26 BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian
Tempat untuk melakukan proses penelitian tugas akhir ini berlokasi di Desa Bukit Raya Kecamatan Samboja dan Grand City Kecamatan Balikpapan Utara yang dilaksanakan pada periode bulan Mei - Juni tahun 2020.
3.2 Prosedur Penelitian 3.2.1 Diagram Alir Penelitian
Dalam penelitian “Rancang Bangun Dan Analisa Sistem Kendali PID Pada Rudal Jelajah EDF Forward Swept Wing” digunakan diagram alir penelitian seperti ditunjukkan pada flow chart Gambar 3.2.
Mulai
Studi literatur tentang rudal
jelajah
Perancangan rudal dengan Software CAD
A
Perancangan rudal jelajah
B
27 Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian.
Adapun penjelasan dari diagram alir pada penelitian Tugas Akhir ini yaitu:
3.2.2 Studi Literatur
Untuk memperdalam pemahaman mengenai topik penelitian, dilakukan studi literatur yang berkaitan dengan perancangan rudal dan perancangan sistem kontrol PID untuk analisa kestabilan gerak terbang. Studi literatur diperoleh dari buku, jurnal, dan penelitian terdahulu yang berkaitan dengan roket kendali dan sistem kendali PID pada wahana terbang.
Selesa i Tidak
Ya
B
Ya
Tidak
B
Perancangan sistem mikro kontrol
Perancangan sistem kontrol PID rudal
Dapat diuji dengan keberhasilan
terbang?
Implementasi sistem kontrol PID
Analisis sistem kontrol PID
Pengujian kecepatan dengan variasi sudut elevasi
Analisis pengujian kecepatan rudal dan respons kestabilan gerak
Hasil dan pembahasan
Kesimpulan A
Respons gerak sesuai target ?
Permodelan Dinamika terbang rudal
B
28 3.2.3 Perhitungan Elemen Perancangan
Tahap perhitungan dalam tugas akhir ini dilakukan untuk memperoleh perancangan dan sistem kendali yang tepat pada rudal jelajah. Perancangan bertujuan pada proses perancangan ini dilakukan untuk mendapatkan titik keseimbangan pada wahana agar mampu memberikan keseimbangan terbang pada target sasaran horizontal. Hasil yang didapatkan dari perhitungan berupa pusat masa dan pusat gravitasi pada wahana menggunakan software CAD dan XFLR5, sedangkan untuk mendapatkan hasil efisiensi motor brushless dan gaya dorong yang dihasilkan propeller menggunakan software pendukung eCalc propeller yang dikembangkan oleh www.ecalc.ch.
3.2.4 Spesifikasi Perancangan Rudal Jelajah
Spesifikasi perancangan wahana rudal jelajah ini menggunakan software CAD untuk mendapatkan geometri rudal dan perkiraan momen inersia pada rancangan wahana dan analisis koefisien pada sayap menggunakan aplikasi XFLR5 dengan menentukan spesifikasi penggunaan jenis airfoil yang ditetapkan dan mengetahui bentuk gambaran rancangan sebagai acuan perancangan rudal jelajah dan sistem kendali pada rudal. Spesifikasi rudal yang telah dirancang ditunjukkan dalam Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Spesifikasi Rudal Kendali
Spesifikasi Ukuran dan jenis
Wingspan 600 mm
Wings area 0.181 m2
Panjang Fuselage 1000 mm
Propeller (6x4) 2 bilah
Airfoil NACA 0009
Mikro kontrol Arduino Uno Rev 3
3.2.5 Perancangan Rudal Jelajah
Dalam perancangan rudal dibutuhkan desain 3D sebagai proses awal dalam pembuatan. Perancangan desain menggunakan software CAD yang dicetak ke dalam 2D sebagai pola untuk proses pembuatan fuselage, sayap, dan elevons rudal.
Material rudal berbahan dasar polyfoam board dengan ketebalan 10 mm dan pada
29 bagian wings spar menggunakan penguat batang carbon. Alat dan bahan yang digunakan dalam pembuatan berupa pisau cutter untuk memotong pola sesuai bentuk desain dan lem tembak untuk menyatukan pola yang telah terbentuk juga lem epoxy sebagai penguat lapisan luar polyfoam agar tidak mudah patah. Bentuk vertical tail dan horizontal tail elevons ditambahkan penguat berbahan tripleks sebagai sambungan antara fuselage, ducted fan, dan tail elevons. Penggunaan material tripleks bertujuan untuk menopang badan fuselage agar tidak patah apabila mengalami hard landing. Tahap akhir dari pembuatan yaitu melapisi seluruh bagian rudal dengan lakban warna menyesuaikan dengan desain pada software CAD.
Desain model rudal yang dibuat pada software CAD ditampilkan pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Model 3D dan 2D Rudal Pada Software CAD
3.2.6 Perancangan Mikro Kontrol
Sistem kestabilan gerak rudal dibutuhkan sebuah perangkat keras untuk menggerakkan bagian rudal dan menyeimbangkan gerak rudal secara otomatis.
