MEMPREDIKSI FREKUENSI FUNDAMENTAL
PADA MODEL SATELIT INASAT 1 PADA SUMBU X
DENGAN MENGGUNAKAN METODA SPEKTRUM DAYA
Daryono Restu Wahono Peneliti Puslit KIM-LIPI
ABSTRACT
The fundamental frequency of UUT can be predicted using power spectral density method with r a n d o m signal i n p u t source. The test execution of INASAT 1 satellite shall m e e t t h e following s t a n d a r d of Indian Space Research Organisation (ISRO) in Polar Satellite L a u n c h Vehicle (PSLV) auxiliary satellite u s e r ' s m a n u a l a fundamental frequency in Lateral axis X > 45 Hz
These values are with fixed b o u n d a r y conditions at the spacecraft m o u n t i n g interface a n d include t h e contribution of separation system.
T h e test result of LAPAN satelit model INASAT.l for X axis is predicted for fundamental frequency. It was detected that resonance frequency started at 80 Hz and peak occured at 120 Hz.
ABSTRAK
Frekuensi fundamental s e b u a h b e n d a uji d a p a t diketahui d e n g a n m e n g g u n a k a n metoda s p e k t r u m d a y a (pother spectral density/'PSfy frekuensi dengan m a s u k a n s u m b e r sinyal acak. Pada satelit INASAT. I di m a n a prosedur ujinya mengacu kepada s t a n d a r Indian Space Research Organisation (ISRO) y a n g dijelaskan dalam Polar
Satellite Launch Vehicle (PSLV) auxiliary satellite user's manual.
Mempersyaratkan tidak terjadi kopling dinamik a n t a r a roket pembawa dan kapal p e m b a w a satelit p a d a frekuensi rendah, m a k a satelit d i h a r u s k a n memiliki frekuensi fundamental p a d a s u m b u lateral s u m b u X lebih b e s a r dari 45 Hz. Nilai ini t e r m a s u k dengan k e a d a a n s t a n d a r p a d a tempat d u d u k a n kapal pembawa satelit dan sistem pelontar satelit di dalamnya.
Dari hasil pengujian diperoleh b a h w a nilai PSD dari model satelit INASAT.l milik LAPAN diprediksi terjadi frekuensi fundamental. P a d a frekuensi 80 Hz mulai terlihat ada k e n a i k a n PSD d a n p u n c a k n y a terdapat p a d a frekuensi 120 Hz..
1 PBNDAHULUAN
Pengujian frekuensi fundamental adalah s a l a h s a t u d a r i pengujian vibrasi. Pendeteksian frekuensi fundametal d a p a t dilakukan dengan memakai spektrum d a y a dengan m e m a k a i s u m b e r dari sinyal acak (random). S u m b e r sinyal a c a k dengan r e n t a n g frekuensi 0 Hz sampai 3 2 0 0 Hz y a n g dibangkitkan oleh DSA HP 35665A d i u m p a n k a n p a d a exiter y a n g terlebih d a h u l u dilewatkan p a d a tegangan pembangkit. D a t a r e k a m a n d a p a t dideteksi dengan mengggunakan alat yang s a m a yaitu DSA HP 35665A dalam b e n t u k logaritmis. Besarnya
Power Spectral Density (PSD) dilakukan
dengan m e n g a t u r level dari s u m b e r s a m p a i dicapai nilai yang dipersyaratkan oleh PSVL ISRO yaitu 6,7 gRMS, sedangkan b e s a r a n yang diamati adalah
acceleration spectral density (ASD) dengan
satuan gVHz dan diamati pada frekuensi-frekuensi tertentu d i a n t a r a lembah dan puncaknya.
Angka-angka spesifikasi ditetapkan berdasarkan persyaxatan dari PSLV ISRO yaitu s u a t u lembaga a n t a r i k s a milik pemerintah India y a n g mempunyai fasilitas peluncuran satelit menggunakan roket. Satelit mikro milik LAPAN direncanakan a k a n diluncurkan meng-gunakan fasilitas PSLV ISRO India
sehingga satelit y a n g b e r s a n g k u t a n diwajibkan m e m e n u h i kriteria s t a n d a r yang telah ditetapkan.
