ANALISIS HASIL PENGUJIAN DAN PREDIKS1
TEORITIS AERODINAMIKA ROKET RX 3 0 0
S a l a m Glntlng
Peneliti Bidang Aerodinamika. LAPAN
ABSTRACT
LAPAN h a s a s u p e r s o n i c wind t u n n e l facility which could be u s e d for research of rocket model to get a e r o d y n a m i c s characteristic of t h e model t h r o u g h testing with various s p e e d s within supersonic range. The research on t h e RX 300 rocket model has been carried o u t in t h e above facility at velocity r a n g e of 1,5 - 3 Mach. Some aerodinamic are obtained from this research. Such as lift drag a n d m o m e n t coefficients. Aerodynamic coefficient is shown in the curve as a function of Mach and angle of attack. This r e s u l t will be compared with the theoretical calculation a n d t h e result is higher a r o u n d 5 % t h a n theory. The approach of Q u a d r a t u r e Multhopp is method use in this analysis. The RX 3 0 0 rocket model is equipped with four flaps at t h e back part of the rocket as a stabilizer when t h e rocket is launched. This rocket is designed for being able to carry a payload with dimention of 25 cm diameter a n d 45 cm length.
Keywords : Aerodynamic rocket, Wind tunnel
ABSTRAK
LAPAN memiliki fasilitas terowongan angin supersonik d a n d a p a t digunakan untuk penelitian karakteristik aerodinamika model roket melalui pengujian dalam berbagai k e c e p a t a n p a d a d a e r a h s u pe r s on ik . Pengujian d i l a k u k a n u n t u k model r o k e t
RX 300 di d a l a m terowongan angin tersebut, p a d a d a e r a h k e c e p a t a n bilangan Mach antara 1,5 - 3. Dari penelitian ini diperoleh p a r a m e t e r a e r o d i n a m i k a seperti koefisien gaya angkat, gaya h a m b a t d a n m o m e n . Koefisien a e r o d i n a m i k a d i t u n j u k k a n dalam kurva sebagai fungsi bilangan Mach d a n s u d u t s e r a n g . Dibandingkan dengan perhitungan teoritis hasil pengujian y a n g diperoleh lebih b e s a r dari teori sekitar 5 %.
Metode p e n d e k a t a n Q u a d r a t u r e Multhopp d i g u n a k a n u n t u k anali&is ini. Model roket RX 300 dilengkapi d e n g a n e m p a t b u a h sirip, yang d i p a s a n g p a d a belakang b a d a n roket sebagai penstabil s a a t r o k e t d i l u n c u r k a n . Roket ini d i r a n c a n g d a n d a p a t digunakan u n t u k m e m b a w a m u a t a n d e n g a n dimensi diameter 2 5 c m d a n panjang 4 5 cm.
Kata k u n c i : Aerodinamik, Roket, Terowongan angin 1 PENDAHULUAN
Untuk memperoleh hasil penelitian yang baik b i a s a n y a d i l a k u k a n dengan pengujian di laboratorium dan kemudian
dibandingkan dengan prediksi teoritis dan d a t a referensi y a n g s u d a h b a k u . Dalam m a k a l a h ini a k a n ditampilkan hasil pengujian karakteristik aerodinami-ka roket RX 3 0 0 , yang d i l a k u k a n dalam terowongan a n g i n s u p e r s o n i k LAPAN. Di samping itu d i c a n t u m k a n j u g a hasil penelitian y a n g d i l a k u k a n s e c a r a teoritis
dengan m e n g g u n a k a n metode yang telah d i k e m b a n g k a n oleh Q u a d r a t u r e
Multhopp s e c a r a analitis. Besaran -b e s a r a n y a n g diperoleh dalam uji co-ba yang d i l a k u k a n dalam terowongan angjn adalah gaya normal 1, gaya normal 2, gaya aksial d a l a m s a t u a n mikro volt t e r u k u r oleh s e n s o r strain gauge y a n g dipasang p a d a sting balance. Untuk mengkonversikan besaran-besaran yang t e r u k u r dalam mikro volt, telah diper-siapkan p r o g r a m k o m p u t e r sehingga diperoleh s a t u a n gaya b e r u p a gaya normal, gaya angkat, gaya h a m b a t dan momen tukik. Dari hasil penelitian dalam terowongan angin a k a n diperoleh
▸ Baca selengkapnya: hasil pengamatan roket air
(2)informasi penting sebagai m a s u k a n dalam perancangan roket RX 300 secara teoritis. Koefisien aerodinamika yang diperoleh ditampilkan sebagai fungsi dari bilangan Mach d a n s u d u t s e r a n g . Hasil prediksi teoritis d i c a n t u m k a n u n t u k melihat per-b e d a a n a n t a r a hasil pengujian dan teoritis.
