Jl Ganesha 10 Bandung 40132 Jawa Barat – Indonesia Abstrak
IV. H ASIL D AN P EMBAHASAN Aspek Aerodinamik
Dengan keterbatasan media penyampaian hasil terutama dalam bentuk gambar, dalam laporan ini tidak semua performa NWDU dapat dibahas. Para pembaca dipersilahkan membaca performa NWDU dalam referensi yang lain sebagaimana tercantum dalam Daftar Pustaka. Dua konfigurasi sayap dengan bentuk planform yang berbeda menjadi contoh kasus dalam laporan ini. Konfigurasi sayap WS01 (Gambar 3.1a) dan WS02 (Gambar 3.1b) memberikan ilustrasi bahwa konfigurasi sayap yang kompleks dan sederhana dapat dibuat dengan NWDU, yang sekaligus secara simultan dapat terhubung dengan VSAERO untuk menghasilkan karakteristik aerodinamikanya.
Untuk kasus pergantian profil sayap WS01 di bagian pangkalnya, ini memberikan perbedaan koefisien tekanan yang siginifikan sebagaimana dilukiskan pada Gambar 3.2a. Walaupun profil sayap yang diganti hanya pada bagian pangkalnya saja, tetapi pengaruhnya terhadap distribusi tekanan dialami sepanjang span sayap tersebut. Hal ini dibuktikan oleh Gambar 3.2b yang diambil pada lokasi 2y/b = 0,68 masih menunjukkan perbedaan koefisien tekanan yang cukup signifikan. Akibat dari perubahan distribusi tekanan sepanjang span, menyebabkan distribusi beban aerodinamika Cl dan Cl*c/CL*cavgjuga mengalami perubahan sebagaimana ditunjukkan pada Gambar 3.3a dan 3.3b.
Untuk kasus sayap sederhana tanpa taper dengan profil sama sepanjang span memberikan koefisien tekanan sebagaimana dilukiskan pada Gambar 3.4. Sudut serang yang lebih besar menghasilkan distribusi Cl dan Cl*c yang lebih besar sepanjang span, (lihat Gambar 3.5). Distribusi Cl ini menunjukkan kecenderungan hasil yang sama dengan teori yang ada sebagaimana dapat dilihat pada Gambar 3.6.
0.20 0.60 1.00 0.00 0.40 0.80 ==> x -1.00 -0.60 -0.20 0.20 0.60 -1.20 -0.80 -0.40 0.00 0.40 0.80 = = > C p 2 y / b = 0 , 0 3; C L = 0 , 5 W2SC_TW (perubahan twist) W2SC_SEC (perubahan profil inboard)
0.20 0.60 1.00 0.00 0.40 0.80 ==> x -1.40 -1.00 -0.60 -0.20 0.20 0.60 -1.60 -1.20 -0.80 -0.40 0.00 0.40 0.80 = = > C p 2 y / b = 0 , 6 8 ; C L = 0 , 5 W2SC_TW (perubahan twist) W2SC_SEC (perubahan profil inboard)
2.00 6.00 10.00 14.00 0.00 4.00 8.00 12.00 ==> Y 0.10 0.30 0.50 0.70 0.90 0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 = = > C l Spanload pada CL=0.5 W2SC_TW(perubahan twist) W2SC_SEC (perubahan profil sayap)
2.00 6.00 10.00 14.00 0.00 4.00 8.00 12.00 ==> Y 0.20 0.60 1.00 1.40 1.80 0.00 0.40 0.80 1.20 1.60 2.00 = = > C l* c /C L *C B A R Spanload pada CL=0.5 W2SC_TW (perubahan twist) W2SC_SEC (perubahan profil sayap)
0.00 1.00 ===> X (Arah Chord)2.00 3.00 4.00 -1.50 -1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 = = = > C p S e p a n ja n g S p a n
Hasil VSAERO Sayap WS02 Alp=4 deg.
