i
SIMULASI UJI KEBISINGANPADA
PESAWAT TANPA AWAK PROTOTIPE NVC USU
MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK FEM
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
DEDI AGUSTIANTO
110401129
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
2016
iii
v
vii
ABSTRAK
Pesawat tanpa awak adalah sebuah mesin terbang yang dapat dikendali dari jarak jauh ataupun mampu mengendalikan dirinya sendiri.Pesawat tanpa awak biasa digunakan oleh masyarakat sipil dan militer untuk melakukan misi pengintaian dan pengawasan maupun misi tertentu.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 dilakukan untuk melihat karakteristik kebisingan yang dihasilkan pada pesawat UAV saat beroperasi dengan variasi putaran 2000 RPM, 3000 RPM, 4000 RPM, 5000 RPM, 6000 RPM, dan 7000 RPM pada jarak 3 meter. Pengukuran nilai tingkat kebisingan dilakukan menggunakan metode simulasi dengan software ANSYS 15.0 pada arah horizontal, vertikal, dan aksial (X+, X-, Y+, Y-, Z+, dan Z-). Dari hasil simulasi uji kebisingan pada pesawat tanpa awak prototype NVC (Noise and Vibration
Centre) USU didapat nilai kebisingan (SPL) terbesar pada Sumbu Z- (bawah)
pada putaran 7000 RPM dan terkecil pada sumbu Y (depan) pada putaran 2000 RPM.Kontur kebisingan yang dihasilkan tidak merata ke semua arah hal ini dipengaruhi oleh geometri pesawat dan tinggi rendahnya tingkat kebisingan dipengaruhi oleh tekanan yang dihasilkan gelombang bunyi.
ix
ABSTRACT
The unmanned aerial vehicle is a flying machine which can be controlled from a distance nor able to control himself. Unmanned aircraft used by civilians and military to conduct reconnaissance, surveillance, and specific mission. The problem of noise on the unmanned aircraft was a concentration of research to support the success of the mission. Most of the noise comes from the unmanned aircraft propeller system lifter, rotor, and engines. This study was conducted to look at the characteristics of the noise generated by the UAV aircraft when operating with a variety of rotation 2000 RPM, 3000 RPM, 4000 RPM, 5000 RPM, 6000 RPM and 7000 RPM at a distance of 3 meters. Measurement of the value of the noise level is done using software simulations with ANSYS 15.0 in the horizontal, vertical, and axial direction (X +, X-, Y +, Y-, Z + and Z-). The simulation results of the noise test of unmanned aerial vehicle prototype NVC (Noise and Vibration Centre) USU obtained value of the noise (SPL) which are the largest in the Z- axis (bottom) at 7000 RPM and the smallest rotation on the Y axis (front) at 2000 RPM rotation. Contour noise generated is not evenly in all directions. It is influenced by the geometry of the plane and then high and low level of noise is affected by the pressure generated sound waves.
Keywords: unmanned aerial vehicle, noise, simulation, contour, pressure.
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 “Simulasi Uji Kebisingan Pada Pesawat
Tanpa Awak Prototipe NVC USU Menggunakan Perangkat Lunak FEM”.
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, Ayahanda Sarmen dan Ibunda Saedahyang telah memberikan segala dukungan tak terhingga baik dukungan moril dan materil.
2. BapakDr.Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku dosen pembimbing dan Ketua Jurusan Departemen Teknik Mesin yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing penulis hingga skripsi ini dapat terselesaikan.
3. Bapak Dr. Eng. Taufiq Bin Nur ST. M.Eng.Sc. dan Bapak Suprianto, ST.MT. selaku dosen pembanding yang telah banyak memberikan masukan kepada penulis untuk kesempurnaan penyusunan skripsi ini.
4. Seluruh Staf Pengajar pada Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi dan seluruh pegawai administrasi di Departemen Teknik Mesin
5. Bapak Alfinsyahrin M. Beni, ST. MT selaku mahasiswa Magister Teknik Mesin sekaligus koordinator laboratorium Noise and Vibration Research Center.
xi
7. Tim Peneliti Pesawat Tanpa Awak NVC USU Generasi 3 saudara M. TrizulfiSahab, Ghazali Adam, Agung Nungroho, Ryan Tua, Ahmad FiqriOemry dan Ahmad DzakyRidho yang telah ikut berjuang dalam tim ini hingga selesai.
