PENGARUH SUDUT TEKUK (CANT) WINGLET MENGGUNAKAN AIFOIL NACA 2215 PADA AERODINAMIKA PESAWAT TERBANG
TUGAS AKHIR
Disusun Oleh:
BAGAS AJI ABDI NIT 30418051
PROGRAM STUDI D3 TEKNIK PESAWAT UDARA POLITEKNIK PENERBANGAN SURABAYA
2021
PENGARUH SUDUT TEKUK (CANT) WINGLET MENGGUNAKAN AIFOIL NACA 2215 PADA AERODINAMIKA PESAWAT TERBANG
TUGAS AKHIR
Diajukan sebagai Salah Satu Syarat untuk Mendapatkan Gelar Ahli Madya (A.Md.) pada Program Studi Diploma 3 Teknik Pesawat Udara
Disusun Oleh:
BAGAS AJI ABDI NIT 30418051
PROGRAM STUDI D3 TEKNIK PESAWAT UDARA POLITEKNIK PENERBANGAN SURABAYA
2021
iii
LEMBAR PERSETUJUAN
PENGARUH SUDUT TEKUK (CANT) WINGLET MENGGUNAKAN AIFOIL NACA 2215 PADA AERODINAMIKA PESAWAT TERBANG
Oleh : BAGAS AJI ABDI
NIT. 30418051
Disetujui untuk diujikan pada : Surabaya, 18 Agustus 2021
Pembimbing I : BAYU DWI CAHYO, S.T., M.T. ………
NIP. 19870624 2009121007
Pembimbing II : LADY SILK M., S.Kom., M.T. ………
NIP. 19871109 200912 2 002
iv
LEMBAR PENGESAHAN
PENGARUH SUDUT TEKUK (CANT) WINGLET MENGGUNAKAN AIFOIL NACA 2215 PADA AERODINAMIKA PESAWAT TERBANG
Oleh:
BAGAS AJI ABDI NIT. 30418051
Telah dipertahankan dan dinyatakan lulus pada Ujian Tugas Akhir Program Pendidikan Diploma 3 Teknik Pesawat Udara
Politeknik Penerbangan Surabaya Pada tanggal, 18 Agustus 2021
Panitia Penguji:
1. Ketua : TOTOK WARSITO, S.SiT., M.M. ...
NIP. 19570316 197703 1 001
2. Sekretaris : NYARIS P, S.SiT., M.MTr. ...
NIP. 19820525 200502 1001
3. Anggota : BAYU DWI CAHYO, S.T., M.T. ...
NIP. 19870624 200912 1 007
KETUA PROGRAM STUDI D3 TEKNIK PESAWATf UDARA
Ir. BAMBANG JUNIPITOYO, S.T., M.T.
NIP. 19780626 200912 1 001
vi
KATA PENGANTAR
Puji Syukur kami panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, Yang senantiasa melimpahkan rahmat dan karunia-Nya sehingga tugas akhir yang berjudul
“PENGARUH SUDUT TEKUK (CANT) WINGLET MENGGUNAKAN AIFOIL NACA 2215 PADA AERODINAMIKA PESAWAT TERBANG” dapat terselesaikan dengan baik dan tepat waktu. Selama proses dari penyusunan tugas akhir ini penulis banyak mendapatkan bimbingan dan pengarahan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak M. Andra Aditiyawarman, S.T., M.T. selaku Direktur Politeknik Penerbangan Surabaya.
2. Bapak Bambang Junipitoyo, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Pesawat Udara dan para staf Program Studi Teknik Pesawat Udara.
3. Mas Bayu Dwi Cahyo, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing Materi Tugas Akhir.
4. Ibu Lady Silk M., S.Kom., M.T. selaku Dosen Pembimbing Penulisan Tugas Akhir.
5. Kapada seluruh Dosen dan Instruktur pengajar di Politeknik Penerbangan Surabaya.
6. Kepada kedua orang tua, keluarga, seluruh sahabat, rekan-rekan seangkatan, senior dan junior yang telah memberikan doa dan membantu penyusunan proposal tugas akhir ini.