-2 METODB PBNBLITIAN
Metode penelitian dilakukan sesuai dengan prosedur y a n g s u d a h d i s u s u n secara b a k u di laboratorium terowongan angin supersonik, s u p a y a memperoleh hasil yang lebih baik. Secara garis b e s a r fasilitas yang digunakan dalam penelitian ini terdiri dari; terowongan angin, instrumentasi, alat b a n t u d a n d a t a akuisisi. Terowongan angin yang diguna-kan adalah j e n i s intermittent blow down dengan u k u r a n seksi uji 12" x 12" yang dapat dioperasikan p a d a daerah bilangan Mach a n t a r a 1,5 s a m p a i dengan 3 (Gambar 2-1). P a d a gambar ini ditunjuk-kan sliding blok yang b e r g u n a u n t u k p e n g a t u r a n k e c e p a t a n . G a m b a r model roket 300 dapat dilihat p a d a Gambar 2-2, d a n roket s e b e n a r n y a d a p a t dilihat p a d a Gambar 2 - 3 .
• I n s t r u m e n t a s i y a n g d i g u n a k a n terdiri dari sensor strain gauge; p a n e l kontrol, alat akuisisi data, komputer d a n plotter, • Model r o k e t d e n g a n u k u r a n d i a m e t e r
3 cm, panjang 3 2 , 5 cm d i p a s a n g p a d a
sting balance d a n t e r b u a t dari b a h a n stainles steel.
Model dilengkapi d e n g a n 4 b u a h s h i p di bagian ekor yang t e r p a s a n g simetris t e r h a d a p s u m b u model, b e r g u n a sebagai stabiliser s a a t roket dilun-curkan.
2.1 Prosedur Pengujian
Tangki u d a r a y a n g terdiri dari 2 b u a h diisi dengan k o m p r e s s o r sehingga mencapai t e k a n a n 120 s a m p a i dengan 160 psi. Selanjutnya model d i p a s a n g
p a d a sting balance (Gambar 2-1) d e n g a n posisi awal s u m b u model tepat p a d a garis s u m b u seksi uji terowongan angin. , Setelah t e k a n a n reservoir u d a r a c u k u p , baru* terowongan angin dioperasikan. Data karakteristik aerodinamik model roket a k a n diperoleh p a d a berbagai sudut s e r a n g d a n b e b e r a p a bilangan Mach. U n t u k m e n d a p a t k a n k e c e p a t a n yang bervariasi d i l a k u k a n dengan meng-geser balok geser d e n g a n gerakan maju m u n d u r sehingga l u a s a n throat ber-variasi (Gambar 2-1).
U n t u k memvariasikan s u d u t serang (a), sting balance Qu.ad.ran system d a p a t digerakkan naik t u r u n sehingga model d a p a t bergerak dari 0° s a m p a i d e n g a n 10°, mengikuti program y a n g telah dibuat. Data yang diperoleh dari penelitian ini k e m u d i a n diolah dengan
software yang telah dipersiapkan d a n
hasilnya b e r u p a grafik y a n g menggam-b a r k a n karakteristik aerodinamika dari model roket.
2 . 2 Geometri Model R o k e t RX 3 0 0
R u m u s yang d i g u n a k a n dalam pengolahan d a t a pengujian dalam terowongan angin t e r s e b u t adalah sebagai b e r i k u t :
Pusat tekanan aerodinamis di-butuhkan untuk mengetahui besarnya statik margin, sebagai perkiraan awal stabilitas. Koefisien gaya angkat merupa-kan penjumlahan dari masing-masing gaya angkat setiap komponen yang ter-jadi pada nosecone, pada badan, pada
sirip dari roket ditambah akibat inter-ferensi antara badan dan sirip. Sedang-kan gaya hambat terjadi akibat adanya tekanan dan gesekan yang dialami oleh permukaan tiap komponen roket dengan udara atmosfer.
