ANALISA KARAKTERISTIK AERODINAMIKA PENGARUH
SIRIP TERHADAP AIRFOIL SAYAP PESAWAT UAV USU
MENGGUNAKAN METODE COMPUTATIONAL FLUID
DYNAMICS SOLIDWORKS
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
RYAN TUA
110401097
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
Abstrak
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk melakukan pemodelan dan simulasi prilaku aerodinamika dari airfoil yang digunakan pada sayap pesawat NVC USU yang dilengkapi dengan sirip sayap menggunakan software Flow Simulation yang terintegrasi dengan Solidworks 2014 untuk mendapatkan karakteristik airfoil sayap NVC USU. Selain itu untuk mendapatkan fenomena aliran fluida yang terjadi di sekitar airfoil, sehingga koefisien angkat dan koefisien hambat akan diperoleh perbedaan airfoil dengan beberapa variasi sudut serang dan sudut sirip.Pemodelan airfoil sayap pesawat dimulai dari pencarian data sayap pesawat dan didapat adalah modifikasi NACA 1412. Pengaturan sudut serang dan sudut sirip dilakukan pada bagian pemodelan. Pada saat pemodelan dilakukan pengaturan kondisi batas airfoil. Prameter-parameter yang dihasilkan antara lain adalah gaya angkat dan gaya hambat airfoil serta distribusi tekanan dan distribusi kecepatan fluida. Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan sudut serang akan diikuti dengan meningkatnya koefisien angkat dan koefisien hambat. Peningkatan sudut sirip juga meningkatkan koefisien angkat dan hambat pada airfoil. Koefisien angkat maksimal ketika airfoil berada pada sudut serang 15° dan sudut sirip 20° dan Koefisien hambat maksimal ketika airfoil berada pada sudut serang 15° dan sudut sirip 20°, dan sudut stall airfoil didapat pada antara sudut serang 15° dan 20°.
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 “Analisa Karakterisitik Aerodinamika Pengaruh Sirip Terhadap Airfoil Sayap Pesawat UAV USU Menggunakan
Metode Computational Fluid Dynamic SOLIDWORKS”.
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 Jaguru Lubis dan Ibunda Endah Supriatiningsih yang telah memberikan segala dukungan tak terhingga baik dukungan moril dan materil.
2. Bapak Dr.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. 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
4. Bapak Alfinsyahrin M. Beni, ST. MT selaku mahasiswa Magister Teknik Mesin sekaligus koordinator laboratorium (NVC) Noise and Vibration Research Center.
5. Tim Peneliti Pesawat Tanpa Awak NVC USU Generasi 3 saudara, Ahmad Dzaky Ridho, Ahmad Fiqri Oemry, Dedi Agustianto, Ghazali Adam, Tri Zulfi Sahab, Agung Nungroho, yang telah banyak membantu dan berjuang dalam tim ini hingga selesai.
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, November 2016
Penulis,
iii DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ...i
DAFTAR ISI ...iii
DAFTAR TABEL ...vi
DAFTAR GAMBAR ...ix
DAFTAR NOTASI ...xii
BAB I PEN DAHULUAN ...1
1.1. Latar Belakang ...1
1.2. Perumusan Masalah ...2
1.3. Tujuan Penelitian ...2
1.4. Manfaat Penelitian ...2
1.5. Batasan Masalah...2
1.6. Sistematika Penulisan ...3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ...4
2.1. Pesawat Terbang ...4
2.1.1. Sejarah Pesawat Terbang ...4
2.1.2. Pembagian Katagori Dalam Pesawat Udara ...6
