Studi Eksperimental Kebisingan dan Simulasi Kontur Kebisingan Pesawat Tanpa Awak Prototipe NVC USU

STUDI EKSPERIMENTAL KEBISINGAN DAN

SIMULASI KONTUR KEBISINGAN

PESAWAT TANPA AWAK

PROTOTIPE NVC USU

SKRIPSI

Skripsi yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

MUHAMMAD TRI ZULFI SAHAB

110401150

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2016

ABSTRAK

Pesawat tanpa awak adalah pesawat yang dapat terbang tanpa dikendarai oleh manusia. Dengan keunggulan tersebut, pesawat tanpa awak biasa digunakan oleh masyarakat sipil dan militer untuk melakukan misi pengintaian dan pengawasan. Permasalahan kebisingan pada pesawat tanpa awak sedang menjadi konsentrasi penelitian untuk mendukung keberhasilan misi tersebut. Sebagian besar kebisingan pesawat tanpa awak berasal dari sistem baling-baling pengangkat, rotor, dan mesin. Penelitian ini bertujuan untuk melakukan kajian eksperimental karakteristik kebisingan pesawat tanpa awak prototipe NVC (Noise and Vibraton Research Centre) USU (Universitas Sumatera Utara) dengan variasi putaran 2000 rpm, 3000 rpm, 4000 rpm, 5000 rpm, 6000 rpm, dan 7000 rpm pada jarak 1 meter, 3 meter, serta 5 meter. Pengukuran nilai tingkat kebisingan dilakukan pada arah horisontal, vertikal, dan aksial (X+, X-, Y+, Y-, Z+, dan Z-). Simulasi kebisingan pesawat tanpa awak prototipe NVC USU dilakukan menggunakan perangkat lunak surfer 8.0. Dari pengukuran tingkat kebisingan diketahui bahwa tingkat kebisingan tertinggi adalah 97,7 dB di arah sumbu pengukuran Y- (arah knalpot) dengan putaran 7000 rpm pada jarak 1 meter. Knalpot adalah satu-satunya bagian dari mesin yang tidak ditutupi oleh badan pesawat, sehingga pada sumbu pengukuran Y- (arah knalpot) kebisingan dapat merambat dengan baik ke titik pengukuran. Sedangkan tingkat kebisingan terendah adalah 79,3 dB di arah sumbu pengukuran Z+ (arah ekor) dengan putaran 2000 rpm pada jarak 5 meter. Karena mesin pada sumbu pengukuran Z+ (arah ekor) ditutupi oleh badan pesawat, sebagian kebisingan diredam oleh badan pesawat sebelum merambat hingga ke titik pengukuran.

Kata kunci : Pesawat tanpa awak, kebisingan, DLE Gas Engine-30, kontur kebisingan, surfer 8.0.

ABSTRACT

Unmanned aerial vehicle is an aircraft that can fly without ridden by humans. With this advantage, the unmanned aerial vehicle is used by civilians and military to conduct reconnaissance and surveillance missions. The problem of noise on the unmanned aerial vehicle is becoming a research concentration to support the success of the mission. Most of the noise comes from the unmanned aerial vehicle’s propeller system lifter, rotor, and engines. This study aims to conduct an experimental study of noise characteristics of unmanned aerial vehicle prototype NVC (Noise and Vibration Research Centre) USU (University of Sumatera Utara) with a rotation variation of 2000 rpm, 3000 rpm, 4000 rpm, 5000 rpm, 6000 rpm and 7000 rpm at a distance of 1 meter, 3 meters and 5 meters. Measurement of the sound level was done in the horizontal, vertical and axial directions (X +, X-, Y +, Y-, Z + and Z-). The noise simulation of unmanned aerial vehicle prototype NVC USU was done by using surfer 8.0 software. From the measurement of the sound level was known that the highest sound level was 97.7 dB with 7000 rpm on the Y- axis direction measurement (exhaust direction) at a distance of 1 meter. Exhaust is the only one of the machine parts that is not covered by the fuselage, so that the noise on the measurement axis Y- (the exhaust direction) can propagate well to the point of measurement. However, the lowest sound level was 79.3 dB with 7000 rpm on the Z+ axis direction measurement (the tail direction) at a distance of 5 meters. Because the machine on the measurement axis Z + (direction of the tail) is covered by the fuselage, some noise is muted by the fuselage before propagate up to the point of measurement.

Keywords : Unmanned aerial vehicle, noise, DLE Gas Engine-30, noise contour,

surfer 8.0.

i

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 “Studi Eksperimental Kebisingan dan Simulasi

Kontur Kebisingan Pesawat Tanpa Awak Prototipe NVC USU.”

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, yang telah memberikan segala dukungan tak

terhingga baik dukungan moril dan materil.

2. Abang dan kakak tersayang, yang turut memotivasi di dalam penyelesaian

skripsi ini.

3. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku dosen pembimbing dan Ketua

Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang

telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis hingga skripsi ini

dapat terselesaikan.

4. Bapak Suprianto ST, MT dan Dr. Eng Taufiq Bin Nur, ST, M. Eng.Sc yang

telah memberikan banyak kritik dan saran yang bersifat membangun untuk

kesempurnaan laporan ini.

