1
PENGEMBANGAN PESAWAT TANPA AWAK
UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA
TUGAS AKHIR
OLEH :
ANTHONY CANDRASAPUTRA
13.50.0011
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA
SEMARANG
2
4
ABSTRAK
Seiring perkembangan modern saat ini, banyak pesawat tanpa awak digunakan dan dikembangkan oleh berbagai pihak untuk memenuhi kebutuhan ataupun keperluan masing-masing. Pada awalnya pesawat tanpa awak ini diminati dan dikembangkan oleh pihak militer saja untuk kebutuhan pengintaian dan perang, namun sejalan dengan perkembangan teknologi, pesawat tanpa awak ini diminati oleh masyarakat sipil karena pesawat tanpa awak ini mempunyai keuntungan tersendiri bagi masyarakat sipil. Pesawat ini banyak digunakan oleh penggemar fotografi dan videografi karena kemampuan pesawat untuk mengambil gambar dari sudut yang tidak terjangkau oleh manusia. Pesawat ini juga digunakan untuk bidang-bidang lain seperti agrikultur, pemetaan suatu lahan, dan operasi penyelamatan dan evakuasi.
Pada tugas akhir ini akan mengkaji tentang perkembangan pesawat tanpa awak Universitas Katolik Soegijapranata pada kontes robot terbang Indonesia 2016 yang dilaksanakan di lampung bulan November 2016 lalu. Perkembangan wahana meliputi proses pengkajian pustaka, pembuatan airframe hexacopter, sistem kendali wahana, sistem propulsi wahana, hingga sistem navigasi wahana, pengontrol kecepatan elektronik, sistem telemetri ke stasiun kontrol darat, dan perangkat lainnya yang dibutuhkan wahana. Hasil pengujian-pengujian yang dilakukan pada wahana selama masa pengembangan juga disertakan pada tugas akhir ini. pengujian sistem inersia, pengujian putaran motor pada sistem propulsi, hingga pengujian akhir pada Kontes Robot Terbang Indonesia 2016 yang dilaksanakan di Lampung bulan November tahun 2016 kemarin.
5
KATA PENGANTAR
Puji Syukur Penulispanjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah memberikan karunia dan berkat-Nya sehingga penulis apat menyusuun Tugas Akhir ini guna memenuhi salah satu persyaratan memperoleh gelar Sarjana Teknik Elektro dari Program Studi Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. Materi Tugas Akhir ini adalah tentang
Pengembangan Pesawat Tanpa Awak Universitas Katolik
Soegijapranata.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Tuhan YME yang telah memberikan kesempatan, kelancaran, dan keseatan sehingga terselesaikannya Tugas Akhir ini.
2. Dr. Florentius Budi Setiawan, MT selaku Kepala Program Studi Fakultas Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. Dan sebagai pembimbing 1 yang telah memberikan bimbingan dengan sabar selama penulisan Tugas Akhir ini.
3. Felix Yustian Setiono, S.T., M.T. sebagai pembimbing 2 yang telah memberikan bimbingan dengan sabar selama penulisan Tugas Akhir ini.