2.1.3. Mekanisme Pesawat untuk Terbang ...7
2.1.4. Pergerakan Pesawat di Udara ...11
2.2. Pesawat UAV ...12
iv
2.3.1 Airfoil ...16
2.4. Koefisien Hambat dan Koefisien Angkat ...18
BAB III METODE PENELITIAN ...20
3.1. Tempat Penelitian...20
3.2. Identifikasi Masalah ...20
3.3. Spesifikasi Alat Uji Penelitian ...21
3.3.1 Perangkat Keras ( Hardware) ...21
3.3.2 Perangkat Lunak ( Software) ...22
3.4. Spesifikasi Data Bahan Penelitian ...22
3.4.1 Spesifikasi Pesawat ...23
3.4.2 Spesifikasi Fluida ...23
3.4.3 Spesifikasi Airfoil Sayap ...24
3.5.Variabel Penelitain ...25
3.5.1 Variabel Terikat ...25
3.5.2 Variabel Bebas ...26
3.6. Urutan Proses Analisis ...26
3.6.1 Pengumpulan Data Awal ...26
3.6.2 Studi Literatur ...26
3.6.3 Komputasi Data ...26
3.6.4 Pembahasan Hasil Komputasi Data ...27
3.6.5 Penarikan Kesimpulan ...27
3.7. Diagram Alir Penelitian ...27
3.8. Prosedur Komputasi Data ...29
v
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...37
4.1.Mencari Nilai Bilangan Reynold ...37
4.2.Hasil Simulasi Pada Sudut Serang 0° ...38
4.2.1.Hasil Simulasi Pada Sudut 0° dan Sudut Sirip 0° ...38
4.2.1.1. Gaya-gaya yang Terjadi Pada Airfoil ...39
4.2.2.Hasil Simulasi Pada Sudut 0° dan Sudut Sirip 10° ...41
4.2.2.1. Gaya-gaya yang Terjadi Pada Airfoil ...42
4.2.3.Hasil Simulasi Pada Sudut 0° dan Sudut Sirip 20° ...43
4.2.3.1. Gaya-gaya yang Terjadi Pada Airfoil ...44
4.3.Hasil Simulasi Pada Sudut Serang 5° ...45
4.3.1.Hasil Simulasi Pada Sudut 5° dan Sudut Sirip 0° ...45
4.3.1.1. Gaya-gaya yang Terjadi Pada Airfoil ...46
4.3.2.Hasil Simulasi Pada Sudut 5° dan Sudut Sirip 10° ...47
4.3.2.1. Gaya-gaya yang Terjadi Pada Airfoil ...48
4.3.3.Hasil Simulasi Pada Sudut 5° dan Sudut Sirip 20° ...49
4.3.3.1. Gaya-gaya yang Terjadi Pada Airfoil ...50
4.4.Hasil Simulasi Pada Sudut Serang 10° ...51
4.4.1.Hasil Simulasi Pada Sudut 10° dan Sudut Sirip 0° ...51
4.4.1.1. Gaya-gaya yang Terjadi Pada Airfoil ...53
4.4.2.Hasil Simulasi Pada Sudut 10° dan Sudut Sirip 10° ...53
4.4.2.1. Gaya-gaya yang Terjadi Pada Airfoil ...55
4.4.3.Hasil Simulasi Pada Sudut 10° dan Sudut Sirip 20° ...55
4.4.3.1. Gaya-gaya yang Terjadi Pada Airfoil ...57
4.5.Hasil Simulasi Pada Sudut Serang 15° ...58
4.5.1.Hasil Simulasi Pada Sudut 15° dan Sudut Sirip 0° ...58
4.5.1.1. Gaya-gaya yang Terjadi Pada Airfoil ...59
4.5.2.Hasil Simulasi Pada Sudut 15° dan Sudut Sirip 10° ...60
4.5.2.1. Gaya-gaya yang Terjadi Pada Airfoil ...61
4.5.3.Hasil Simulasi Pada Sudut 15° dan Sudut Sirip 20° ...62
4.5.3.1. Gaya-gaya yang Terjadi Pada Airfoil ...63
vi
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...68
5.1. Kesimpulan ...68
5.2. Saran ...68
DAFTAR PUSTAKA ...69
x DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Fixed wing ... 7
Gambar 2.2. Rotary wing ... 7
Gambar 2.3. Gaya-gaya yang bekerja pada pesawat ... 8
Gambar 2.4. Arah aliran fluida pada airfoil ... 10
Gambar 2.5. Arah pergerakan pesawat ... 12
Gambar 2.6. Pesawat Model NVC USU ... 13
Gambar 2.7. Pesawat terbang parasol ... 14
Gambar 2.8. Pesawat terbang bersayap tinggi ... 15
Gambar 2.9. Pesawat terbang bersayap tengah ... 15
Gambar 2.10. Pesawat terbang bersayap bawah ... 16
Gambar 2.11. Bagian-bagian airfoil ... 17
