TUGAS AKHIR
STUDI
CFD
ALIRAN UDARA DI SEKELILING
WING
NACA0015 YANG DILENGKAPI
SPLIT FLAP
Disusun sebagai Syarat untuk Mencapai Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Muhammadiyah Surakarta
Disusun oleh :
EDY NUGROHO
NIM : D200 11 0011
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
vi
MOTTO
Sesuatu yang besar pasti diawali dengan yang kecil, maka berbahagialah jika masih menjadi yang kecil, Karena bahagia adalah kunci meraih kesuksessan.
Tidak ada kesuksessan yang diraih dengan instan, semua butuh proses untuk menggapainya, usaha dan do’alah yang akan menghantarkanya.
Dan yakinlah, bahwa di setiap kerja keras kita hari ini, akan membuat kita tersenyum manis di suatu hari nanti,
vii
HALAMAN PERSEMBAHAN
Dengan penuh harap ridho Allah SWT, teriring perasaan syukur dan sabar yang mendalam serta penghargaan yang tinggi, setelah melewati berbagai ujian dalam perjuangan yang tak kenal lelah, Saya mempersembahkan tugas akhir ini kepada :
Bapak dan Ibu yang dengan segala kasih sayang, kesabaran,
keikhlasan dan pengorbanannya yang senantiasa membimbing
dan mendo’akanku.
Sahabatku (teman-teman angkatan 2011 teknik mesin yang
selalu kompak, dan saling menyemangati )
Almamater ( Universitas Muhammadiyah Surakarta )
Dosen Universitas Muhammadiyah Surakarta Teknik Mesin
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 keiklasan hati ingin menyampaikan terima kasih kepada :
1. Bapak Ir. 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 utama yang telah membimbing, mengarahkan, memberi petunjuk dalam penyusunan tugas akhir ini.
4. Bapak Marwan Effendy, ST. MT. Ph.D selaku Dosen Pembimbing pendamping yang telah meluangkan waktunya untuk memberikan bimbingan dan arahannya.
5. Bapak Ir. Agus Hariyanto, MT. selaku Pembimbing Akademik.
x
ABSTRAKSI
Untuk mengetahui koefisien lift dan koefisien drag dari sebuah airfoil yang dimodelkan dengan Wing NACA 0015 dapat dilakukan melalui pendekatan numerik, misalnya dengan CFX. Tujuan penelitian ini adalah untuk mensimulasikan dan memperoleh sudut defleksi flap dan sudut serang yang paling optimal dan untuk mendiskripsikan koefisien lift (CL)
dan koefisien drag (CD) diberbagai variasi kecepatan dan temperatur.
Penelitian ini menjelaskan tentang kinerja Wing NACA 0015 yang bekerja pada saat proses take off dan landing saja, sehingga kecepatan yang bekerja masih relatif rendah. Penelitian ini diawali dengan membuat model Wing NACA 0015 dengan menggunakan solidwork, setelah itu dilakukan meshing yang dilakukan software Ansys-CFD. Parameter yang dihasilkan antara lain koefisien lift, koefisien drag serta distribusi tekanan dan kecepatan yang terjadi.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada proses take off dan landing defleksi flap yang paling optimal pada posisi 20o dan sudut serang optimal pada posisi 8o. Pada Hubungan antara koefisien lift dan koefisien drag terhadap variasi kecepatan dan temperatur diperoleh koefisien lift tertinggi pada kecepatan 30 m/s sebesar 0,604 dan pada temperatur 15oC sebesar 0,577 sedangkan untuk koefisien drag tertinggi pada kecepatan 5 m/s sebesar 0,039 dan pada temperatur 40o C sebesar 0,0335. Hasil terendah pada kecepatan 5 m/s sebesar 0,547 dan temperatur 40o sebesar 0,569 untuk koefisien lift, sedangkan koefisien drag terendah pada kecepatan 30 m/s sebesar 0,032 dan temperatur 15o sebesar 0,331.
xi
ABSTRACT
The values of lift and drag coefficients of airfoil which is formed by Wing NACA0015 can be obtained through numerical approach, for example by using CFX. The objectives of this study are to simulate and to get the optimum angle of deflection flap and angle of attack and to describe the lift coefficient (CL) and the drag coefficient (CL) in various
speed and temperature.