Penelitian ini dilakukan dengan pengujian model dalam terowongan angin sebagai data pembanding dari prediksi teoritis yang menggunakan referensi yang telah dikembangkan metodenya oleh Quadrature Multhopp. Hasilnya berupa karakteristik aerodina-mika yakni koefisien gaya angkat, koefisien gaya hambat dan koefisien momen, yang dibandingkan antara hasil pengujian dan dari teoritis.
koefisien gaya a n g k a t (CL) dapat dilihat
p a d a Gambar 3-1 d a n 3-2, sebagai fungsi dari s u d u t serang d a n bilangan Mach. Koefisien gaya h a m b a t d a p a t dilihat p a d a Gambar 3-3 d a n 3-4, j u g a sebagai fungsi dari bilangan Mach d a n s u d u t serang. Sedangkan koefisien momen (CM)
ditampilkan p a d a G a m b a r 3-5 d a n 3-6. U n t u k mengetahui seberapa b e s a r a d a n y a
rolling (CR) p a d a pengujian tersebut dapat
dilihat p a d a Gambar 3-7. U n t u k hasil prediksi teoritis karakteristik aerodinami-ka dapat dilihat p a d a Gambar 3-8 s a m p a i dengan 3-12. Koefisien gaya angkat (CJ ditunjukkan p a d a Gambar 3-8 dan 3-9, sedangkan koefisien gaya h a m b a t (CD)
dapat dilihat p a d a Gambar 3-10 d a n 3-11. Koefisien momen (CJ dapat dilihat p a d a Gambar 3-12.
Hasil pengujian d a n teoritis a k a n d i b a n d i n g k a n , u n t u k m e n g e t a h u i , per-b e d a a n a n t a r a k e d u a n y a . Hasil pengujian ini berfungsi sebagai validasi dari d a t a teoritis y a n g diperoleh. K h u s u s u n t u k p u s a t t e k a n a n aerodinamis (Lcp) dihi-t u n g s e c a r a dihi-teoridihi-tis dari rokedihi-t RX 3 0 0 d e n g a n u k u r a n s e b e n a r n y a .
3 . 2 Hasil Pengujian pada Terowongan Angin
• Koefisien gaya a n g k a t (CJ
3. HASIL PENELITIAN
Telah diperoleh hasil penelitian b e r u p a karakteristik aerodinamika roket RX 300 melalui pengujian dalam tero-wongan angin d a n dengan prediksi s e c a r a teoritis. Hasil pengujian dalam t e r o w o n g a n angin d i t u n j u k k a n p a d a G a m b a r 3-1 s a m p a i dengan 3-7, sedang-k a n hasil predisedang-ksi teoritis d a p a t dilihat p a d a G a m b a r 3-8 s a m p a i dengan 3-14. Hasil pengujian d a n teori masing-masing ditampilkan dalam b e n t u k kurva koefisien a e r o d i n a m i k a y a k n i ; koefisien g a y a a n g k a t , koefisien gaya h a m b a t d a n koefisien momen. Hasil pengujian b e r u p a
G a m b a r 3-13: Kurva Lcp vs s u d u t a 4 PEMBAHASAN
Dari hasil a n t a r a pengujian d a n teoritis, d i l a k u k a n p e m b a h a s a n hasil koefisien aerodinamika a n t a r a pengujian dan teoritis. Dilihat dari b e n t u k d a n kecenderungan k e d u a jenis penelitian ini h a m p i r sama, n a m u n yang penting dilihat adalah s e b e r a p a b e s a r perbedaan nilai k e d u a n y a yakni a n t a r a teori d a n pengujian.