0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 ===> X (Arah Chord) -1.50 -1.00 -0.50 0.00 0.50 1.00 = = = > C p S e p a n ja n g S p a n
Hasil VSAERO Sayap WS02, Alp=8 deg
0.00 2.00 4.00 6.00 ===> y (Arah Span) 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 = = = > C l S e p a n ja n g S p a n
Hasil VSAERO sayap WS02 Alpha 4 deg. dan 8 deg.
Aplha = 4 deg. Alpha = 8 deg. 0.00 2.00 4.00 6.00 ===> Y (Arah Span) 1.00 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 = = = > C L *c S e p a n ja n g S p a n Alpha = 4 deg. Alpha = 8 deg. Hasil VSAERO sayap WS02, Alpha 4 deg. dan 8 deg.
Aspek Struktur
(a) 2y/b = 0,03 (b) 2y/b = 0,68
Gambar 3.2Perbandingan koefisien tekanan kasus pergantian profil sayap di bagian pangkalnya.
(a) (b)
Gambar 3.3Distribusi: (a) Cl dan (b) Cl*c/CL*Cavg sepanjang span
kasus pergantian profil sayap di bagian pangkalnya
(b) WS01 (b) WS02
Gambar 3.1Gambar tiga dimensi potongan sayap hasil NWDU.
Root wing
(a) Alpha=4 deg. (b) Alpha=8 deg.
Gambar 3.4Perbandingan koefisien tekanan sepanjang span sayap WS02.
(b) Cl (b) Cl*c
Gambar 3.5Perbandingan beban sepanjang span sayap WS02.
Gambar 3.6DistribusiLiftPada CL=1 untuk Sayap Lurus dengan VariasiTaper Ratiodari 0.0 sampai dengan 1.0, [Torenbeek, 1982]
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi
FEM yang telah dikembangkan untuk kasus bidang dua dimensi yang didukung oleh pemodelan struktur geodesik secara otomatik merupakan hasil menuju tahapan lebih lanjut yaitu pengembangan perangkat optimasi untuk kasus tiga dimensi berupawing box. Perangkat optimasi struktur geodesik untuk kasus wing box diharapkan dapat dipresentasikan pada kesempatan yang lain.
Gambar 3.7 dan 3.8 menunjukkan elemen batang yang dibuat tetap atau dipegang pada titik-titik (0,0); (1,0); dan (2,0), sementara titik-titik yang lain dapat bergerak bebas. Penampang elemen dimodelkan berbentuk segiempat dengan sisi yang sama sebesar 0.02, modulus elastis, E=1e11, dan
Poisson’s ration, Nu=0,3. Pada titik (2,1) diberikan gaya
sebesar 1e7 pada arah x dan y dan hasilnya memberikan displacementmasing-masing seperti ditunjukkan pada Gambar 3.7 dan 3.8 di atas. Jumlah batang yang terbatas sengaja dipilih untuk memudahkan dalam proses analisis serta untuk memastikan bahwa pengembangan FEM-S3 ini telah memberikan hasil yang sesuai dengan yang diharapkan. FEM- S3 dan program Grid Generation (GG) sama-sama dibuat
dalam versi MatLab sehingga hasil GG secara simultan dapat terhubung dengan program FEM-S3.
Gambar 3.7Displacement elementsetelah diberi gaya Fx sebesar 1e7 pada titik (2,1). Titik (0,0); (1,0); dan (2,0) dibuat tetap.
Fx Penampang elemen berupa segiempat dengan sisi yang sama sebesar 0.02; E=1e11 dan Nu=0,3
Gambar 3.8Displacement elementsetelah diberi gaya Fy sebesar 1e7 pada titik (2,1). Titik (0,0); (1,0); dan (2,0) dibuat tetap.
Gambar 3.9Displacement elementsetelah diberi gaya Fx sebesar 1e5 pada titik (4,6). Titik (0,0); (1,0); (2,0); (3,0); dan (4,0) dibuat tetap.
