ANALISA AERODIN AMIKA KEN DALI CANARD
ROKET RKX 2 5 0
Salam Glntlng
Peneliti Bidang Aerodinamika, LAPAN ABSTRACT
In the framework of guided missile development in LAPAN, Center of Technology
h a s been rocket designed, constructed a n d t h e n performed a guided missile trial l a u n c h i n g in P a m e u n g p e u k in May 2 0 0 2 . However t h e r e s u l t w a s still far from expectation. It h a s b e e n realized that n u m e r o u s of factors played a p a r t in the failure of t h e missile trial launching, which are s t r u c t u r e strength, propulsion, propellant, guidance system and aerodynamic stability. From all t h e above factors, aerodynamic static stability is t h e initial requirement which h a s to be validated before stepping to the next design process. Based on t h e above situation, it h a s b e e n carried o u t a analysis un RKX 2 5 0 rocket aerodynamic static stability with c a n a r d guidance which configuration is almost similar with t h e one t h a t w a s l a u n c h e d in P a m e u n g p e u k . To find o u t the rocket's aerodynamic static stability, a research on lift coefficient & drag coefficient m u s t be done first. From t h e lift coefficient d a t a , a conduction the c e n t e r p r e s s u r e of aerodynamics rocket. Method t h a t is u s e d in this r e s e a r c h is t h e one which was developed by q u a d r a t u r e m u l t h o p p which is analytical method (Krasnov N. F. 1978).
ABSTRAK
Dalam r a n g k a p e n g e m b a n g a n roket kendali di LAPAN, P u s a t W a h a n a Dirgantara p e r n a h m e r a n c a n g , m e m b u a t d a n m e l a k u k a n uji c o b a p e l u n c u r a n d i P a m e u n g p e u k p a d a bulan Mei 2 0 0 2 . N a m u n keberhasilan m a s i h j a u h dari h a r a p a n . Disadari bahwa b a n y a k faktor menjadi p e n y e b a b kegagalan uji coba p e l u n c u r a n a n t a r a lain, k e k u a t a n s t r u k t u r , propulsi, propelan, sistem kendali dan stabilitas aerodinamika. Dari s e m u a faktor tersebut, stabilitas statik aerodinamika m e r u p a k a n p e r s y a r a t a n awal y a n g h a r u s diketahui k e b e n a r a n n y a u n t u k melangkah ke stabilitas dinamik. B e r d a s a r k a n hal tersebut, d i l a k u k a n analisa penelitian stabilitas statik a e r o d i n a m i k a roket RKX 250 dengan kendali canard d i m a n a konfigurasinya h a m p i r s e r u p a d e n g a n roket kendali yang p e r n a h d i l u n c u r k a n di P a m e u n g p e u k . Untuk itu d i l a k u k a n penelitian koefisien gaya angkat, koefisien gaya h a m b a t d a n koefisien m o m e n roket t e r s e b u t . Dari data-data koefisien gaya a n g k a t , d i l a k u k a n penelitian p u s a t t e k a n a n a e r o d i n a m i k a (Cp| dari roket. Metode y a n g d i g u n a k a n dalam penelitian ini ialah y a n g telah d i k e m b a n g k a n oleh Q u a d r a t u r e Multhopp y a k n i teori p e n d e k a t a n secara analitis p a d a p u s t a k a ; Krasnov N. F. 1978.
Kata k u n c i : Canard, Dinamika stabilitas, Statik stabilitas, Static margin, Pusat tekanan
aerodinamika, Mach number 1 PENDAHULUAN
Uji c o b a p r o d u k penelitian tidak selamanya berhasil, kadang kala menemui kegagalan. Faktor kegagalan uji coba dapat b e r s u m b e r p a d a k e s a l a h a n per-hitungan p e r a n g k a t l u n a k m a u p u n perangkat k e r a s . U n t u k itu dicoba menganalisa hasil p e r a n g k a t l u n a k aerodinamika roket t e r s e b u t k a r e n a
faktor ini m e r u p a k a n p e r s y a r a t a n awal y a n g h a r u s d i k e t a h u i kebenarannya. Hasil analisa ini sebagai m a s u k a n u n t u k perancangan roket selanjutnya, terutama p a d a dinamika stabilitas b e s a r n y a static margin d a n sistem kendalinya. Dari geometri- roket p a d a b a b 2 dengan kendali canard d i l a k u k a n penelitian karakteristik a e r o d i n a m i k a diantaranya
adalah koefisien aerodinamika gaya angkat, gaya h a m b a t dari m o m e n pitch. Dari d a t a - d a t a koefisien a e r o d i n a m i k a ini a k a n dilanjutkan p e r h i t u n g a n d a n analisa letak p u s a t t e k a n a n aero-dinamika. Metode y a n g digunakan dalam penelitian ini a d a l a h y a n g telah dikem-bangkan oleh Quadrature Multhopp yakni metode p e n d e k a t a n s e c a r a analitis. Penelitian d i l a k u k a n p a d a regim kece-patan s u b s o n i k d a n s u p e r s o n i k yakni berkisar p a d a bilangan Mach 0,4 s a m p a i dengan 0,8 d a n Mach 1,5 s.d 3.
