1 BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Helikopter Coaxial
Helikopter Coaxial adalah helikopter yang memiliki sepasang main rotor yang dipasang pada satu sumbu tetapi memiliki putaran yang berlawanan.Konfigurasi ini adalah fitur helikopter yang diproduksi oleh rusia Kamov Biro Desain Helikopter.
Gambar 2.1 Helikopter Kamov Ka-137
Pada konvensional rotary wing terdapat 2 hal yang perlu dipertimbangkan, yaitu Kecenderungan Momentum Sudut dan Ketidak seragaman Lift.
Pertimbangan desain pada helikopter coaxial : 1. Kecenderungan Momentum Sudut
Salah satu masalah dengan single set rotor blades adalah kecenderungan dari body helikopter untuk mulai berputar dalam arah yang berlawanan pada saat helikopter mulai airborne. Hal ini disebabkan oleh prinsip kekekalan momentum
sudut, mesin dari helikopter mengarahkan torsi pada rotor blade. Tidak ada gaya dari luar yang berhubungan langsung seperti kontak dengan ground, momentum sudut pada blade harus dapat di imbangi oleh perubahan momentum pada body untuk menjadi kekal.
Ketika mesin memutar main rotor blade, putaran main rotor blade juga berlaku sama pada body yang menyebabkan body mendapatkan momentum sudut kearah lain. Fenomena ini aka menyebabkan helikopter kehilangan kendali.Untuk melawan efek tersebut maka tail rotor diciptakan untuk dapat memberikan masukan yang konstan untuk dapat melawan momentum sudut pada body dengan putaran yang dihasilkan dari main rotor.Kemudian, body helikopter dapat tetap diam dan stabil maka dapat memungkinkan dalam penerbangan.
Berbagai torsi yang dihasilkan oleh tail rotor pada body memberikan pengendalian untuk turning.Hal ini memberikan pergerakan ekstrem pada helikopter, dan helikopter dapat hovering dan memiliki poros untuk sumbu putar. Pengendalian pada pergerakan rotasi pada desain tail rotor meiliki kekurangan yaitu menggunakan double set rotor blades dalam arah putaran yang berlawanan, membatalkan momentum sudut satu sama lain.
Coaxial rotor memecahkan masalah momentum sudut dengan cara mengubah putaran setiap set rotors dalam arah yang berlawanan. Jumla torsi yang sama dan arah putaran yang berbeda dari rotor menghilangkan momentum yang akan terjadi pada body.
2. Ketidak Seragaman Lift
Seperti halnya pergerakan arah penerbangan, kecepatan pada aliran udara berlebih membuat rotor blade mengurangi jumlah kecepatan maju pada helikopter, ketika mencapai efek maksimum maka rotor blade tegak lurus dengan aliran relative wind.Coaxial rotor mengurangi efek ketidak seragaman lift melalui penggunaan dari dua rotor yang berputar berlawanan.
3. Keunggulan Helikopter Coaxial 1. Rendahnya berat kosong
Rendahnya berat kosong pada helikopter coaxial di sebabkan karna helikopter coaxial tidak menggunakan tailboom pada fuselage dan juga sederhananya transmisi dari helikopter coaxial yang sederhana hal ini disebabkan karena helikopter coaxial tidak perlu menggunakan transmisi untuk mengatur putaran tail rotor.
1. Kesederhanaan pada sistim rotor
Pada helikopter coaxial memiliki kesederhanaan sistem kendali rotor dikarenakan pada sistem kendali rotor helikopter coaxial tidak perlu menggunakan perangkat mekanika penyetabil.
4. Kelemahan Helikopter Coaxial
Kelemahan helikopter coaxial adalah perlunya penambahan mekanika yang lebih kompleks untuk rotor hub.
2.2 Perancangan Airframe Helikopter
Gambar 2.2Anatomi Airframe Helikopter
Bagian-bagian airframe yang utama yaitu fuselage, frame dan landing skids.Dimana bahan material yang digunakan adalah serat carbon yang dikenal kuat dan relatif ringan.
Gambar 2.3 Airframe Helikopter
Secara umum helikopter coaxial menggunakan konfigurasi helikopter pada umumnya, yaitu memiliki fuselage, landing gear, dan memiliki dua rotor namun helikopter coaxial memiliki anti torque yang berada pada satu sumbu dengan rotor utama. Oleh karena itu helikopter coaxial lebih stabil dibandingkan helikopter lainnya dan juga helikopter coaxial memiliki sistem kendali lebih sederhana dibandingkan dengan helikopter pada umumnya.