Pada m a k a l a h ini h a n y a a k a n dibahas pengujian p a d a a r a h s u m b u X. Dengan p e n e k a n a n pada:
- Frequency range
- Kesesuaian d e n g a n s t a n d a r
- Karakteristik respon m e k a n i k dari benda uji
- Daya vibrasi
- U k u r a n , rigiditas d a n b e r a t dari b e n d a uji
- Rigiditas d a n berat dari alat b a n t u Pendeteksian d i l a k u k a n t e r h a d a p prediksi terjadinya frekuensi fundamental y a n g p e r t a m a , d i m a n a p a d a grafik spektrum terlihat bahwa frekuensi funda-mental terjadi p a d a frekuensi 80 Hz s a m p a i 104 Hz d a n n a i k kembali s a m p a i p a d a frekuensi 120 Hz dengan melihat rasio amplitudo p u n c a k d a n lembah Ap/An d a n rasio frekuensi p u n c a k d a n lembah fp/fn.
2 PENGUJIAN RANDOM VIBRASI Illustrasi pengujian a r a h s u m b u X seperti y a n g terlihat p a d a G a m b a r 2 - 1 .
Gambar 2 - 1 : S u m b u pengujian vibrasi Pengujian dilakukan u n t u k sumbu
- Pre Test : m e m b u a t program sesuai dengan spesifikasi yang dipersyaratkan dan dicobakan.
- Dummy Test : m e l a k u k a n pengetesan b e n d a pengganti b e n d a uji dengan bobot d a n k a r a k t e r yang s a m a .
- Test Execution : m e l a k u k a n pengujian t e r h a d a p b e n d a uji.
Pengujian r a n d o m vibrasi d a p a t digunakan u n t u k memprediksi terjadinya frekuensi fundametal dengan mengguna-kan spektxum daya. Besarnya s p e k t r u m day a a t a u Power Spectral Density (PSD) dilakukan dengan nilai yang dipersyarat-kan oleh PSVL ISRO yaitu 6,7 gRMS, sedangkan b e s a r a n yang diamati adalah
acceleration spectral density (ASD) dengan
s a t u a n g2/Hz.
Teknik memprediksi terjadinya frekuensi fundametal m e n g g u n a k a n spektrum daya adalah dengan mengamati lembah d a n p u n c a k n y a p a d a frekuensi-frekuensi t e r t e n t u . P e n g a m a t a n perbandingan ampli-t u d e p u n c a k - l e m b a h adalah Ap„=Ap/An (2-1) Keterangan: Ap = amplitudo p u n c a k An = amplitudo l e m b a h Selain p e n g a m a t a n amplitudo puncak-lembah diamati pula perbandingan frekuensi p u n c a k - l e m b a h , seperti :
Keterangan:
fp = frekuensi p a d a amplitudo p u n c a k fn = frekuensi p a d a amplitudo lembah
Perbandingan nilai Apn dan Bpn
a k a n menggambarkan k e c u r a m a n grafik a n t a r a p u n c a k d a n lembah, semakin b e s a r Apn d a n semakin kecilnya Bpn
a k a n menghasilkan grafik yang curam artinya spektrum daya naik dengan cepat p a d a selang frekuensi yang pendek.
Apn A p / A n (2-1)
Keterangan:
Ap = amplitudo p u n c a k An = amplitudo l e m b a h
3 FREKUENSI FUNDAMENTAL
F r e k u e n s i fundamental a d a l a h peristiwa i k u t bergetarnya s u a t u b e n d a akibat dari bergetarnya b e n d a lain y a n g m e m p u n y a i frekuensi diri s a m a . Frekuensi fundamental d a p a t dideteksi d e n g a n terjadinya resonansi, p a d a pengujian vibrasi terjadinya resonansi d a p a t dideteksi dengan meningkatnya akselerasi yang terjadi p a d a b e n d a uji. Peningkatan akselerasi y a n g d a p a t dikatagorikan sebagai r e s o n a n s i nilainya lebih dari d u a kali dari nilai akselerasi y a n g diberikan.