Mikro kontrol yang digunakan dalam perancangan flight controller pada rudal jelajah ini menggunakan Arduino Uno Rev-3 yang dirancang dengan menggunakan modul MPU-6050 untuk mendapatkan data accelerometer untuk mengukur percepatan gerak baik dinamik ataupun statik dan gyroscope untuk menentukan orientasi gerak berdasarkan momentum sudut phi, theta, dan psi. Modul ini digunakan untuk mendapatkan data nilai pergerakan pada sudut pitch, roll, dan yaw.
Nilai PID yang didapatkan dari hasil analisa kestabilan gerak rudal menggunakan MATLAB Simulink, dimasukkan ke dalam program Arduino IDE. Data pergerakan
30 rudal dikirim menggunakan sensor telemetri NRF24L01 yang terintegrasi pada sistem Graphic User Interface (GUI). Rangkaian Arduino dan sensor lainnya ditampilkan dalam Gambar 3.3
Gambar 3.3 Rangkaian Program Sensor Arduino.
3.2.7 Perancangan Sistem Kontrol PID
Agar mampu mencapai target terbang dengan baik, maka perlu dilakukan perancangan sistem kontrol pengendali gerak kestabilan terbang. Sistem kontrol berfungsi sebagai pengoreksi kesalahan yang diakibatkan oleh gangguan luar agar mencapai target sasaran dengan baik pada kecepatan tinggi. Untuk memperjelas perancangan sistem kontrol PID pada penelitian ini dilakukan tahapan sebagai berikut:
A. Memasukkan Data Sistem Kontrol PID
Untuk melakukan permodelan sistem kontrol PID dibutuhkan data berupa massa, inersia, dan turunan kestabilan pada rudal. Nilai untuk turunan kestabilan didapatkan dari software XFLR5 dengan memasukkan data geometri dan komponen rudal dari hasil perancangan yang dilakukan pada software CAD berupa massa dan posisi komponen pada sumbu x, y, z sehingga didapatkan posisi Cg dan momen inersia.
31 B. Permodelan Dinamika Rudal
Dalam melakukan permodelan dinamika diperlukan hasil data analisa software XFLR5 yang dimasukkan ke dalam text file MATLAB function pada persamaan gerak translasi dan rotasi dengan guide sistem sebagai navigasi peluncuran gerak rudal. Persamaan gerak translasi dan rotasi telah dituliskan dalam sub bab 2.
3.2.8 Gambaran Sistem Komunikasi Rudal
Sistem komunikasi rudal jelajah yang diluncurkan pada penelitian ini dipantau melalui GUI dengan menggunakan sistem monitoring radio telemetri.
Komunikasi transmisi antara ground station dengan wahana menampilkan hasil pembacaan gerak accelerometer dan gyrometer berupa sinyal grafik dan tampilan aktual 3D pergerakan rudal pada serial monitor GUI. Rangkaian sistem komunikasi ditampilkan seperti pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4 Rangkaian Sistematik Komunikasi Rudal.
3.3 Variabel Penelitian
Dalam penelitian ini variabel yang mempengaruhi penelitian atau dijadikan sebagai acuan terhadap hasil akhir. Variabel merupakan suatu nilai yang bisa diubah untuk menentukan apakah perubahan satu hal mengakibatkan perubahan yang lain. Variabel yang digunakan dalam penelitian ini adalah variabel kontrol, variabel independent dan variabel dependent.
32 3.3.1 Variabel Kontrol
Variabel kontrol adalah variabel yang dikendalikan sehingga pengaruh variabel independent (variabel bebas) terhadap variabel dependent (variabel terikat) tidak dipengaruhi oleh faktor luar yang tidak diteliti. Variabel kontrol ditentukan untuk mempermudah dalam mengerjakan perancangan rudal jelajah. Variabel kontrol dalam penelitian ini terdapat pada Tabel 3.2.
Tabel 3.2 Variabel Kontrol
Variabel Variabel Nilai
Jarak sasaran 200 meters
Wingspan 600 mm
Bobot Total 0,866 kg
3.3.2 Variabel Independent
Variabel independent atau variabel bebas adalah sebuah variabel yang memengaruhi variabel dependent yang dilakukan agar dapat melihat perubahan terhadap variabel dependent. Variabel independent dalam penelitian dilampirkan dalam Tabel 3.3.
Tabel 3.3 Variabel Independent
Variabel Variabel Nilai
Sudut elevasi peluncuran 50o, 60o, dan 70o
Kecepatan angin pada waktu pengujian Jam 08.00-12.00; 14.00-18.00 WITA
3.3.3 Variabel Dependent
Variabel dependent atau variabel terikat merupakan variabel yang nilainya berubah dalam faktor tertentu. Perubahan nilai yang dialami variabel dependent akan sebanding dengan besaran nilai yang diberikan variabel independen. Pada umumnya penelitian jenis eksperimen mengupayakan satu jenis variabel independent yang berpengaruh terhadap variabel dependent. Variabel dependent dalam penelitian ini dituliskan dalam Tabel 3.4 sebagai berikut.
33 Tabel 3.4 Variabel Dependent
Variabel Variabel Nilai
Pengaruh PID terhadap kestabilan gerak rise time, settling time, dan overshoot
kecepatan rudal m/s