Dengan stabilnya helikopter coaxial harus tergantung pada center of gravity yang mana center of gravity (CG) adalah titik di mana helikopter harus menyeimbangkan jika mungkin untuk menangguhkan. Hal ini merupakan pusat massa helikopter, atau titik teoritis di mana seluruh berat helikopter diasumsikan terkonsentrasi. Jarak dari datum referensi ditentukan dengan membagi momen total dengan berat total helikopter. Center of gravity mempengaruhi stabilitas helikopter.Untuk memastikan helikopter tersebut aman untuk terbang, center of gravity pada helikopter harus berada segaris dengan sumbu rotor atau berada di bawah rotor.
Pusat gravitasi bahkan lebih penting untuk helikopter daripada bagi pesawat sayap tetap (masalah berat badan tetap sama). Seperti sayap tetap pesawat udara, helikopter dapat benar dimuat untuk lepas landas, tapi mendekati akhir perjalanan yang panjang ketika tangki bahan bakar hampir kosong, Center of gravity mungkin telah bergeser cukup untuk helikopter menjadi tidak seimbang lateral atau longitudinal.Untuk helikopter dengan rotor utama tunggal, Center of gravity biasanya dekat dengan tiang rotor utama.Ketidak seimbangan dalam beban helikopter dapat mengakibatkan masalah kontrol serius. Selain membuat
helikopter sulit dikendalikan, kondisi beban outoff keseimbangan juga menurunkan manuver karena kontrol siklik kurang efektif ke arah yang berlawanan ke lokasi Center of gravity.
Pusat gravitasi bisa dihitung sebagai berikut:
Menentukan bobot dan lengan massa semua dalam pesawat.
Kalikan bobot dengan lengan untuk semua massa untuk menghitung momen. Tambahkan momen massa bersama-sama.
Bagilah berat total dengan berat total pesawat untuk memberikan lengan secara keseluruhan.
2.2.1 Momen
Momen adalah suatu vektor M yang tegak lurus terhadap bidang benda. Arah M adalah tergantung pada arah berputarnya benda akibat gaya F terhadap 0-0 dapat digambarkan sebagai vektor yang ditunjukan oleh arah ibu jari dan jari-jari yang dilipat menunjukan arah berputarnya benda. Momen M mengikuti semua kaidah penjumlahan vektor dan dapat ditinjau sebagai vektor geser dengan garis kerja yang berimpit dengan sumbu momen. Satuan dasar dari momen dalam satuian SI adalah Newton-meter (N.m) dan dalam sistem british adalah pon-kaki (lb-ft).
Gambar 2.4Arah Momen
2.2.2 Tegangan
Tegangan dalam hal ini dapat didefinisikan sebagai besaran gaya yang bekerja pada setiap satuan luas material, dan secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut :
Tegangan ( ) =
Dimana : F : Gaya yang bekerja (N) A : Luas penampang ( ) Tegangan lentur dan momen lentur
Pada gambar dibawah ini terjadi momen kopel yang sama dengan Rx yang disebut momen lentur. Momen lentur didefinisikan sebagai jumlah momen keseluruh gaya yang bekerja disisi kiri maupun kanan penampang terhadap sumbu titik berat penampang yang dipilih.
Dimana :
Left dan right adalah momen lentur yang dihitung dengan beban yang bekerja di kiri penampang.
Hukum tanda untuk arah momen lentur telah ditentukan bersama, yaitu:
1. Momen lentur bertanda positif didefinisikan sebagai gaya luar yang bekerja kearah atas menghasilkan momen lentur positif terhadap penampang.
2. Sedangkan momen lentur bertanda negative didefinisikan sebagai gaya luar yang bekerja ke arah bawah menghasilkan momen negatif terhadap penampang.