7. Semua pihak yang tidak dapat penulis untuk sebutkan satu persatu yang telah membantu saya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kata sempurna, maka dari itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari semua pihak agar dapat membantu menjadikan Tugas Akhir ini dapat lebih baik, akhir kata penulis berharap semoga pembuatan alat ini dapat bermanfaat dan dapat dikembangkan agar menjadi lebih baik, serta berguna bagi semua pihak.
Surabaya, 18 Agustus 2021 Penulis
Bagas Aji Abdi
vii ABSTRAK
“PENGARUH SUDUT TEKUK (CANT) WINGLET MENGGUNAKAN AIFOIL NACA 2215 PADA AERODINAMIKA PESAWAT TERBANG”
Oleh : BAGAS AJI ABDI
NIT : 30418051
Airfoil Adalah sebuah struktur pada pesawat terbang yang digunakan menentukan performa aerodinamika. Kinerja Airfoil pesawat terbang ditentukan oleh nilai dari coefficient lift (CL) dan coefficient drag (CD). Terdapat perbedaan tekanan udara pada bagian permukaan atas dan bawah airfoil untuk mendapatkan gaya angkat. Maka dibuatnya winglet dengan sudut tertentu guna untuk mengatur aliran udara pada airfoil tersebut.
Tujuan penelitian yang menganalisis sudut tekuk winglet ini terhadap performa aerodinamika sayap pesawat, dengan variasi sudut tekuk winglet yang akan digunakan yaitu 00, 300, 450. Sehingga hasil peneitian tersebut dapat membandingkan ketika memakai winglet dan tidak memakai winglet yang mampu menambah performa aerodinamika tetapi harus mendapat nilai CL/CD yang sesuai terlebih dahulu.
Kata Kunci: airfoil, koefisien lift, koefisien drag.
viii ABSTRACT
“THE EFFECT OF WINGLET'S CANT ANGLE USING AIFOIL NACA 2215 ON AIRCRAFT WING AERODYNAMICS”
By:
BAGAS AJI ABDI NIT : 30418051
Airfoil Is a structure in an airplane that is used to determine aerodynamic performance. Airfoil performance is determined by the lift coefficient (CL) and drag coefficient (CD). This value is influenced by the shape of the aircraft geometry. There is a pressure difference on the upper surface and under the airfoil to get lift. So, a winglet is made with a certain angle to adjust the airfoil flow.
The purpose of this research is to analyze the winglet bending angle on the aerodynamic performance of the aircraft wing. With variations in the bending angle that will be used 00, 300, 450. So that the results of this study can compare when using winglets and not using winglets which can increase aerodynamic performance but must get a CL value. The appropriate CD first.
Keywords: winglet, cant bend, lift coefficient, drag coefficient.
ix DAFTAR ISI
LEMBAR PERSETUJUAN... iii
LEMBAR PENGESAHAN ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN DAN HAK CIPTA ... v
KATA PENGANTAR ... vi
ABSTRAK ... vii
ABSTRACT ... viii
DAFTAR ISI ... ix
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ... xiv
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG... xv
BAB 1 PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 2
1.3 Batasan Masalah ... 2
1.4 Tujuan Penelitian ... 3
1.5 Manfaat Penelitian ... 3
1.6 Sistematika Penulisan ... 3
BAB 2 LANDASAN TEORI ... 5
2.1 Teori Penunjang ... 5
2.1.1 Atmosphere ... 5
2.1.2 Aerodynamic ... 6
2.1.3 Aliran Udara ... 7
2.1.4 Airfoil NACA 2215 ... 10
2.1.5 Winglet ... 12
2.1.6 Hukum Bernoulli ... 14
2.1.7 Definisi Gaya Lift dan Persamaannya... 15