Disamping itu h a r g a koefisien aerodinamika divariasikan t e r h a d a p sudut s e r a n g (a) d a n bilangan Mach. Hasil dari penelitian ini d a p a t dilihat pada G a m b a r 3-1 s a m p a i d e n g a n 3-14. Dari penelitian ini d a p a t d i h a r a p k a n gambaran sistem kendali y a n g h a r u s diterapkan p a d a roket d a n skenario pengendalian y a n g h a r u s dibuat, k a r e n a kendali canard c e n d e r u n g m e m b u a t roket tidak stabil k a r e n a m o m e n y a n g ditim-bulkannya positif y a n g m e m b a n t u terjadinya p e m b e l o k a n a r a h roket. 2 METODE PENELITIAN 2.1 Geometri R o k e t RKX 2 5 0 2 . 2 Metode Perhitungan Metoda p e r h i t u n g a n y a n g diguna-k a n adalah teori p e n d e diguna-k a t a n y a n g telah dikembangkan oleh Quadrature Mukhopp. Hasil y a n g a k a n diperoleh b e r u p a koefisien a e r o d i n a m i k a d a n letak p u s a t tekanan aerodinamika (CL, CD, CM dan Cp).
2 . 3 Koefisien Gaya Angkat (CL)
Koefisien gaya a n g k a t total yang terjadi p a d a roket m e r u p a k a n penjum-l a h a n dari m a s i n g - m a s i n g gaya a n g k a t y a n g terjadi p a d a tiap-tiap komponen roket, d i a n t a r a n y a y a n g terjadi p a d a b a d a n , canard, sirip d a n p e n g a r u h interferensi a n t a r a b a d a n d e n g a n canard a t a u sirip.
2 . 7 Pusat Tekanan Aerodinamika Roket
Pusat t e k a n a n aerodinamika roket (Lcp) total adalah m e r u p a k a n p e n -j u m l a h a n dari hasil kali m a s i n g - m a s i n g
koefisien gaya a n g k a t tiap k o m p o n e n d e n g a n j a r a k p u s a t t e k a n a n n y a dibagi d e n g a n koefisien gaya a n g k a t total.
3 HASIL PENELITIAN
Telah diperoleh karakteristik aerodinamika roket kendali RKX 2 5 0 p a d a regim s u b s o n i k d a n supersonik yang m e n g g u n a k a n canard sebagai kendalinya. Karakteristik aerodinamika roket t e r s e b u t b e r u p a koefisien gaya a n g k a t (CL), koefisien gaya h a m b a t (CD) d a n koefisien m o m e n (CM).
Dari d a t a koefisien gaya angkat (CL), selanjutnya d a p a t dihitung letak p u s a t t e k a n a n aerodinamika (Lcp) dari roket t e r s e b u t b a i k p a d a kecepatan subsonik m a u p u n p a d a kecepatan supersonik.
3 . 1 Hasil Pada Kecepatan Subsonik
o Koefisien gaya a n g k a t (CL) p a d a kecepatan s u b s o n i k d a p a t dilihat p a d a G a m b a r 3-1 d a n 3-2. Dari gambar ini terlihat bahwa harga CL total bertambah b e s a r nilainya d e n g a n k e n a i k a n s u d u t
serang u u n t u k bilangan Mach (M) yang k o n s t a n , demikian j u g a dengan kenaikan bilangan Mach (M), h a r g a CL juga b e r t a m b a h b e s a r u n t u k h a r g a
sudut s e r a n g (a) k o n s t a n .