5. Bapak Alvistahrin M. Beni selaku mahasiswa Program Doktoral Teknik Mesin

sekaligus koordinator laboratorium Noise and Vibration Research Center.

6. Haura Amany Abdi terkasih, yang telah memberikan segala dukungan

berbentuk doa maupun tenaga pada setiap langkah penulis pada saat suka

maupun duka ketika mencari gagasan – gagasan solutif serta menjalani langkah

– langkah strategis di dalam penyelesaian skripsi ini.

7. Irwan, Nazwir Fahmi Damanik, Yogi Aldiansyah, Toto Wibowo, Afrizal dan

Jeffry yang telah banyak membagikan ilmunya kepada penulis.

ii

8. Seluruh Staf Pengajar pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik

Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan pengetahuan kepada

penulis hingga akhir studi.

9. Seluruh pegawai administrasi di Departemen Teknik Mesin.

10.Teman - teman mahasiswa Teknik Mesin USU khususnya untuk stambuk 2011,

yang telah banyak memberikan support dan sharing dalam penyelesaian skripsi

ini.

Penulis menyadari bahwa skripsi ini belum sempurna dari teknik penulisan

maupun materi laporan. Oleh sebab itu, demi penyempurnaan skripsi ini kritik dan

saran sangat penulis harapkan.

Akhir kata, penulis berharap agar laporan ini bermanfaat bagi pembaca pada

umumnya dan penulis sendiri pada khususnya.

Medan, 21 Maret 2016

Penulis,

Muhammad Tri Zulfi Sahab NIM : 110401150

iii

DAFTAR NOTASI/ISTILAH ………. viii

DAFTAR LAMPIRAN ……… ix

2.2.1 Sejarah Perkembangan Teori Propeller………. 7

2.2.2 Desain Propeller Untuk Mengurangi Kebisingan …………... 8

2.3.8 Prosedur Dasar Mengendalikan Kebisingan …………... 24

2.4 Airfoil ………... 25

2.5 Kayu Balsa ………... 26

2.6 Mesin Dua Langkah ………. 26

2.7 Tiga Kriteria Kebisingan Pesawat Dapat Diterima ……….. 31

2.8 Pembatalan Aktif Kebisingan ………... 34

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN …………_..………...₃₉

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian …………...……… 39

3.2 Bahan dan Alat Penelitian ……….………... 39

v

2.6 Jumlah baling-baling pada propeller pesawat tanpa awak ... 10

2.7 _{Aliran udara melalui propeller}………..₁₁

2.8 _{Aliran udara yang melewati propeller}………... ₁₂

2.9 _{Kecepatan efektif elemen melewati udara} ………. ₁₃

2.10 _{Gelombang suara pada material} ………. ₁₄

2.11 _{Grafik sinyal kebisingan ..}………. ₁₉

2.12 _{Kontur Kebisingan} ……….₂₀

2.13 Sumber-sumber noise pada komponen aerodinamis………. 21

2.14 _{Kebisingan GenerationMechanisme pada propeller}……...…..._...22

2.15 _{Kayu Balsa} ………. ₂₆

2.16 Mesin dua langkah sederhana ………... 27

2.17 _{Tingkat intermiten khas yang dihasilkan oleh kendaraan transportasi} Peningkatan 10 PNdB biasanya setara dengan peningkatan Ioo%, atau dua kali lipat dalam kebisingan subjektif [dari (3)]. Perkiraan tingkat di rumah masyarakat yang biasanya sumber terdekat dari kebisingan……….. 32

vi

4.1 Kontur kebisingan pada jarak 1 meter dengan putaran 2000 rpm ………. 77

4.2 _{Kontur kebisingan pada jarak 1 meter dengan putaran 5000 rpm} ………. ₇₈ 4.3 _{Kontur kebisingan pada jarak 1 meter dengan putaran 7000 rpm} ………. ₇₈ 4.4 _{Kontur kebisingan pada jarak 3 meter dengan putaran 2000 rpm} ………. ₇₉ 4.5 _{Kontur kebisingan pada jarak 3 meter dengan putaran 5000 rpm} ………. ₈₀ 4.6 _{Kontur kebisingan pada jarak 3 meter dengan putaran 7000 rpm} ………. ₈₀ 4.7 _{Kontur kebisingan pada jarak 5 meter dengan putaran 2000 rpm} ………. ₈₁ 4.8 Kontur kebisingan pada jarak 5 meter dengan putaran 5000 rpm ... 82

4.9 _{Kontur kebisingan pada jarak 5 meter dengan putaran 7000 rpm} ………. ₈₂ 4.10 _{Kontur 2D dengan vektor arah kebisingan pada sumbu (X,Y)}

