be controlled from a
distance nor able to control himself. Unmanned aircraft used by civilians and
military to conduct reconnaissance, surveillance, and specific mission. The
problem of noise on the unmanned aircraft was a concentration of research to
support the success of the mission. Most of the noise comes from the unmanned
aircraft propeller system lifter, rotor, and engines. This study was conducted to
look at the characteristics of the noise generated by the UAV aircraft when
operating with a variety of rotation 2000 RPM, 3000 RPM, 4000 RPM, 5000
RPM, 6000 RPM and 7000 RPM at a distance of 3 meters. Measurement of the
value of the noise level is done using software simulations with ANSYS 15.0 in
the horizontal, vertical, and axial direction (X +, X-, Y +, Y-, Z + and Z-). The
simulation results of the noise test of unmanned aerial vehicle prototype NVC
(Noise and Vibration Centre) USU obtained value of the noise (SPL) which are
the largest in the Z- axis (bottom) at 7000 RPM and the smallest rotation on the Y
axis (front) at 2000 RPM rotation. Contour noise generated is not evenly in all
directions. It is influenced by the geometry of the plane and then high and low
level of noise is affected by the pressure generated sound waves.

Keywords: unmanned aerial vehicle, noise, simulation, contour, pressure.


ix
Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan ke hadirat Allah SWT atas segala karunia
dan rahmat-Nya yang senantiasa diberikan kepada penulis, sehingga 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 ini adalah “Simulasi Uji Kebisingan Pada Pesawat
Tanpa Awak Prototipe NVC USU Menggunakan Perangkat Lunak FEM”.
Selama penulisan skripsi ini penulis banyak mendapat bimbingan dan
bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis
menyampaikan banyak terima kasih kepada:

1.

Kedua orang tua tercinta, Ayahanda Sarmen dan Ibunda Saedahyang telah

memberikan segala dukungan tak terhingga baik dukungan moril dan
materil.

2.

BapakDr.Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku dosen pembimbing dan Ketua
Jurusan Departemen Teknik Mesin yang telah banyak meluangkan waktunya
membimbing penulis hingga skripsi ini dapat terselesaikan.

3.

Bapak Dr. Eng. Taufiq Bin Nur ST. M.Eng.Sc. dan Bapak Suprianto,
ST.MT. selaku dosen pembanding yang telah banyak memberikan masukan
kepada penulis untuk kesempurnaan penyusunan skripsi ini.

4.

Seluruh Staf Pengajar pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan pengetahuan kepada
penulis hingga akhir studi dan seluruh pegawai administrasi di Departemen

Teknik Mesin

5.

Bapak Alfinsyahrin M. Beni, ST. MT selaku mahasiswa Magister Teknik
Mesin sekaligus koordinator laboratorium Noise and Vibration Research
Center.

6.

Abangda Nazwir Fahmi Damanik, Edi Helpita, Masruri, dan semua kawankawan yang telah banyak membantu dalam pengerjaan skripsi ini.

x
Universitas Sumatera Utara

7.

Tim Peneliti Pesawat Tanpa Awak NVC USU Generasi 3 saudara M.
TrizulfiSahab, Ghazali Adam,


Agung Nungroho, Ryan Tua, Ahmad

FiqriOemry dan Ahmad DzakyRidho yang telah ikut berjuang dalam tim ini
hingga selesai.
8.

Teman sekaligus keluarga Teknik Mesin Angkatan 2011 yang telah banyak
berbagi dalam berbagai hal di kampus USU ini.

9.

Keluarga Besar HMI Teknik USU, Gemasiana Teknik, PEMA Teknik USU
2014-2015 tempat saya belajar dan berkarya.

10.

Keluarga Besar EINS FAMILY

Ara Gumilar, Darma Juliandri,


JefrySyahputra, GENDUT (Arif) tempat penulis menghilangkan kejenuhan
rutinitas sehari-hari
11.

Abang dan adik penulis Ardiansyah, Agus Chandra S.Pd. dan Muhammad
Padli yang juga banyak memberi dukungan yang tak terhingga kepada
penulis.

Penulis juga mengharapkan saran dan kritik terhadap penulisan hasil
laporan skripsi ini agar menjadi skripsi yang baik dari segi penulisan maupun
konten.Semoga laporan skripsi dapat bermanfaat terimakasih.