o Pada Gambar 3-3 dan 3-4 diperlihatkan kurva Co y a n g divariasikan dengan sudut serang (a) d a n bilangan Mach (M). Dari kurva tersebut terlihat bahwa harga CD j u g a naik d e n g a n naiknya harga sudut serang (a) p a d a bilangan
Mach (M) y a n g k o n s t a n dan Co j u g a
naik dengan n a i k n y a bilangan Mach (M) p a d a s u d u t s e r a n g (a) k o n s t a n . o Selanjutnya p a d a G a m b a r 3-5 d a n 3-6
dapat dilihat h u b u n g a n a n t a r a koefisien momen (CM) dengan b e r u b a h n y a harga sudut serang (a) dan bilangan Mach (M). Terlihat b a h w a harga koefisien momen CM j u g a b e r t a m b a h b e s a r dengan naiknya h a r g a s u d u t serang, p a d a bilangan Mach y a n g k o n s t a n , dan j u g a harga CM b e r t a m b a h b e s a r dengan
kenaikan bilangan Mach p a d a h a r g a a yang k o n s t a n .
o Dari harga koefisien gaya angkat, baik dari masing-masing komponen, m a u p u n dari koefisien gaya angkat total p a d a kecepatan s u b s o n i k d i g u n a k a n u n t u k menghitung letak titik p u s a t t e k a n a n aerodinamis Lcp. Kurvanya ditunjukkan pada G a m b a r 3-13.
3.2 Hasil Pada Kecepatan Supersonik
Koefisien gaya a n g k a t CL p a d a regim supersonik d i t u n j u k k a n p a d a Gambar 3-7 d a n 3-8 y a n g ku r va ny a divariasikan t e r h a d a p s u d u t serang (a) dan bilangan mach (M), dari g a m b a r tersebut terlihat b a h w a h a r g a koefisien gaya angkat (CL) t u r u n dengan n a i k n y a harga bilangan mach d a n n a i k d e n g a n bertambah b e s a r n y a s u d u t s e r a n g (a).
lit Koefisien gaya h a m b a t CD p a d a regim supersonik dapat dilihat p a d a Gambar 3-9 d a n 3-10, d i m a n a k u r v a Co divariasikan t e r h a d a p h a r g a s u d u t serang (u) d a n bilangan mach (M), dari gambar terlihat b a h w a harga CD turun dengan naiknya kecepatan,
d a n n a i k dengan b e r t a m b a h n y a h a r g a s u d u t s e r a n g (a).
QJ Koefisien m o m e n CM p a d a regim supersonik dapat dilihat p a d a Gambar 3-11 d a n 3-12 y a n g k u r v a n y a divariasikan t e r h a d a p h a r g a s u d u t s e r a n g (a) d a n bilangan mach (M). Dari g a m b a r k u r v a terlihat h as i l ny a b a h w a h a r g a CM b e r t a m b a h b e s a r dengan n a i k n y a s u d u t serang (a) d a n m e n u r u n h a r g a n y a d e n g a n naiknya bilangan mach (M). B e n t u k k u r v a d a n k e c e n d e r u n g a n dari hasil penelitian ini mengikuti hasil penelitian y a n g telah dilakukan sebelumnya di LAP AN m a u p u n oleh lembaga penelitian y a n g a d a diluar negeri.
03 Selanjutnya dari d a t a - d a t a koefisien gaya a n g k a t (CL) p a d a regim supersonik baik dari koefisien gaya a n g k a t tiap-tiap komponen, m a u p u n dari koefisien gaya angkat total, d i g u n a k a n u n t u k m e n g h i t u n g posisi p u s a t t e k a n a n aerodinamika roket (Lcp) u n t u k h a r g a a dan bilangan m a c h b e r u b a h - u b a h . Kurvanya dapat dilihat p a d a G a m b a r 3-14.
4 PEMBAHASAN
Hasil penelitian ini dapat dilihat pada b a b 3 d i m a n a telah digambarkan kurva koefisien aerodinamika d a n letak pusat t e k a n a n aerodinamika, baik p a d a kecepatan subsonik m a u p u n kecepatan supersonik.
