TUGAS AKHIR Analisa Aerodinamika Flap Dan Slat Pada Airfoil Naca 2410 Terhadap Koefisien Lift Dan Koefisien Drag Dengan Metode Computational Fluid Dynamic.

(1)

i

TUGAS AKHIR

ANALISA AERODINAMIKA

_FLAP

DAN

_SLAT

PADA

AIRFOIL

NACA 2410 TERHADAP KOEFISIEN

_LIFT

DAN

KOEFISIEN

_DRAG

DENGAN METODE

_{COMPUTATIONAL}

FLUID DYNAMIC

Disusun Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta

Disusun oleh:

TRI HARTANTO

D200 100 080

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

vi MOTTO

“Berprasangka Positif dan Berjiwa Besar”

“Hai orang-orang yang beriman, jadikanlah sabar dan sholatmu sebagai

penolongmu, sesungguhnya Allah beserta orang-orang yang sabar”

(Al-Baqarah: 153)

“Jika kamu bersungguh-sungguh, maka kesungguhan itu untuk

kebaikanmu sendiri“

(Al-Ankabut: 6)

bermimpi & berangan-anganlah setinggi yang kita mau,

karna mimpi & angan-angan kita adalah awal dari rencana hidup kita,

rencana hidup kita adalah salah satu usaha kita,

berusaha dan berdo’a adalah kewajiban setiap manusia,

maka

(7)

vii

keikhlasan dan pengorbanannya yang senantiasa membimbing

dan mendo’akanku.

 Sahabat-sahabatku (Keluarga Teknik Mesin angkatan 2010 yang

selalu kompak, dan saling menyemangati )

 Almamater ( Universitas Muhammadiyah Surakarta )

 Dosen Universitas Muhammadiyah Surakarta Teknik Mesin yang

telah membimbing saya didalam perkuliahan.

 Bapak Dosen pembimbing akedemik Ir. Sartono Putro, MT. Bapak

Dosen pembimbing satu tugas akhir Ir. Sarjito, MT., Ph.D. dan

Bapak Dosen pembimbing dua tugas akhir Nur Aklis, ST., M.Eng.

Saya berterima kasih atas pengarahan dan bimbingannya yang

telah banyak saya terima selama berada di Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

 Organisasi internal kampus (KMTM, BEM FT, Kopma UMS) dan

organisasi eksternal (IIBF Solo, JCI Solo, SIPA Community) yang

(8)

viii

KATA PENGANTAR

Segala puji syukur ke hadirat Allah SWT atas segala rahmat dan

karunia- Nya yang telah terlimpahkan kepada penulis, sehingga Tugas

Akhir ini dapat terselesaikan dengan baik.

Adapun Tugas Akhir ini disusun untuk memenuhi persyaratan

Sidang Sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

Dalam penyusunan Tugas Akhir ini, penulis banyak mendapat

bantuan dari berbagai pihak, pada kesempatan ini, penulis dengan penuh

keikhlasan hati ingin menyampaikan terima kasih kepada :

1. Bapak Dr. H. Sri Sunarjono MT. Ph.D selaku Dekan Fakultas Teknik

Universitas Muhammadiyah Surakarta.

2. Bapak Tri Widodo BR. ST. MSc., Ph.D selaku Ketua Jurusan Teknik

Mesin Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta.

3. Bapak Ir. Sarjito, MT., Ph.D. selaku Dosen Pembimbing I yang telah

membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk dalam penyusunan

Tugas Akhir ini.

4. Bapak Nur Aklis, S.T., M.Eng. selaku Dosen Pembimbing II yang telah

meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan dan arahannya.

5. Bapak Ir. Sartono Putro, MT. selaku Pembimbing Akademik.

(9)

ix

7. Bapak tercinta yang telah memberikan kasih sayang, mendidik dan

membesarkan penulis.

8. Ibu tercinta dan teristimewa yang senantiasa mencintai, menyayangi,

memberikan dukungan dan mendo’akan penulis dalam menyelesaikan

Tugas Akhir.

9. Teman angkatan 2010 yang sudah banyak membantu saya dan

mendukung saya dalam perkuliahan selama di Universitas

Muhammadiyah Surakarta.

Akhir kata, penulis mohon maaf sebelum dan sesudahnya, jika

sekiranya terdapat kesalahan dan kekurangan dalam penulisan Tugas

Akhir ini, yang disebabkan adanya keterbatasan-keterbatasan antara lain

waktu, dana, literatur yang ada, dan pengetahuan yang penulis miliki.

Harapan penulis semoga laporan ini bermanfaat untuk pembaca.

Tugas Akhir ini semoga dapat bermanfaat khususnya bagi penulis

dan pihak lain yang membutuhkan, Amin ya Robbaallamin.

Surakarta, Oktober 2015

(10)

x ABSTRAKSI

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk melakukan permodelan dan

simulasi perilaku aerodinamika airfoil NACA 2410 yang dilengkapi dengan

flap dan slat menggunakan software Ansys 14.5 – CFD. Selain itu untuk mendapatkan fenomena aliran fluida yang terjadi disekitar airfoil, sehingga

koefisien lift dan koefisien drag airfoil akan diketahui dan akan diperoleh

perbedaan airfoil NACA 2410 yang dilengkapi flap dan slat dengan yang

tidak dilengkapi flap dan slat.

Dalam proses simulasi akan dilakukan dengan variasi pada

berbagai sudut serang. Permodelan NACA 2410 diambil dari software

designFoil kemudian menyesuaikan ukuran dan panjang chord airfoil pada

Autocad kemudian desain akan di eksport ke solidwork untuk

penambahan desain flap dan slat serta pengaturan sudut serang.