Medan, 14 Maret 2016
Penulis,

DEDI AGUSTIANTO
NIM : 11 0401 129

xi
Universitas Sumatera Utara


DAFTAR ISI

Halaman
KATA PENGANTAR .......................................................................................x
DAFTAR ISI

..................................................................................................xii

DAFTAR NOTASI ............................................................................................xv
BAB 1 PENDAHULUAN .................................................................................1
1.1 Latar Belakang ................................................................................1
1.2 Perumusan Masalah ........................................................................4
1.3 Tujuan Penelitian ……………………………………………….. .4
1.4 Batasan Masalah .............................................................................4
1.5 Sistematika Penulisan .....................................................................5

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ........................................................................6
2.1 Pesawat Tanpa Awak (Unmanned Aerial Vehicle) ........................6
2.1.1 Mesin ....................................................................................7

2.1.2 Propeler ………………………. ...........................................8
2.1.3 Badan pesawat ……..............................................................9
2.2 Mekanisme Pesawat Untuk Terbang ..............................................10
2.3 Bunyi………….. .............................................................................12
2.3.1 Frekuensi Bunyi …. ..............................................................13
2.3.2 Cepat Rambat Bunyi ………………. ...................................15
2.4 Kebisingan (Noise) ........................................................................17
2.4.1 Jenis – Jenis Kebisingan .......................................................17
2.4.2 Sinyal Noise ..........................................................................17
2.4.3 Parameter Kebisingan ...........................................................18
2.4.4 Tingkat Kebisingan ...............................................................19
2.5 Prosedur Dasar Mengendalikan Kebisingan ...................................21
2.6 Sumber Kebisingan Aerodinamis … ..............................................22
2.7 Kriteria Kebisingan Pesawat ...........................................................24
2.8 Simulasi Ansys ...............................................................................27

xii
Universitas Sumatera Utara

2.8.1 Ansys Acoustic ………. ......................................................28

2.8.2 AcousticACT (Application Customization Toolkit)
Extension………………….. .......................................................29

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ..........................................................31
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian .........................................................31
3.2 Variabel Penelitian ..........................................................................31
3.2.1 Variabel Terikat ...................................................................31
3.2.2 Variabel Bebas ......................................................................31
3.3 Spesifikasi Data ..............................................................................32
3.3.1 Spesifikasi Pesawat ..............................................................32
3.3.2 Spesifikasi Kayu Balsa ........................................................33
3.3.3 Spesifikasi Fluida ..................................................................33
3.4 Cara Pelaksanaan Penelitian ...........................................................34
3.5 Diagram Alir Penelitian .................................................................36
3.6 Setup Pengujian …….. ...................................................................37
3.6.1 Tahap Pre-Processing ….. .....................................................37
3.6.2 Tahap Post-Processing …. ....................................................41
3.6.3 Menjalankan Simulasi ……...................................................41
3.7 Diagram Alir Simulasi …. ...............................................................42

BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................43
4.1 Kontur Kebisingan …. ....................................................................43
4.1.1 Putaran 2000 Rpm …. ..........................................................43
4.1.2 Putaran 3000 Rpm ……………. ..........................................46
4.1.3 Putaran 4000 Rpm ….. .........................................................48
4.1.4 Putaran 5000 Rpm …. ..........................................................50
4.1.5 Putaran 6000 Rpm …. ..........................................................52
4.1.6 Putaran 7000 Rpm ….. .........................................................54
4.2 Tingkat Kebisingan …… ................................................................57
4.2.1 Putaran 2000 Rpm …. ..........................................................57
4.2.2 Putaran 3000 Rpm ……………. ..........................................59

xiii
Universitas Sumatera Utara

4.2.3 Putaran 4000 Rpm ….. .........................................................59
4.2.4 Putaran 5000 Rpm …. ..........................................................60
4.2.5 Putaran 6000 Rpm …. ..........................................................61
4.2.6 Putaran 7000 Rpm ….. .........................................................61
4.3 Grafik Hasil Simulasi ….. ...............................................................64
4.3.1 Sumbu X ..............................................................................64
4.3.2 Sumbu X-.. ............................................................................65
4.3.3 Sumbu Y ...............................................................................65
4.3.4 Sumbu Y- ..............................................................................66
4.3.5 Sumbu Z................................................................................67
4.3.6 Sumbu Z- ..............................................................................68

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN … ........................................................70
5.1 Kesimpulan… .................................................................................70
5.2 Saran …. .........................................................................................71

DAFTAR PUSTAKA .........................................................................................72

xiv
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR NOTASI

Simbol

Satuan

c

Kecepatan suara

m/s

γ

Specific heat ratio

R

Konstanta gas spesifik

T

Temperatur absolut

N

Kekuatan noise

K

Konstanta Boltzmann

J/K

λ

Panjang gelombang

m

f

Frekuensi

Hz

T

Periode

s

k

Jumlah gelombang

Lp

Sound pressure level

dB

Lw

Sound power level

dB

P

Sound pressure

Pa

pref

Tekanan referensi

Pa

W

Sound power

Watt

Wref

Sound power referensi

Watt

K

xv
Universitas Sumatera Utara