Gambar 2.5 Momen Lentur
2.2.3 Pemilihan Material 2.2.3.1 Bahan Aluminium
2.2.3.1.1 Sifat mekanik aluminium
Sifat teknik bahan aluminium murni dan aluminium paduan dipengaruhi oleh konsentrasi bahan dan perlakuan yang di berikan terhadap bahan
tersebut.Aluminium terkenal sebagai bahan yang tahan terhadap korosi. Hal ini disebabkan oleh fenomena pasivasi, yaitu proses pembentukan lapisan aluminium oksida di permukaan logam aluminium segera setelah logam terpapar oleh udara bebas. Lapisan aluminium oksidasi ini mencegah terjadinya oksidasi lebih jauh.Namun, pasivasi dapat terjadi lebih lambat jika dipadukan dengan logam yang bersifat lebih katodik, karena dapat mencegah oksidasi aluminium.
2.2.3.1.2 Kekuatan tensil
Kekuatan tensil adalah besar tegangan yang didapatkan ketika dilakukan pengujian tensil.Kekuatan tensil ditunjukan oleh nilai tertinggi dari tegangan pada kurva tegangan-regangan hasil pengujian, dan biasanya terjadi ketika terjadinya neking.Kekuatan tensi bukanlah ukuran kekuatan yang sebenarnya dapat terjadi dilapangan, namun dapa dijadikan sebagai suatu acuan terhadap kekuatan bahan. Kekuatan tensil pada aluminium murni pada berbagai perlakuan umumnya sangat rendah,yaitu sekitar 90 MPa, sehingga untuk penggunaan yang memerlukan kekuatan tensil yang tinggi, aluminium perlu dipadukan dengan logam lain, ditambah dengan berbagai perlakuan termal, aluminium paduan akan memiliki kekuatan tensil sehingga 580MPa (paduan 7075).
2.2.3.1.3 Kekerasan
Kekerasan gabungan dari berbagai sifat yang terdapat dalam suatu bahan yang mencegah terjadinya suatu deformasi terhadap bahan tersebut ketika diaplikasikan suatu gaya. Kekerasan suatu bahan dipengaruhi oleh elastisitas, plastisitas, viskoelastisitas, kekuatan tensil, ductility dan sebagainya.Kekerasan dapat diuji dan diukur dengan berbagai metode.Yang paling umum adalah metode brinnel, Vickers, morh dan Rockwell.
Kekerasan bahan aluminium murni sangatlah kecil, yaitu sekitar 65 skala brinnel, sehingga dengan sedikit gaya saja dapat mengubah bentuk logam. Untuk kebutuhan aplikasi yang membutuhkan kekerasan, aluminium perludipadukan dengan logam lain dan diberikan perlakuan termal atau fisik. Alumunium dengan 4,4% Cu dan diperlakukan quenching lalu disimpan pada temperature tinggi dapat memiliki tingkat kekerasan brinnel sebesar 135.
Kekuatan dan daya tahan paduan aluminium sangat bervariasi, tidak hanya sebagai akibat dari komponen paduan tertentu, tetapi juga sebagai akibat dari perlakuan panas dan proses manufaktur. Kurangnya pengetahuan tentang aspek-aspek ini dari waktu ke waktu menyebabkan struktur tidak benar dirancang dan memperoleh aluminium reputasi buruk.
Salah satu keterbatasan struktural penting dari paduan aluminium adalah kekuatan kelelahan mereka. Tidak seperti baja, paduan aluminium tidak memiliki batas yang jelas kelelahan, yang berarti bahwa kegagalan kelelahan akhirnya terjadi, yang dibebani beban siklik bahkan sangat kecil. Ini berarti bahwa insinyur harus menilai beban ini dan desain untuk kehidupan yang tetap daripada kehidupan yang tak terbatas.
Disamping itu sifat penting dari aluminium paduan adalah sensitivitas mereka terhadap panas. Lokakarya prosedur yang melibatkan pemanasan yang rumit oleh fakta bahwa aluminium, tidak seperti baja, tanpa meleleh merah menyala pertama. Membentuk operasi dimana obor pukulan digunakan karena membutuhkan keahlian tertentu, karena tidak ada tanda-tanda visual yang mengungkapkan seberapa dekat bahan ini adalah untuk mencair.
Paduan aluminium, seperti semua paduan struktural, juga tunduk pada tekanan internal berikut operasi pemanasan seperti pengelasan dan casting. Masalah dengan paduan aluminium dalam hal ini adalah rendah titik leleh, yang membuat mereka lebih rentan terhadap distorsi dari menghilangkan stres termal diinduksi.