• Koefisien gaya a n g k a t CL
Bentuk kurva a n t a r a pengujian dan teori hampir sama, demikian j u g a a r a h kurvanya. Dari Gambar 3-1 dan 3-8, terlihat bahwa harga CL s a m a - s a m a
bertambah b e s a r dengan naiknya harga s u d u t serang (a). Pada Gambar 3-2 dan 3-9 terlihat b a h w a nilai CL
cen-derung t u r u n dengan kenaikan harga bilangan Mach (M). Perbedaannya adalah b a h w a nilai koefisien gaya angkat hasil pengujian cenderung lebih besar sedikit dari hasil teoritis p a d a s u d u t a t a u bilangan Mach yang sama. Perbedaan ini k a r e n a hasil teori di-a s u m s i k di-a n b di-a h w di-a u d di-a r di-a n y di-a idedi-al, tetapi bilangan Reynolds (Re) belum tentu s a m a a n t a r a model dan roket yang diluncurkan, k e h a l u s a n permu-k a a n ropermu-ket j u g a s t a n d a r (halus) d a n ada posisi yang s u s a h u n t u k disimula-sikan, sedangkan dari hasil pengujian ada beberapa kelemahan yakni kualitas model tidak s t a n d a r t e r u t a m a k e h a l u s a n
Gambar 3-14:Kurva Lcp vs bilangan Mach
p e r m u k a a n d a n kesimetrisan k o n t u r / b e n t u k tiap komponen. Kualitas u d a r a di d a e r a h tropis sedikit lebih lembab, dari u d a r a y a n g d i a s u m s i k a n p a d a teoritis, d a l a m arti a d a p e r b e d a a n k e r a p a t a n u d a r a , sehingga hasil peng-ujian dalam terowongan angin nilainya c e n d e r u n g lebih b e s a r dari p a d a hasil teoritis.
• Koefisien gaya h a m b a t (CD)
Kurva a n t a r a koefisien gaya h a m b a t (CD) hasil teori d a n pengujian. Disini
j u g a terlihat bahwa nilai koefisien gaya h a m b a t (CD) hasil pengujian cenderung
lebih b e s a r dari p a d a hasil teori. Hal tersebut j u g a terjadi disebabkan oleh kondisi yang telah d i u t a r a k a n seperti di a t a s .
• Koefisien m o m e n (CM)
Kurva koefisien momen (CM) a n t a r a
pengujian d a n teori, terlihat bahwa hasil pengujian cenderung lebih besar. Persentase perberbedaan tersebut seperti d i u t a r a k a n d i b a w a h ini.
U n t u k h a r g a CL hasil pengujian
lebih besar ± 5 % dari hasil teoritis. Harga CD terlihat hasil pengujian lebih
besar dari hasil teoritis besarnya ± 6 %. Demikian j u g a koefisien momen harga CM pengujian lebih b e s a r dari hasil
teoritis ± 4 %.
Dari u k u r a n s e b e n a r n y a telah d a p a t d i t e n t u k a n letak p u s a t t e k a n a n
aerodinamika dari roket RX 300. Dari prediksi tersebut, letak p u s a t t e k a n a n aerodinamika roket RX 3 0 0 a n t a r a 0,78 d a n 0,81 p a d a k e c e p a t a n Mach 1,5 sampai dengan 3 . J i k a dibandingkan dcngan r a n c a n g a n roket RX 150 yang konfigurasinya hampir sama dengan roket RX 300, ternyata Lcp roket RX 150 -0,83. Hal ini diperkirakan karena sirip roket tersebut konfigurasinya adalah segi empat. Harga p.AR (beta x aspek ratio) roket RX 150 lebih besar dari roket 300. J i k a dibandingkan dengan roket NACA
report no. 2 5 , t e r n y a t a h a r g a Lcp roket NACA juga lebih besar dari roket RX 300, yakni Lcpnya = 0,84. Ternyata harga p.AR roket NACA n o . 25 j u g a lebih besar. P u s a t tekanan aerodinamika roket NACA no. 24 h a m p i r s a m a dengan roket RX 300 yakni ± 0,80. Hal ini wajar karena h a r g a aspek ratio x beta (p.AR) k e d u a roket ini h a m p i r s a m a . Dalam penelitian ini koefisien rolling terjadi walaupun nilainya c u k u p kecil. Pada Mach 1,5 besar koefisien rolling ± 0,02, s e d a n g k a n p a d a Mach 3 h a r g a n y a ± 0,003. Adanya koefisien rolling disebabkan tidak sime-trisnya p e m a s a n g a n sirip dan s u d u t
leading edge y a n g b e s a r n y a tidak persis
s a m a . Nilai koefisien rolling ini s a n g a t kecil sehingga d a p a t d i a b a i k a n .