7
1.3 Perumusan Masalah ... 15
1.4 Batasan Masalah ... 16
1.5 Metodologi Penelitian ... 16
1.6 Analisa Sistem ... 16
1.7 Sistematika Penulisan ... 16
BAB II ... 18
DASAR TEORI ... 18
2.1 Multirotor ... 18
2.2 Hexacopter ... 18
2.3 Airframe ... 19
2.4 Sistem Propulsi ... 20
2.5 Teknik Kendali ... 29
BAB III ... 32
8
3.1 Pengontrol Penerbangan ... 32
3.2 Pengontrol Kecepatan Elektronik. ... 36
3.3 Global Positioning System ... 38
3.4 Stasiun Kontrol Darat ... 39
3.5 Catu Daya Wahana ... 40
3.6. Sistem Propulsi Wahana ... 41
3.7 Sistem Komunikasi Wahana ... 42
3.8 Perakitan Wahana ... 43
3.8.1 Perakitan Rangka ... 43
3.8.2 Instalasi Perangkat Elektronik ... 44
BAB IV ... 47
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 47
4.1 Pengujian Awal ... 47
4.1.1 Pengujian Sistem Propulsi ... 47
4.1.2 Pengujian Sistem Catu Daya Wahana ... 52
4.1.3 Pengujian Sistem Inersia Wahana ... 54
4.2 Pengujian Otomatisasi ... 55
4.3 Pengujian Akhir ... 56
4.3.1 Pengambilan Data ... 58
4.3.2 Percobaan Pertama ... 59
4.3.2 Percobaan Kedua ... 59
BAB V ... 62
KESIMPULAN DAN SARAN ... 62
5.1 Kesimpulan ... 62
5.2 Saran Penulis... 63
DAFTAR PUSTAKA ... 65
9
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2- 1 (A) Desain Hexacopter, (B) Desain tampak atas, (C) Desain tampak
depan ... 20
Gambar 2- 2 Rangkaian Ekuivalen Motor DC dengan sikat ... 22
Gambar 2- 3 Variabel Keluaran Motor Versus Kecepatan Motor dan tegangan yang diberikan ... 23
Gambar 2- 4 Baling-Baling T, Q, ηp, Versus Ω untuk dua kecepatan terbang V=5.8, dihasilkan dari kurva CT, CP, ηP biasa.daya dorong nol ΩO, terjadi pada V/ΩOR=λO ... 25
Gambar 2- 5 parameter baling-baling dan motor didapatkan dari kecepatan terbang tertentu V dan tegangan motor tertentu v. kecepatan motor Ω dibaca dari pertemuan kurva torka baling-baling dan motor. ... 26
Gambar 2- 6 6 parameter baling-baling dan motor didapatkan dari kecepatan terbang tertentu V dan daya dorong yang dibutuhkan T. tegangan motor yang dibutuhkan v dibaca dari pertemuan kurva torka baling-baling dan motor. ... 28
Gambar 2- 7 baling-baling yang terpasangkan dengan baik dan tidak terpasangkan dengan baik ... 29
Gambar 2- 8 Pembacaan Telemetri ... 31
Gambar 3 - 1 Pengontrol Penerbangan Crius AIOP V2 ... 32
Gambar 3 - 2 Kalibrasi Radio ... 34
Gambar 3 - 3 Pembacaan IMU ... 35
Gambar 3 - 4 Pembacaan Magnetometri ... 35
Gambar 3 - 5 Bagan Instalasi Pengontrol Kecepatan Elektronik ... 37
Gambar 3 - 6 Arah Rotasi Motor Pada Multicopter... 37
Gambar 3 - 7 Antarmuka Mission Planner ... 39
Gambar 3 - 8 Tabel Perbandingan Motor - Baling-baling ... 41
Gambar 3 - 9 Desain Rangka Tengah Hexacopter ... 44
10
Gambar 3- 11 Skema Instalasi Perangkat Elektronik ... 46
Gambar 4 - 1 Skema Port Motor ... 47
Gambar 4 - 2 Grafik PWM Motor ... 48
Gambar 4 - 3 Grafik PWM Motor Saat Loiter ... 49
Gambar 4 - 4 Gravik PWM Motor Saat Manuver ... 50
Gambar 4 - 5 Grafik X, Y, Z Pada Sensor Gyro ... 54