2.1.8 Definisi Gaya Drag dan Persamaannya ... 15
2.1.9 Angle of Attack ... 16
x
2.1.10 Solidwork ... 17
2.1.11 Computational Fluid Dynamics (CFD) ... 18
2.1.12 Bilangan Reynold ... 19
2.2 Penelitian terdahulu ... 20
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN... 21
3.1 Identifikasi Masalah ... 21
3.2 Metodologi Penelitian ... 22
3.3 Spesifikasi Alat Uji Penelitian ... 23
3.3.1 Perangkat keras (Hardware) ... 23
3.3.2 Perangkat Lunak (Software) ... 23
3.3.3 Spesifikasi Airfoil ... 24
3.3.4 Spesifikasi Fluida ... 24
3.4 Variabel Penelitian ... 25
3.4.1 Variable Bebas ... 26
3.4.2 Variabel Terikat ... 26
3.5 Urutan Proses Analisis ... 26
3.5.1 Pengumpulan data awal... 26
3.5.2 Studi Literatur ... 26
3.5.3 Komputasi data... 27
3.5.4 Pembahasan hasil komputasi data ... 27
3.5.5 Penarikan Kesimpulan ... 27
3.6 Design dan Cara Kerja Alat ... 27
3.6.1 Pre-Processing ... 27
3.6.2 Processing ... 30
3.6.3 Post Processing ... 33
3.7 Tempat dan waktu Penelitian ... 34
BAB 4 PEMBAHASAN ... 36
4.1 Hasil pengujian ... 36 4.1.1 Hasil dari simulasi NACA 2215 dalam variasi pressure contour 38 4.1.2 Hasil dari simulasi NACA 2215 dalam variasi velocity contour 41
xi
4.1.3 Hasil dari simulasi NACA 2215 dalam variasi streamline wing
area. ... 45
4.1.4 Hasil dari simulasi NACA 2215 dalam variasi vorticity ... 48
4.2 Analisi dan pembahasan ... 53
4.2.1 Nilai-nilai hasil simulasi variasi can’t angle NACA 2215. ... 53
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN ... 59
5.1 Kesimpulan ... 59
5.2 Saran ... 60
DAFTAR PUSTAKA ... 61
DAFTAR RIWAYAT HIDUP ... 62
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Airfoil ... 1
Gambar 2.1 Atmoshphere ... 5
Gambar 2.2 Aerodynamic... 6
Gambar 2.3 Airfoil ... 11
Gambar 2.4 Bagian Airfoil ... 12
Gambar 2.5 Winglet ... 13
Gambar 2.6 Hukum Bernoulli ... 14
Gambar 2.7 Angle Of Attack ... 17
Gambar 2.8 Solidwork ... 18
Gambar 2.9 Computational Fluid Dynamics (CFD)... 19
Gambar 3.1 Diagram Alur Desain Penelitian ... 22
Gambar 3.2 Spesifikasi Komputer ... 23
Gambar 3.3 Solidwork ... 24
Gambar 3.4 Airfoil NACA 2215 ... 24
Gambar 3.5 Variabel Penelitian ... 26
Gambar 3.6 Airfoil Tools ... 28
Gambar 3.7 Pemodelan Airfoil menggunakan Ms Excel... 28
Gambar 3.8 Airfoil ... 29
Gambar 3.9 Pitch Rotation ... 29
Gambar 3.10 Meshing Airfoil ... 30
Gambar 3.11 General Setup ... 30
Gambar 3.12 Setup Multiphase Model ... 31
Gambar 3.13 Surface Tension ... 31
Gambar 3.14 Boundary Condition ... 32
Gambar 3.15 Run Calculation ... 32
Gambar 3.16 Coefisien Drag ... 32
Gambar 3.17 Coefisien Lift ... 33
Gambar 3.18 Contour Plot Tekanan ... 33
Gambar 3.19 Grafik nilai CL dan CD ... 34
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Viskositas Udara ... 25
Tabel 3.2 Waktu Perencanaan Penelitian ... 35
Tabel 4.1 CFD indeks solution... 38
Tabel 4.2 Variasi Pressure contour Non Winglet ... 39
Tabel 4.3 Variasi Pressure Contour Winglet 300 ... 40
Tabel 4.4 Variasi Pressure Contour Winglet 450 ... 41
Tabel 4.5 Variasi Velocity contour Non Winglet 00 ... 42
Tabel 4.6 Variasi Velocity contour Winglet 300 ... 43
Tabel 4.7 Variasi Velocity contour Winglet 450 ... 44
Tabel 4.8 Variasi Streamline pada Sudut Tekuk 00 ... 46
Tabel 4.9 Variasi Streamline pada Sudut Tekuk 300 ... 47