This study is to explain the work of wing NACA0015 that operates when take off and landing process only. At the time the speed is relative low. The fist step is to build a model of Wing NACA0015 using solidwork. After that the meshing process was carried out using Ansys CFD software. Those processes resulted parameter, that are : lift coefficient, drag coefficient, distribution of speed and the pressure that accur.
The result of this study shows that in the take off and landing process the optimum deflection flap is on 20o and the optimum angle of attack is on 8o. The study also found the highest lift coefficient that is 0,604 at 30 m/s speed and 0,577 at 15o C temperature, meanwhile for the highest drag coefficient that is 0,039 at 5 m/s speed and 0,0335 at 40o C temperature. The lowest lift coefficient that is 0,547 at 5 m/s speed and 0,569 at 40o C temperature, meanwhile for the lowest drag coefficient thats is 0,032 at 30 m/s speed and 0,331 at 15o C temperature.
xii
DAFTAR ISI
Halaman Judul ... i
Pernyataan Keaslian Skripsi ... ii
Halaman Persetujuan ... iii
Halaman Pengesahan ... iv
Lebar Soal Tugas Akhir ... v
xiii
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Penelitian ... 24
3.2 Langkah-langkah Simulasi ... 25
3.2.1 Pembuatan Geometri dan Proses Meshing ... 26
3.2.2 Pre Processor ... 30
3.2.3 Solver Manager ... 33
3.2.4 Post Processor ... 34
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Validasi Data ... 35
4.2 Studi Optimasi Sudut Defleksi Flap dan Sudut Serang 4.2.1 Optimasi Sudut Defleksi Flap ... 37
4.2.2 Optimasi Sudut Serang ... 39
4.3 Studi Hubungan Koefisien Lift dan Koefisien Drag terhadap Perubahan Kecepatan ... 40
4.3.1 Hubungan Koefisien Lift terhadap Kecepatan ... 41
4.3.2 Hubungan Koefisien Drag terhadap Kecepatan ... 42
4.4 Studi Hubungan Koefisien Lift dan Koefisien Drag terhadap Perubahan Temperatur ... 42
4.4.1 Hubungan Koefisien Lift terhadap Temperatur ... 43
4.4.2 Hubungan Koefisien Drag terhadap Temperatur ... 44
4.5 Studi Hubungan Koefisien Lift dan Koefisien Drag terhadap Perubahan Densitas ... 45
4.5.1 Hubungan Koefisien Lift terhadap Densitas ... 46
4.5.2 Hubungan Koefisien Drag terhadap Densitas ... 47
4.6 Studi Visualisasi Tekanan dan Kecepatan Airfoil NACA 0015 dengan Split Flap 4.6.1 Visualisasi Tekanan ... 48
4.6.2 Visualisasi Kecepatan ... 49
xiv
Gambar 2.5. Separasi Aliran yang terjadi pada Silinder ... 18
Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian ... 24
Gambar 3.2. Pembuatan profil airfoil pada Solidwork ... 26
Gambar 3.3. Penampang airfoil pada Solidwork ... 26
Gambar 3.4. Hasil Import pada producing geometri ... 27
Gambar 3.10. Setting Solver Control ... 33
Gambar 3.11. Proses Solver Manager ... 34
Gambar 3.12. Contoh Fungction Calculator Lift Force hasil simulasi software CFX-Post ... 34
Gambar 4.1. Hubungan antara koefisien lift terhadap sudut serang pada NACA0015 ... 36
Gambar 4.2. Optimasi Sudut Defleksi Flap ... 38
Gambar 4.3. Optimasi Sudut serang ... 39
Gambar 4.4. Hubungan Koefisien Lift terhadap Kecepatan ... 41
Gambar 4.5. Hubungan Koefisien Drag terhadap Kecepatan ... 42
Gambar 4.6. Hubungan Koefisien Lift terhadap Temperatur ... 43
Gambar 4.7. Hubungan Koefisien Drag terhadap Temperatur ... 44
Gambar 4.8. Hubungan Koefisien Lift terhadap Densitas ... 46
Gambar 4.9. Hubungan Koefisien Drag terhadap Densitas ... 47
Gambar 4.10. Visualisasi Tekanan ... 48
Gambar 4.11. Visualisasi Kecepatan ... 49
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1. Tingkat Kelembutan Meshing . ... 28
Tabel 3.2. Pengaturan Inflaction pada proses Mesh ... 29
Tabel 3.3. Kondisi Batas Simulasi ... 32
Tabel 4.1. Karakteristik kelembutan mesh ... 35