Fx Penampang elemen berupa segiempat dengan sisi yang sama sebesar 0.02; E=1e11 dan Nu=0,3
Gambar 3.10Displacement elementsetelah diberi gaya Fy sebesar 1e7 pada titik (0,6); (1,6); (2,6); (3,6) dan (4,6);. Titik (0,0); (1,0);
(2,0); (3,0); dan (4,0) dibuat tetap. Penampang elemen berupa segiempat dengan sisi yang sama sebesar 0.02; E=1e11 dan Nu=0,3 Fy Fy Penampang elemen berupa segiempat
dengan sisi yang sama sebesar 0.02; E=1e11 dan Nu=0,3
Gambar 3.11 PerbandinganDisplacement elementantara hasil FEM- S3 dan FEM-Toolbox, [Anton,2014].
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi
Model struktur yang mewakili luas dan bentuk planform sayap tanpa taper adalah seperti tampak pada Gambar 3.9 dan 3.10. Bidang dua dimensi planform dibagi menjadi batang- batang pendek yang setiap titik sambungannya dapat diberikan beban sesuai dengan keperluannya. Dalam kasus ini, (Gambar 3.9), gaya sebesar 1e5 pada titik (4,6) arah x diberikan, dan hasilnya menunjukkan displacement yang cukup signifikan. Untuk kasus beban merata disetiap titik pada ujung planform, (Gambar 3.10), memberikan displacement yang merata pula sepanjang sumbu y. Pengembangan FEM ini telah divalidasi dengan FEM-Toolbox, [Anton, 2014], dan hasilnya menunjukkan nilai displacement yang sama sebagaimana dapat dilihat pada Gamabr 3.11.
V. KESIMPULAN
Proses otomatisasi dalam pembuatan konfigurasi/geometri
sayap untuk input program CFD dapat mempercepat proses desain dan analisis aerodinamika.
Pengembangan FEM kasus bidang dua dimensi yang ditunjang oleh pemodelan geometri secara otomatik untuk kasus struktur geodesik menjadi tahapan proses optimasi kasus tiga dimensi (wing box).
Proses otomatisasi pembuatan konfigurasi sayap dan
pemodelan struktur geodesik dapat bekerja secara simultan, masing-masing dengan program CFD VSAERO dan FEM-S3.
UCAPANTERIMAKASIH
Kepada bapak Wawan Hermawan dan Suprayitno, serta Burhanudin dan Andi Erawan, penulis sampaikan banyak terima kasih atas usahanya dalam mendukung terciptanya perangkat lunak NWDU dan FEM-S3. Semoga hasil karya ini berguna untuk perkembangan ilmu pengetahuan dibidang kedirgantaraan Indonesia.
DAFTARPUSTAKA
[1] Anton Z, 2014, FEM Toolbox for Solid Mechanic: Technical Documentation, Version 2.0, 10 Mei 2014
[email protected],www.codevelopment.net.
[2] Kroo Ilan, Applied Aerodynamics, A Digital Textbook, Stanford University,[email protected], P.O. Box 20384, Stanford, CA 94309, (650) 424-8588 (Phone);
[3] Liu Y., 2003, Introduction of the Finite Element Method, CAE Research Laboratory, Mechanical Enginering Department, University of Cincinnati, USA, [email protected],
http://urbana.mie.uc.edu/yliu.
[4] Sudira IG.N., 2014, Otomatisasi Proses Desain Dan Analisis Aerodinamika Sayap Pesawat Terbang Dengan Perangkat Lunak Nwdu-Vsaero
[5] Torenbeek E., 1982, Synthesis of Subsonic Airplane Design, Delft University Press, Martinus Nijhoff Publishers;
[6] Urík T., Mališ M., (2008), Innovative Composite Structures For
Small Aircraft, Brno University of Technology, Institute of Aerospace Engineering, Technická 2896/2, Brno, 616 69, Czech Republic, ICAS 2008;
Prosiding Seminar Nasional Rekayasan Material, Sistem manufaktur dan Energi