Pengukuran ………...………. 84

4.11 _{Kontur 2D dengan vektor arah kebisingan pada sumbu (Z,Y)}

Pengukuran ………...………. 85

4.12 _{Noise path model} ………...₈₇

vii

DAFTAR TABEL

Halaman 1.1 _{Penelitian terkatit kebisingan pesawat tanpa awak di DTM FT}

USU …...……….. 2

2.1 Contoh tinkat kebisingan suara berdasarkan sumbernya ….……… 15

2.2 _{Referensi kuantitas level akustik kebisingan} ……….……….. ₂₄

2.3 _{Cara Kerja Mesin Dua Langkah} ………._{. 28}

2.4 _{Jumlah kejadian dari kebisingan pesawat terbang dan rata-rata untuk} puncak PNB melebihi 80 yang diperlukan untuk mencapai sebuah kebisingan dan dengan nomor indeks 45 atau peringkat kebisingan komposit 100, untuk pesawat sipil yang beroperasi pada jam 7 pagi ke 10 malam ... 33

4.1 _{Hasil pengukuran kebisingan pada jarak 1 meter.} ………..._{... 52}

4.2 _{Hasil pengukuran kebisingan pada jarak 3 meter.} ………... ₅₃

4.3 Hasil pengukuran kebisingan pada jarak 5 meter. ………... 53

4.4 _{Hasil pengukuran kebisingan terhadap mesin DLE Gas Engine-30cc .... 56}

4.5 _{Nilai Lp rata} – _rata ………... ₅₈

4.6 _{Hasil perhitungan nilai tekanan pada jarak 1 meter} ……… ₆₀

4.7 _{Hasil perhitungan nilai tekanan pada jarak 3 meter}………. ₆₁

4.8 _{Hasil perhitungan nilai tekanan pada jarak 5 meter}………. ₆₁

4.9 _{Hasil perhitungan nilai kecepatan partikel akustik pada jarak 1 meter}… ₆₂ 4.10 Hasil perhitungan nilai kecepatan partikel akustik pada jarak 3 meter … 63 4.11 _{Hasil perhitungan nilai kecepatan partikel akustik pada jarak 5 meter}…_{. 63} 4.12 _{Hasil perhitungan nilai intensitas akustik pada jarak 1 meter .}…..._{... 64}

4.13 Hasil perhitungan nilai intensitas akustik pada jarak 3 meter ....………. 65

4.14 _{Hasil perhitungan nilai intensitas akustik pada jarak 5 meter .}…..._{... 65}

4.15 _{Hasil perhitungan nilai densitas energi akustik pada jarak 1 meter}……_{.. 66}

4.16 _{Hasil perhitungan nilai densitas energi akustik pada jarak 3 meter ...}….. ₆₇

4.17 _{Hasil perhitungan nilai densitas energi akustik pada jarak 5 meter ....}…. ₆₇

4.18 _{Hasil perhitungan nilai kenaikan temperatur udara pada jarak 1 meter ... 68}

4.19 _{Hasil perhitungan nilai kenaikan temperatur udara pada jarak 3 meter ... 69}

4.20 Hasil perhitungan nilai kenaikan temperatur udara pada jarak 5 meter .. 69

4.21 _{Hasil perhitungan nilai kecepatan bergetar suara pada jarak 1 meter ... 70}

4.22 _{Hasil perhitungan nilai kecepatan bergetar suara pada jarak 3 meter ... 71}

4.23 _{Hasil perhitungan nilai kecepatan bergetar suara pada jarak 5 meter ... 71}

4.24 _{Hasil perhitungan nilai level intensitas kebisingan pada jarak 1 meter .. 72}

4.25 _{Hasil perhitungan nilai level intensitas kebisingan pada jarak 3 meter .. 73}

4.26 _{Hasil perhitungan nilai level intensitas kebisingan pada jarak 5 meter .. 73}

4.27 _{Hasil perhitungan nilai level densitas energi pada jarak 1 meter .}………₇₄

4.28 _{Hasil perhitungan nilai level densitas energi pada jarak 3 meter .}……… ₇₅

4.29 _{Hasil perhitungan nilai level densitas energi pada jarak 5 meter ...}…….. ₇₅

4.30 _{Nilai parameter kebisingan tertinggi dan terendah} ……….. ₇₆

4.31 _{Data yang diinput pada software Surfer 8.0} ……… ₈₃

viii

DAFTAR NOTASI DAN ISTILAH

Lp rata-rata : Tingkat kebisingan hasil pengukuran rata-rata dB

Z0 : Karakteristik impedansi Pa-s/m

R : Suara yang ditransmisikan lewat udara J/kg°K

c : Kecepatan suara di udara m/s

pcp : Kapasistas thermal per unit volume J/m3°C

u : Persamaan kecepatan partikel akustik m/s

P(rms) : Tekanan kebisingan hasil pengujian Pa

ix

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Gambar A1 _{Set up jarak pengukuran ... 92}

Gambar A2 Penggunaan tachometer ………. 92

Gambar A3 _{Melihatkebisingan lingkungan} ………. ₉₃

Gambar A4 _{Grafik kebisingan vs putaran pada jarak 1 meter} ……….. ₉₃

Gambar A5 _{Grafik kebisingan vs putaran pada jarak 3 meter} ……….. ₉₄

Gambar A6 _{Grafik kebisingan vs putaran pada jarak 5 meter} ……….. ₉₄