Selanjutnya akan disimulasikan pada software Ansys dengan pengaturan

berbagai kondisi batas airfoil. Parameter-parameter yang dihasilkan

antara lain koefisien lift, koefisien drag, serta distribusi tekanan dan

kecepatan.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan sudut serang

akan diikuti dengan meningkatnya koefisien lift dan koefisien drag. Namun

pada airfoil NACA 2410 dengan flap dan slat menghasilkan koefisien lift

dan koefisien drag yang lebih tinggi dibanding dengan airfoil tanpa flap

dan slat. Koefisien lift maksimal ketika airfoil berada pada sudut serang

200 dengan pengaturan flap pada sudut defleksi 300 serta slat pada jarak x

4% chord, dan sudut slat -20.

(11)

xi

BAB II KAJIAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI 2.1 Kajian Pustaka ... 7

2.2 Dasar Teori ... 10

2.2.1 Persamaan Dasar Kekekalan ... 10

2.2.2 Teori Kutta-Joukowski ... 12

2.2.3 Karakteristik Aerodinamika pada Airfoil ... 14

(12)

xii

2.2.5 Sudut Serang (Angle of Attack) ... 23

2.2.6 Karakteristik Aliran Fluida ... 24

2.2.7 Konsep Dasar Aliran Fluida ... 26

3.3 Permodelan Airfoil, Flap dan Slat dengan Metode Komputasi Fluida ... 42

(13)

xiii

4.4.6 Perbandingan Tekanan Pada Sudut Serang 150 ... 71

4.4.7 Perbandingan Tekanan Pada Sudut Serang 200 ... 72

4.4.8. Perbandingan Tekanan Pada Sudut Serang 250 ... 73

4.4.9. Perbandingan Tekanan Pada Sudut Serang 270 ... 74

4.5 Analisa Perbandingan Kecepatan Aliran Udara pada Airfoil NACA 2410 Tanpa Flap dan Slat dengan Naca 2410

(14)

xiv

Gambar 2.11_{. Gaya}–_{gaya dari fluida di sekeliling sebuah} benda dua dimensi ... 31

Gambar 2.12_{. Jenis sel 2D dan 3D ... 37}

Gambar 2.13._{(A) Unstructured mesh, (B) Structured mesh,} dan (C) Hybrid mesh ... 38

Gambar 3.1._{Diagram Alir Penelitian ... 39}

Gambar 3.2._{Diagram Alir Proses Simulasi ... 41}

Gambar 3.3._{Profil airfoil pada Software DesignFoil ... 42}

Gambar 3.4._{Pengaturan panjang chord pada AutoCad 2010 ... 43}

Gambar 3.5._{Penampang airfoil hasil extrude pada} Software Solidwork 2010 ... 43

Gambar 3.6._{Penampang airfoil yang dilengkapi flap dan slat} hasil extrude pada Software Solidwork 2010 ... 44

Gambar 3.7._{Pengaturan sudut serang airfoil pada} Software Solidwork 2010 ... 45

Gambar 3.8._{Penampang airfoil yang diberi batasan} pada Ansys 14.5 workbench ... 46

Gambar 3.14._{Contoh proses solver pada Ansys 14.5} CFX- Solver Manager ... 52

Gambar 3.15._{Visualisasi kontur plot tekanan dan} streamline hasil simulasi ... 53

(15)

xv

Gambar 4.2._{Posisi sudut flap ... 57} Gambar 4.3._{Geometri posisi slat ... 60} Gambar 4.4._{Geometri sudut delta (}δ_{) slat ... 62} Gambar 4.5._{Hasil meshing fluida untuk airfoil NACA 2410}

with flap dan slat pada Ansys 14.5 – CFD ... 64

Gambar 4.6._{Contour plot pada bidang simetry xy, menunjukkan}

tekanan pada kedua kondisi airfoil sudut serang -80 ... 65

tekanan pada kedua kondisi airfoil sudut serang -20 ... 66

tekanan pada kedua kondisi airfoil sudut serang 00 ... 68

Gambar 4.14_{. Contour plot pada bidang simetry xy, menunjukkan}

(16)

xvi

sudut serang 150 ... 82

perbedaan kecepatan pada kedua kondisi airfoil

Gambar 4.24_{. Streamline kecepatan disekitar airfoil pada}

Gambar 4.25._{Fenomena aliran turbulence dan terjadinya vortex di atas}

(17)

xvii

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1._{Kondisi batas meshing ... 47}

Tabel 3.2._{Pengaturan inflation pada mesh ... 48}

Tabel 3.3._{Kondisi operasi ... 50}

Tabel 4.1._{Data hasil verifikasi software ... 55}

Tabel 4.2._{Hasil simulasi optimasi flap ... 58}

Tabel 4.3._{Variabel jarak x ... 60}

Tabel 4.4._{Hasil proses meshing NACA 2410 dengan flap dan slat .... 64}

(18)

xviii

DAFTAR GRAFIK

Grafik 4.1. _{Hubungan koefisien lift dengan posisi flap pada}

sudut flap 300 ... 59

Grafik 4.2._{Hubungan antara koefisien lift dengan jarak x}

Pada posisi flap 300 dan jarak slat 4% chord ... 61

Grafik 4.3._{Hubungan antara koefisien lift dengan sudut slat pada}

posisi flap 300, jarak slat 4% chord dan sudut slat -20 ... 62

Grafik 4.4._{Hubungan antara koefisien}_lift_{dengan sudut serang hasil}

perbandingan dengan penelitian Prabhakar (2013) ... 91