Gambar 4 - 6 Grafik X, Y, Z Pada Sensor Accelerometer ... 55
Gambar 4 - 7 Lokasi Pengujian Akhir ... 57
Gambar 4 - 8 Simulasi Lapangan Pengujian Akhir ... 57
Gambar 4 - 9 Hasil Pengambilan Data ... 58
Gambar 4 - 10 Perubahan Skema Catu Daya ... 59
Gambar 4 - 11 Jalur yang Diterapkan Pada Wahana ... 60
Gambar 4 - 12 Koordinat Jalur yang Diterapkan Pada Wahana ... 60
Gambar 4 - 13 Nilai Hasil Pengujian ... 61
Gambar 5 - 1 Pengujian Ketinggian Wahana yang Dapat Dipantau Oleh Mata Telanjang. Hasil Pengujian: 60m Altitude ... 66
Gambar 5 - 2 Pengujian Reaksi Wahana Ketika Lepas Kendali dari Controller dan Pengujian Pendaratan Otomatis. ... 66
Gambar 5 - 3 Pengujian Wahana Uji Coba Pemadaman Api dengan Bomb Air.. 67
Gambar 5 - 4 Pengujian Wahana Uji Coba Pemadaman Api dengan Bomb Air.. 67
Gambar 5 - 5 Pengujian Wahana Uji Coba Pemadaman Api dengan Bomb Air.. 68
Gambar 5 - 6 Wahana Dalam Moda Loiter... 68
Gambar 5 - 7 Kunjungan Siswa-siswi SMA dan SMK Setempat ke Stand Universitas Katolik Soegijapranata ... 69
11
Gambar 5 - 9 Stand Universitas Katolik Soegijapranata ... 70
Gambar 5 - 10 Arena Vertical Take Off and Landing ... 70
Gambar 5 - 11 Arena Vertical Take Off and Landing ... 71
Gambar 5 - 12 Stand Peserta KRTI Kategori VTOL ... 71
Gambar 5 - 13 Kunjungan Rektorat Universitas Lampung ke Stand Universitas Katolik Soegijapranata ... 72
Gambar 5 - 14 Kunjungan Rektorat Universitas Lampung ke Stand Universitas Katolik Soegijapranata ... 72
Gambar 5 - 15 Kunjungan Pemerintah Kota Lampung ke Stand Universitas Katolik Soegijapranata ... 73
Gambar 5 - 16 Kunjungan Pemerintah Kota Lampung ke Stand Universitas Katolik Soegijapranata ... 73
Gambar 5 - 17 Pengambilan Data ... 74
Gambar 5 - 18 Trial Pertama ... 74
Gambar 5 - 19 Trial Pertama ... 75
Gambar 5 - 20 Trial Pertama, Wahana Mengalami Crash Disebabkan Oleh Kurangnya Tegangan Pada Mdul GPS dan Modul Telemetri ... 75
Gambar 5 - 21 Inspeksi Wahana Setelah Crash ... 76
Gambar 5 - 22 Tim Universitas Katolik Soegijapranata ... 76
Gambar 5 - 23 Tabel Perbandingan Pengontrol Penerbangan Dengan Sumber Terbuka ... 76
Gambar 5 - 24 Tabel Perbandingan Motor dengan Baterai dan Ukuran Baling-Baling ... 76
12
DAFTAR TABEL
Tabel 2 - 1 Perbandingan Kualitas Multicopter ... 19
Tabel 3 - 1 Perbandingan Pengontrol Penerbangan ... 33
Tabel 4 - 1 RPM Motor Saat Lepas Landas ... 48
Tabel 4 - 2 RPM Motor Saat Loiter ... 49
Tabel 4 - 3 RPM Motor Saat Manuver ... 51
Tabel 4 - 4 Waktu Penerbangan Wahana ... 53
13
NOMENKLATUR
T Daya dorong baling-baling
Q Torka baling-baling
QM Torka motor
Pshaft Daya poros
Pelec Daya elektrik
CT Koefisien daya dorong berdasarkan kecepatan ujung
CP Koefisien daya berdasarkan kecepatan ujung
λ Perbandingan lanjut
ηP Efisiensi baling-baling ηm Efisiensi Motor
ρ Masa jenis udara
µ Kelekatan udara
Re Nomor Reynolds
V Kecepatan penerbangan
Ω Tingkat rotasi motor dan baling-baling
v Tegangan terminal motor
ʀ Resistansi motor
i Arus motor
KV kecepatan konstan motor