• Dari G a m b a r 3-2 dan 3-8 masing-masing diperlihatkan yakni k u r v a koefisien gay a a n g k a t (CL) p a d a kecepatan subsonik dan supersonik. Dari kurva ini (Gambar 3-2) terlihat bahwa h a r g a Ci. b e r t a m a h besar dengan kenaikan bilangan Mach p a d a regim subsonik, s e d a n g k a n sebaliknya bahwa h a r g a CL t u r u n (Gambar 3-8) dengan n a i k n y a bilangan Mach p a d a regim supersonik. Hal ini terjadi karena pengaruh k e r a p a t a n u d a r a (p) d i m a n a harga p k o n s t a n u n t u k kecepatan subsonik, sedangkan harga p berubah-u b a h berubah-u n t berubah-u k k e c e p a t a n sberubah-upersonik. Walupun kecepatan dinaikkan p a d a regim supersonik, diikuti dengan p e n u r u n a n h a r g a k e r a p a t a n u d a r a (p) secara d r a s t i s pula, sehingga koefisien gaya angkat Cj, t u r u n w a l a u p u n
kecepatan b e r t a m b a h . Karena peru-b a h a n aliran inkonpresiperu-bel menjadi aliran konpresibel.
Q Keadaan ini j u g a berlaku u n t u k koefisien aerodinamika gaya h a m b a t (CD) d a n koefisien m o m e n (CM) u n t u k
kecepatan s u b s o n i k d a n supersonik. Lihat G a m b a r 3-4 d a n 3-10 u n t u k kurva CD dan lihat Gambar 3-6 dan 3-12 u n t u k k u r v a CM; d i m a n a h a r g a CD dan CM t u r u n w a l a u p u n kecepatan dinaik-k a n p a d a regim supersonidinaik-k dan sebaliknya h a r g a n y a naik jika kece-p a t a n n y a b e r t a m b a h kece-p a d a regim subsonik. Disebabkan k a r e n a peru-b a h a n aliran inkonpresiperu-bel menjadi aliran konpresibel.
a G a m b a r 3-13 d a n 3-14, m e r u p a k a n hasil penelitian letak p u s a t t e k a n a n aerodinamika p a d a kecepatan subsonik d a n supersonik. p a d a kecepatan subsonik (Gambar 3-13) h a r g a p u s a t t e k a n a n aerodinamika cenderung ber-t a m b a h besar dengan kenaikan s u d u ber-t s e r a n g d a n b e r t a m b a h n y a bilangan Mach. Harganya berkisar a n t a r a 0,58 s a m p a i d e n g a n 0,66 kali panjang roket, terhitung dari nose cone. P a d a
k e c e p a t a n s u p e r s o n i k (Gambar 3-14) h a r g a p u s a t t e k a n a n aerodinamis c e n d e r u n g b e r t a m b a h kecil p a d a kenaikan bilangan Mach d a n bertambah b e s a r [ada k e n a i k a n s u d u t s e r a n g a. Harganya berkisar a n t a r a 0,65 s a m p a i dengan 0,6 kali panjang roket, terhitung dari u j u n g nose cone. Disebabkan karena perubahan aliran inkonpresibel menjadi aliran konpresibel.
a Kurva koefisien aerodinamika dan kurva p u s a t t e k a n a n a e r o d i n a m i k a roket RKX 2 5 0 , mengikuti b e n t u k k u r v a hasil penelitian y a n g telah dilakukan didalam m a u p u n diluar negeri.
• Data p e m b a n d i n g y a n g lebih a k u r a t ialah penelitian dari NACA Report Seri 1307 y a n g m e m p u n y a i konfigurasi h a m p i r s a m a d e n g a n roket kendali RKX 2 5 0 . D a t a - d a t a y a n g dimiliki masing-masing roket a d a l a h sebagai b e r i k u t :
• Dari informasi l a m p i r a n dibawah ini didapat b a h w a h a r g a Lcp RKX 250 lebih besar 2,3 % dari Lcp NACA Report n o . 108 p e n y e b a b n y a diperkirakan k a r e n a letak sirip roket NACA Report n o . 108 lebih k e d e p a n j i k a dibanding-k a n d e n g a n r o dibanding-k e t RKX 2 5 0 d a n pT.AR
roket RKX 2 5 0 lebih b e s a r dari pT.AR
roket NACA.
D a t a roket kendali RKX 2 5 0 :
S T / SC= 4 , 8 ; M=2; l c / 1 = 0 , 2 0 ; 1T/1=0,73;
pT.AR=2,2; pc.AR=2; *.T.AR=0,4;
Lcp=0,618.