Bantuan kontrol tegangan dapat dilakukan selama manufaktur dengan panas mengobati bagian dalam oven, diikuti dengan pendinginan bertahap masuk efek anil tekanan. Titik leleh rendah dari paduan aluminium belum dilarang penggunaannya dalam peroketan, bahkan untuk digunakan dalam membangun ruang pembakaran di mana gas bisa mencapai 3500 K. Mesin tahap Agena atas menggunakan desain aluminium regeneratively didinginkan selama beberapa bagian nosel, termasuk termal daerah tenggorokan kritis.
Gambar 2.6 Logam Aluminium
Tabel 2.1 Sifat-sifat Fisik dan Kimia dari aluminium
Item Kualifikasi
Nomor atom 13
Nomor massa 26,9815
Bentuk Kristal ( C) Kubus pusat muka
Density 2,699 g/cm3
Struktur atom terluar 3S23P1 Yeild Strenght
Tensile Strenght
Panas peleburan 94,6 kal/g Panas jenis 0,280 kal/ C
(Sumber : PT INALUM, 1988) 2.2.3.2 Bahan komposit
Perekataan komposit memberikan suatu pengertian yang sangat luas dan berbeda-beda mengikuti situasi dan perkembangan bahan itu sendiri.Gabungan dua atau lebih bahan merupakan suatu konsep yang diperkenalkan untuk menerangkan definisi bahan komposit. Walaupun demikian definisi ini terlalu umum karena komposit ini merangkum semua bahan termasuk plastik yang diperkuat dengan serat, logam alloy, keramik, kopolimer, plastik berpengisi atau apa saja campuran dua bahan atau lebih untuk mendapatkan suatu bahan yang baru.
Gambar 2.7 Anyaman Komposit fiber glass
2.2.4 Aspek Kekuatan Bahan
Pada dasarnya didalam perancangan suatu struktur maupun suatu alat, teori tentang bahan merupakan hal yang sangat penting karena kekuatan bahan berkaitan dengan hubungan antara gaya luar yang bekerja dan pengaruhnya terhadap bahan yang kemudian benda tidak lagi dianggap sebagai kaku ideal, deformasi meskipun kecil merupakan hal yang sangat diperhatikan.
Sifat-sifat bahan suatu strukturmesin sangat mempengaruhi dalam pemilihan bahan yang akan digunakan dan ukuran yang memenuhi kekuatan serta kekakuannya. Karena kekuatan bahan (strength of material) menyangkut metoda analisis yang menerangkan kekuatan (strength) dan kekakuan (stiffness) dari bahan yang akan digunakan.
Tujuan dari subyek kekakuan bahan adalah mengetahui kondisi stabil dari suatu sistem yang mampu mendukung beban yang bekerja dalam kondisi baik, aman dan ekonomis.
Jika suatu bahan logam menerima beban sebesar f, apakah material tersebut akan patah atau tidak, maka harus dicari tegangan yang bekerja pada material tersebut.
Jika maka material itu aman untuk beban sekitar f, sehingga menunjukan margin of safety (MS).
- 1
2.2.5 CATIA
CATIA (Computer Aided Three-dimensional Interactive Application) merupakan perangkat lunak dengan kategori High-end solution telah banyak digunakan di perusahaan-perusahaan besar didunia, karena CATIA mudah penggunaannya dibandingkan dengan perangkat-perangkat lunak lain yang sekelas dengannya. Selain itu juga perangkat lunak CATIA memiliki banyak aplikasi antara lain:
Mechanical Design, yang memiliki sub bab aplikasi :
Part Design, Drafting, Assembly Design, Sheet Metal Design, Mold Tooling Design, and Structure Design.
Shape Design and Styling.
Analysis, yang memiliki sub bab aplikasi :
Part Structural Analysis, and Assembly Structural Analysis. Digital Mockup,yang memiliki sub bab aplikasi :
DMU Navigator, DMU Space Analysis, DMU Kinematics, and DMU Fitting.
Equipment and System, yang memiliki sub bab aplikasi :
Electrical System Design, Piping Design, Ducting (HVAC) Design, Circuit Board Design, and Piping Instrumentation diagram.
NC Manufacturing, yang memiliki sub bab aplikasi :
Prismatic Machining (2.5 Axis),3-Axis Surface machining, Multi Axis Surface Machining and Lathe Machining.
12