8. Teman sekaligus keluarga Teknik Mesin Angkatan 2011 yang telah banyak berbagi dalam berbagai hal di kampus USU ini.
9. Keluarga Besar HMI Teknik USU, Gemasiana Teknik, PEMA Teknik USU 2014-2015 tempat saya belajar dan berkarya.
10. Keluarga Besar EINS FAMILY Ara Gumilar, Darma Juliandri, JefrySyahputra, GENDUT (Arif) tempat penulis menghilangkan kejenuhan rutinitas sehari-hari
11. Abang dan adik penulis Ardiansyah, Agus Chandra S.Pd. dan Muhammad Padli yang juga banyak memberi dukungan yang tak terhingga kepada penulis.
Penulis juga mengharapkan saran dan kritik terhadap penulisan hasil laporan skripsi ini agar menjadi skripsi yang baik dari segi penulisan maupun konten.Semoga laporan skripsi dapat bermanfaat terimakasih.
Medan, 14 Maret 2016
Penulis,
NIM : 11 0401 129 DEDI AGUSTIANTO
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ...x
DAFTAR ISI ...xii
DAFTAR NOTASI ...xv
BAB 1 PENDAHULUAN ...1
1.1 Latar Belakang ...1
1.2 Perumusan Masalah ...4
1.3 Tujuan Penelitian ……….. .4
1.4 Batasan Masalah ...4
1.5 Sistematika Penulisan ...5
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA ...6
2.1 Pesawat Tanpa Awak (Unmanned Aerial Vehicle) ...6
2.1.1 Mesin ...7
2.1.2 Propeler ………. ...8
2.1.3 Badan pesawat …… ...9
2.2 Mekanisme Pesawat Untuk Terbang ...10
2.3 Bunyi………….. ...12
2.3.1 Frekuensi Bunyi …. ...13
2.3.2 Cepat Rambat Bunyi ………. ...15
2.4 Kebisingan (Noise) ...17
2.4.1 Jenis – Jenis Kebisingan ...17
2.4.2 Sinyal Noise ...17
2.4.3 Parameter Kebisingan ...18
2.4.4 Tingkat Kebisingan ...19
2.5 Prosedur Dasar Mengendalikan Kebisingan ...21
2.6 Sumber Kebisingan Aerodinamis … ...22
2.7 Kriteria Kebisingan Pesawat ...24
xiii
2.8.1 Ansys Acoustic ………. ...28
2.8.2 AcousticACT (Application Customization Toolkit) Extension……….. ...29
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN ...31
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ...31
3.2 Variabel Penelitian ...31
3.2.1 Variabel Terikat ...31
3.2.2 Variabel Bebas ...31
3.3 Spesifikasi Data ...32
3.3.1 Spesifikasi Pesawat ...32
3.3.2 Spesifikasi Kayu Balsa ...33
3.3.3 Spesifikasi Fluida ...33
3.4Cara Pelaksanaan Penelitian ...34
3.5 Diagram Alir Penelitian ...36
3.6Setup Pengujian …….. ...37
3.6.1 Tahap Pre-Processing ….. ...37
3.6.2 Tahap Post-Processing …. ...41
3.6.3 Menjalankan Simulasi …… ...41
3.7 Diagram Alir Simulasi …. ...42
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN ...43
4.1 Kontur Kebisingan …. ...43
4.1.1 Putaran 2000 Rpm …. ...43
4.2 Tingkat Kebisingan …… ...57
4.2.1 Putaran 2000 Rpm …. ...57
4.2.2 Putaran 3000 Rpm ………. ...59
4.2.3 Putaran 4000 Rpm ….. ...59
4.2.4 Putaran 5000 Rpm …. ...60
4.2.5 Putaran 6000 Rpm …. ...61
4.2.6 Putaran 7000 Rpm ….. ...61
4.3 Grafik Hasil Simulasi ….. ...64
4.3.1 Sumbu X ...64
4.3.2 Sumbu X-.. ...65
4.3.3 Sumbu Y ...65
4.3.4 Sumbu Y- ...66
4.3.5 Sumbu Z ...67
4.3.6 Sumbu Z- ...68
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN … ...70
5.1 Kesimpulan… ...70
5.2 Saran …. ...71
xv DAFTAR NOTASI
Simbol Satuan
c Kecepatan suara m/s
γ Specific heat ratio
R Konstanta gas spesifik
T Temperatur absolut K N Kekuatan noise
K Konstanta Boltzmann J/K λ Panjang gelombang m
f Frekuensi Hz
T Periode s
k Jumlah gelombang
Lp Sound pressure level dB
Lw Sound power level dB
P Sound pressure Pa
pref Tekanan referensi Pa
W Sound power Watt
Wref Sound power referensi Watt