Data NACA Report 1307 no. 108 s.ebagai berikut : ST/SC=5,74; M=2;
l c / 1 = 0 , 2 9 ; 1 T / 1 = 0 , 6 4 ; pT.AR=l,01;
pc.AR=l,69; A.T.AR=0,4; Lcp=0,595.
Q J i k a hasil penelitian ini dibandingkan d e n g a n hasil penelitian roket kendali yang telah d i l u n c u r k a n p a d a b u l a n Mei 2002 di P a m e u n g p e u k k h u s u s mengenai h a r g a p u s a t t e k a n a n aerodinamis (Cp). Terlihat b a h w a Cp p a d a penelitian ini adalah 0 , 6 1 . S e d a n g k a n p a d a roket kendali y a n g d i l u n c u r k a n p a d a b u l a n Mei 2002 adalah 0,8. Dengan p u s a t (eg) adalah 0,7. Ternyata Cp roket yang diluncurkan d i P a m e u n g p e u k terletak d i d e p a n e g b u k a n dibelakangnya, sehingga hal
t e r s e b u t d i p e r k i r a k a n y a n g menjadi p e n y e b a b p e m b e l o k a n trayektori roket ke a r a h b e l a k a n g launcer saat dilun-curkan p a d a Mei 2 0 0 2 di Pameungpeuk. P a d a s a a t p e m b e l o k a n a r a h terjadi diperkirakan p a d a detik ke 2 saat k e l u a r launser kendali canard m a s i h pasif a t a u s u d u t defleksinya 0°.
5 KESIMPULAN
Telah diperoleh karakteristik aerodinamika roket kendali RKX 250 berupa koefisien gaya angkat (CL), koefisien gaya h a m b a t (Co) d a n Koefisien momen (CM)- Demikian j u g a k u r v a letak titik p u s a t t e k a n a n aerodinamika u n t u k s u d u t s e r a n g (a) d a n bilangan Mach (M) yang b e r u b a h - u b a h , letak titik p u s a t t e k a n a n aerodinamika (Lcp) r o k e t kendali RKX
150 hampir s a m a dengan hasil penelitian yang d i l a k u k a n NACA.
a Harga Lcp roket kendali RKX 2 5 0 ± 0,618 d a n Lcp roket NACA Report no. 108 a d a l a h = 0 , 5 9 5 p a d a bilangan Mach 2.
a Harga Lcp roket kendali RKX 150 yang d i l u n c u r k a n p a d a b u l a n Mei 2002 adalah 0,8. S e d a n g k a n referensi report NACA roket d e n g a n kendali canard, h a r g a Lcp a n t a r a 0,4 s / d 0,62.
a Selisih p e r b e d a a n h a r g a Lcp a n t a r a roket RKX 2 5 0 p a d a tulisan ini dengan Lcp roket yang lalu (tahun 2002) adalah c u k u p b e s a r yakni 0,8 - 0,61 = ± 0,2. a P u s a t titik b e r a t roket kendali yang
d i l u n c u r k a n di p a m e u n g p e u k adalah 0,71 s e d a n g k a n p u s a t t e k a n a n aero-dinamis ± 0 , 6 1 . Sehingga posisi Cp didepan eg yang mengindikasikan roket dari s a a t d i l u n c u r k a n s u d a h tidak stabil, p e n y e b a b roket menyimpang dari skenario trayektori yang telah dirancang.
a Kendali c a n a r d menggeser p u s a t t e k a n a n a e r o d i n a m i k a ke bagian d e p a n roket.
DAFTAR RUJUKAN
Alan Pope, 1978. High Speed Wind
Ames Research Staff, 1 9 5 3 . Report 1153, National Advisory Committee for Aeronautics.
Jack N. Nielsen, NASA Ames Research Center Maffet Field California, Volume 104. Progress in Astronautics a n d Aeronautics.
J a c k , N. Nielsen, 1960. Missile
Aero-dynamics, Mc Graw Hill Book Co,
Inc. New York.
Jenie, Said D, 1988. Manual Perancangan
Roket Kendati, ITB/LAPAN.
Krasnov, NF, 1 9 7 8 . Aerodynamics
(translate from rusian), American
Publ. Co. PUT-LID, New Delhi.
Martin Summerfield, progress in Astronautics a n d Aeronautics, V;il
119, in t h e AIAA, Test a n d Evaluation of t h e Tactical Missile.