Gambar 2.12. Airfoil under chamber ... 17
Gambar 2.13. Airfoil flat bottom. ... 18
Gambar 2.14. Airfoil semi simetris. ... 18
Gambar 3.1. Spesifikasi komputer laboratorium NVC ... 21
Gambar 3.2. Tampilan software Solidworks 2014 ... 22
Gambar 3.3. Tampilan Solidworks Flow simulation ... 22
Gambar 3.4. Pesawat prototipe NVC USU 3 ... 23
Gambar 3.5. Koordinat NACA 1412 ... 25
Gambar 3.6. Dimensi sayap pesawat NVC USU ... 25
Gambar 3.7. Diagram alir penelitian ... 28
Gambar 3.8. Pemodelan sayap pesawat NVC USU ... 38
Gambar 3.9. Input sudut serang ... 30
Gambar 3.10. Input sudut sirip ... 30
Gambar 3.11. Penenuan sistem satuan ... 31
xi
Gambar 3.13. Input data jenis fluida yang mengalir ... 32
Gambar 3.14. Input data parameter kecepatan ... 33
Gambar 3.15. Pembentukan computtational domain ... 33
Gambar 3.16. Menentukan Goal ... 34
Gambar 3.17. Menjalankan proses simulasi ... 35
Gambar 3.18. Proses simulasi ... 35
Gambar 3.19. Diagram alir simulasi ... 36
Gambar 4.1. Kontur sebaran tekanan fluida sudut serang 0° dan sudut sirip 0° ... 38
Gambar 4.2. Kontur sebaran kecepatan fluida sudut serang 0° dan sudut sirip 0° ... 39
Gambar 4.3. Kontur sebaran tekanan fluida sudut serang 0° dan sudut sirip 10° . 41 Gambar 4.4. Kontur sebaran kecepatan fluida sudut serang 0° dan sudut sirip 10° ... 41
Gambar 4.5. Kontur sebaran tekanan fluida sudut serang 0° dan sudut sirip 20° . 43 Gambar 4.6. Kontur sebaran kecepatan fluida sudut serang 0° dan sudut sirip 20° ... 43
Gambar 4.7. Kontur sebaran tekanan fluida sudut serang 5° dan sudut sirip 0° ... 45
Gambar 4.8. Kontur sebaran kecepatan fluida sudut serang 5° dan sudut sirip 0° ... 45
Gambar 4.9. Kontur sebaran tekanan fluida sudut serang 5° dan sudut sirip 10° . 47 Gambar 4.10. Kontur sebaran kecepatan fluida sudut serang 5° dan sudut sirip 10° ... 48
Gambar 4.11. Kontur sebaran tekanan fluida sudut serang 5° dan sudut sirip 20° ... 49
Gambar 4.12. Kontur sebaran kecepatan fluida sudut serang 5° dan sudut sirip 20° ... 50
xii Gambar 4.14. Kontur sebaran kecepatan fluida sudut serang 10° dan sudut sirip
0° ... 52
Gambar 4.15. Kontur sebaran tekanan fluida sudut serang 10° dan sudut sirip
10° ... 54
Gambar 4.16. Kontur sebaran kecepatan fluida sudut serang 10° dan sudut sirip
10° ... 54
Gambar 4.17. Kontur sebaran tekanan fluida sudut serang 10° dan sudut sirip
20° ... 56
Gambar 4.18. Kontur sebaran kecepatan fluida sudut serang 10° dan sudut sirip
20° ... 56
Gambar 4.19. Kontur sebaran tekanan fluida sudut serang 15° dan sudut sirip
0° ... 58
Gambar 4.20. Kontur sebaran kecepatan fluida sudut serang 15° dan sudut sirip
0° ... 59
Gambar 4.21. Kontur sebaran tekanan fluida sudut serang 15° dan sudut sirip
10° ... 60
Gambar 4.22. Kontur sebaran kecepatan fluida sudut serang 15° dan sudut sirip
10° ... 61
Gambar 4.23. Kontur sebaran tekanan fluida sudut serang 15° dan sudut sirip
20° ... 62
Gambar 4.24. Kontur sebaran kecepatan fluida sudut serang 15° dan sudut sirip
20° ... 63
Gambar 4.25. Diagram batang koefisien angkat vs sudut serang tiap sudut sirip
... 65
Gambar 4.25. Diagram batang koefisien hambat vs sudut serang tiap sudut sirip
... 66
Gambar 4.27. Grafik koefisien angkat & hambat vs sudut serang tiap sudut sirip