Terjadinya resonansi dapat dijelas-kan dengan r a m u s s e d e r h a n a :
Keterangan:
k = k e k a k u a n sistem getar m = m a s s a sistem getar 4 IMPEDANSI MEKANIK
Respon frekuensi tergantung pada karakteristik dinamik struktur mekanik-nya yakni impedansi mekanik. Hal ini d a p a t terjadi, bila :
- Respon g e t a r a n n y a kecil m a k a sulit dianalisis, d a n b i a s a n y a respon s e m a c a m ini diabaikan.
- Respon berubah secara drastis terhadap frekuensi, sehingga perubahan frekuensi a k a n mengganggu p e m b a c a a n tingkat a m p l i t u d o g e t a r a n . U n t u k d a p a t mengetahui tingkat amplitudo getaran d e n g a n baik, diperlukan p e r u b a h a n frekuensi s e c a r a p e r l a h a n (pergerakan frekuensi dengan oktaf rendah) dilaku-kan p a d a pengujian m e n g g u n a k a n metoda sapuan. Bila pengujian dilaku-k a n dengan menggunadilaku-kan r a n d o m vibrasi, m a k a diperlukan filter redaman p a d a s t r u k t u r m e k a n i k yang ber-s a n g k u t a n .
5 SET-UP PENGUJIAN
Pengujian dilakukan dengan meng-g u n a k a n mesin vibrasi LDS yanmeng-g terdiri dari DSC 8 sebagai alat pengontrol, DPA
K Seriers switching amplifier d a n Bxiter
V730 Combo. Untuk memberikan sumber sinyal r and o m , m e l a k u k a n p e n g a m a t a n d a n r e k a m a n d a t a digunakan DSA
(dynamic signal analyzer) HP 35665A
yang dilengkapi dengan 2 charge amplifier, sedangkan u n t u k mengkonversi d a t a digunakan PC (personal computer) seperti terlihat pada Gambar 5-1: Set-up Pengujian Random Vibrasi.
G a m b a r 5 - 1 : S e t - u p pengujian r a n d o m vibrasi
6 DATA HASIL PENGUJIAN
Dari hasil pengujian random vibrasi u n t u k s u m b u X, mulai dari frekuensi 80 Hz dengan ASD sebesar 0,00104 G2/Hz
terjadi k e n a i k a n ASD p a d a frekuensi 104 Hz. yang b e s a r n y a 0,0025 G2/Hz
d a n k e m u d i a n ASD n a i k lagi p a d a frekuensi 120 Hz sebesar 0,01159 G2/Hz. U n t u k lebih j e l a s n y a d a p a t dilihat p a d a hasil p e n g a m a t a n di G a m b a r 6 - 1 . Determinasi dari S p e k t r u m Amplitudo sinyal r a n d o m .
1.466879
Stf"".iBuUn ETBMn if-ftis ' '~*J
7 ANALISA DAN EVALUASI
Data dari hasil pengujian yang ditunjukan p a d a S p e k t r u m Amplitudo sinyal r a n d o m m e n u n j u k k a n nilai ampli-tudo mulai terjadi kenaikan yang dihasil-k a n p a d a s u m b u x di fredihasil-kuensi 80 Hz dengan ASD sebesar 0,00104 GVHz terjadi kenaikan ASD p a d a frekuensi 104 Hz yang b e s a r n y a 0,0025 G2/Hz d a n
k e m u d i a n ASD n a i k lagi p a d a frekuensi 120 Hz sebesar 0,01159 G2/Hz. Maka
perbandingan amplitudo puncak-lembah p e r t a m a adalah :
Karena yang dideteksi adalah mulai terjadinya resonansi, m a k a fundamental frekuensi mulai terjadi p a d a frekuensi 80 Hz s a m p a i dengan frekuensi 104 Hz u n t u k yang p e r t a m a d a n kemudian meningkat lagi s a m p a i frekuensi 120 Hz u n t u k kejadian yang k e d u a dan nilainya dimungkinkan lebih tinggi k a r e n a Apn
lebih besar dari yang p e r t a m a d a n Bpn lebih kecil.