Tabel 4.10 Variasi Streamline pada Sudut Tekuk 450 ... 48
Tabel 4.11 Variasi vorticity pada Non Winglet ... 49
Tabel 4.12 Variasi vorticity pada Winglet 300 ... 51
Tabel 4.13 Variasi vorticity pada Winglet 450 ... 52
Tabel 4.14 hasil simulasi terhadap variasi cant angle NACA 2215 ... 53
Tabel 4.15 Grafik hasil nilai lift terhadap variasi can’t angle ... 55
Tabel 4.16 Grafik hasil nilai drag terhadap variasi can’t angle ... 56
Tabel 4.17 Grafik hasil nilai lift to drag terhadap variasi can’t angle ... 57
xiv
DAFTAR LAMPIRAN
xv
DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG
NACA : National Advisory Commite for Aeronautics AOA : Angle of Attack
CFD : Computational Fluid Data CL : Koefisien Lift
CD : Koefisien Drag
Vortex : Aliran yang berputar dan biasanya disebut Turbulensi P : Tekanan (Pascal)
ρ : Massa jenis fluida (kg/m3) v : Kecepatan fluida (m/s)
g : Percepatan gravitasi (g = 9,8 m/s2) h : Ketinggian (m)
atm : Atmosfer cant : Sudut Tekuk
Contour : Sebaran aliran fluid
61
DAFTAR PUSTAKA
Adin. (2008). Retrieved from Gaya-Gaya yang bekerja pada pesawat terbang:
http://www.ilmuterbang.com/artikel-mainmenu-29/teori-penerbangan- mainmenu-68/151-bab-3a-aerodinamika-penerbangan?start=1
Airfoiltools. (2021). Retrieved from Airfoiltools:
http://airfoiltools.com/airfoil/details?airfoil=naca662215-il FAA. (2008). Aerodinamik.
Gavrilovic, N. N. (2015). Commercial Aircraft Performance Improvements using Winglets. FME Transactions, 1-8.
Hadi, S. (2008). Pengaruh Twisted Multiple Winglet terhadap Gaya Airfoil NACA 0012 pada Angka Reynolds Rendah. Jurnal Mekanika.
Madadi, E. (2018). Retrieved from Multiphase and Complex Fluids Flow Lab at California State University, Long Beach: https://www.ehsanmadadi.com/
Morton, R. (1996).
Myilsamy, D. T. (2015). Performance Investigation of an Aircraft Wing at Various Cant Angles of Winglets using CFD Simulation.
Nurcahyadi, T. &. (2008). Pengaruh Lokasi Ketebalan Maksimum Airfoil Simetris Terhadap Koefisien Angkat Aerodinamisnya. Jurnal Ilmiah Semesta Teknika, 110-124.
Tiyas. (2020). Retrieved from YUKSINAU: https://www.yuksinau.id/lapisan- atmosfer/
Weather, T. (2021). Retrieved from The Weather Channel:
https://weather.com/weather/today/l/-7.26,112.75?par=google
62
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
BAGAS AJI ABDI lahir di Surabaya pada tanggal 04 Agustus 2000. Merupakan anak pertama dari dua bersaudara pasangan Bapak Agus Setiyanto dan Ibu Ririn Risnawati. Bertepat tinggal di RT 03/006 Kelurahan Klampis Ngasem Kecamatann Sukolilo Kota Surabaya. Memulai pendidikan di TK HANG TUAH 3 periode 2003-2005, melanjutkan pendidikan Sekolah Dasar di SD HANG TUAH 3 pada tahun 2006 dan lulus tahun 2012. Melanjutkan Sekolah Menengah Pertama di SMP Negeri 27 Surabaya pada tahun 2012 dan lulus tahun 2015. Melanjutkan Sekolah Menengah Atas di SMK TEKNIK PAL Surabaya pada tahun 2015 dan lulus tahun 2018. Selanjutnya pada tahun 2018 diterima sebagai taruna politeknik penerbangan Surabaya pada program diploma 3 teknik pesawat udara angkatan 4 Charlie sampai dengan saat ini. Selama mengikuti pendidikan di Politeknik Penerbangan Surabaya, telah mengikuti on the job training di PT BATAM AERO TECHNIC divisi hangar maintenance Surabaya pada bulan maret hingga awal Mei 2021.