5 KESIMPULAN
Harga koefisien aerodinamika CL, CD d a n CM roket RX 3 0 0 y a n g diperoleh dari pengujian m e m p u n y a i h a r g a yang mendekati dengan hasil p e r h i t u n g a n teoritisnya. B e n t u k d a n k e c e n d e r u n g a n kurvanya telah mengikuti hasil penelitian yang telah d i l a k u k a n oleh NACA report yang d i g u n a k a n sebagai referensi p e r a n -cangan konfigurasi roket yang dilakukan selama ini. Koefisien rolling p a d a Gambar 3-7 s e h a r u s n y a tidak a d a , ternyata a d a w a l a u p u n terlihat b a h w a nilainya kecil sekali. Pada kurva CL terlihat b a h w a harganya makin besar dengan kenaikan sudut ser an g (a) dan b e r t a m b a h kecil dengan kenaikan bilangan Mach (M). Hal ini disebabkan h a r g a k e r a p a t a n u d a r a p,
bertambah kecil secara signifikan dengan kenaikan harga bilangan Mach.
Demikian j u g a u n t u k h a r g a C D dan CM, mengikuti perilaku y a n g a d a p a d a kurva CL- Dari penelitian ini disim-pulkan bahwa hasilnya c u k u p baik u n t u k dipublikasikan dan m u d a h - m u d a h a n d a p a t menjadi m a s u k a n u n t u k pengem-b a n g a n peroketan nasional di LAPAN. Dari hasil p e r h i t u n g a n teoritis y a n g d i l a k u k a n telah diperoleh letak p u s a t t e k a n a n aerodinamis ± 0,80 u n t u k roket RX 3 0 0 . Dalam b a h a s a n telah d i c a n
-t u m k a n d a -t a - d a -t a le-tak p u s a -t -t e k a n a n aerodinamis dari roket RX 150, roket NACA report 1307 no. 24 d a n 25 sebagai rujukan.
DAFTAR RUJUKAN
Alan Pope, 1958. Aerodynamics of
Super-sonic Flight, Pitman Publishing
Corporation.
Alan Pope, 1978. High Speed Wind Tunnel
Testing, Robert, E. Kreiger. Publ.
Co, Huntington, New York.
Ames Research Staff, 1953. Report 1153, National Advisory Committee for Aeronautics.
Antonio Ferri, 1949. Elements of
Aero-dynamics of Supersonic Flow, The
Mac millan Company.
C.J. Schuelery, 1960. An Investigation of
Model Blockage For Wind Tunnels
at Mach n u m b e r s 1,5 to 19,5 A E D C T N 5 9 - 1 6 5 .
Cumming, R.M.; a n d S u n . J . , 1960.
Evaluation of Missile Aerodynamic Characteristics Company Canoga Park California.
Gregarius, G. Dr., 25 J a n u a r i 1986. An
Interferensi to Missile Aerodynamics Problems. IPTN B a n d u n g .
J a c k N. Nielsen, NASA Ames Research
Center Maffet Field California,
Volume 104. Progress in Astro-n a u t i c s aAstro-nd AeroAstro-nautics.
J a c k , N. Nielsen, 1960. Missile
Aero-dynamics, Mc Graw Hill Book Co,
Inc. New York.
Jenie, Said D., 1988. Manual Perancangan
Roket Kendali, ITB/LAPAN.
Jlacner, F. Seghard, 1965. Protical
Information on Aerodynamic Drag and by Aerodynamic Resistance.
Krasnov, NF, 1978. Aerodynamics
{translate from rusian), American
Publ.Co.PUT-LTD, New Delhi. Martin Summerfield, Progress in
Astro-nautics and AeroAstro-nautics, Vol. 119,
in the AIAA, Test and Evaluation of the Tactical Missile.
\
R.T. Patterson, 1 9 5 1 . The Design and
performance of an Air Drying System for a Supersonic Wind Tunnel Navy Report DTMB 80.
Reagen, J. Frank, 1986. Lecture Missile
Performance Calculation, Aerolab.
USA.
S a m u e l B. Moore, 1 9 6 1 . The Design and
Evaluation of an Internal Six Component Strain Gauge Balance Southern Methodist University.