Dari hasil pengujian random vibrasi d a p a t diduga ternyata didapat fundamental frekuensi u n t u k s u m b u X t e r d a p a t di a t a s frekuensi 80 Hz, artinya bahwa model satelit telah m e m e n u h i persyaratan yang ditetapkan oleh PSLV
tcrhadap mode! satelit INASAT.l yang pada saat dilakukan uji vibrasi terdiri atas bahan mekanik seperti: dudukan kamera dan rumah untuk penempatan modul elektxonik.
Untuk langkah selanjutnya dengan dibuatnya prototipe satelit INASAT.l diperlukan kehati-hatian dalam :
- Mendesain mekanik, seperti : rumah modul elektronik, dudukan kamera dan dudukan solar cell h a r u s betul-betul rigid dengan bahan yang lebih baik, karena fundamental frekuensi dapat terjadi bila tidak dipenuhinya tiga faktor utama, yaitu rigiditas perangkat, elastisitas bahan dan keseta-bilan perangkat.
- Memperhatikan sistem koneksi antara bagian-bagian yang disambung dilaku-kan sesuai dengan standar pemasangan dan h a r u s sesuai dengan persyaratan yang ditetapkan.
- Melakukan integrasi dengan memper-hatikan rigiditas, kestabilan dan menggunakan bahan integrasi dengan
spesifikasi dan peruntukan yang sesuai.
Dengan dipenuhinya ketiga kriteria di atas, diharapkan pada saat diluncur-kannya satelit INASAT.l LAPAN dapat meluncur dengan baik, dan tidak ditemui-nya:
- Kerusakan pada saat peluncuran, karena satelit tidak tahan terhadap getaran yang disebabkan oleh roket pembawa.
- Terjadi fundamental frekuensi pada satelit, sehingga dapat mengganggu kinerja dari roket pendorang.
8 KESTMPULAN
• Spektrum Amplitudo sinyal random menunjukkan nilai amplitudo mulai terjadi kenaikan yang dihasilkan pada sumbu X di frekuensi 80 Hz dengan ASD sebesar 0,00104 G2/Hz kemudian
terjadi kenaikan ASD pada frekuensi 104 Hz yang besamya 0,0025 G^/Hz dan kemudian ASD naik lagi pada frekuensi 120 Hz sebesar 0,01159 G2/Hz.
• Fundamental frekuensi mulai terjadi p a d a frekuensi 80 Hz, besarnya amplitudo terus bertambah dengan semakin bertambah besamya frekuensi yang diberikan.
Dari gejala dapat disimpulkan bahwa mikro satelit INASAT.l dapat dinyatakan lulus uji, sebab fundamental frekuensi tidak ditemukan pada frekuensi di bawah SO Hz tetapi satelit INASAT.l udak tahan bila diberi frekuensi di atas 80 Hz. Sehingga model satelit INASAT. 1 dapat dinyatakan lulus uji, karena telah memenuhi spesifikasi yang ditetapkan. D AFT AR RUJUKAN
Daryono R W, 2003. Mendeteksi Frekuensi
Fundamental Pada Model Satelit Mikro Inasat.l untuk Sumbu X, Sumbu Y dan Sumbu Z, SIPTEKGAN
VII-2003.
Daryono R W, 2002. Uji Vibrasi dengan
Teknik Penyapuan untuk Kemasan Ukuran Besar, PPI- KIM, Serpong.
E.P. Popov, 1984.Mechanics of Materials, 2th Edition, Berkeley, California USA.
IEC 68-2-35, 1982. Basic Environmental
Testing Procedure Part 2, Test Fda: Random vibration wide band, Geneve,
Suisse, CEI.
Nigel Wells, Countdown to launch of the
first microsatellites qualified for flight on Ariane-5 ASAP, Space Department,
Defence Evaluation & Research Agency, Farnborough, Hampshire GU14 OLX, UK.
S. Ramakrishnan, 1999. Polar Satellite
Launch Vehicle, Project director PSLV
project, India Space Research Organisation.
