ANALISIS AIRFOIL WING GROUND EFFECT YANG TERBANG CRUISING DAN DIPENGARUHI OLEH PERMUKAAN DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE FLUENT

Transkripsi

1 ANALISIS AIRFOIL WING GROUND EFFECT YANG TERBANG CRUISING DAN DIPENGARUHI OLEH PERMUKAAN DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE FLUENT Skripsi Diajukan Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Strata 1 Disusun oleh : AGUS SUSANTO JURUSAN TEKNIK PENERBANGAN SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI ADISUTJIPTO YOGYAKARTA 2010 i

2 LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING Skripsi dengan judul: ANALISIS AIRFOIL WING GROUND EFFECT YANG TERBANG CRUISING DAN DIPENGARUHI OLEH PERMUKAAN DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE FLUENT Yang dipersiapkan oleh : Nama : Agus Susanto Nomor Mahasiswa : Jurusan : Teknik Penerbangan Telah Memenuhi Persyaratan dan siap untuk diujikan Disetujui pada Tanggal Mei 2010 Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II M Ardi Cahyono, ST., MT. Sri Mulyani, ST. ii

3 LEMBAR PENGESAHAN ANALISIS AIRFOIL WING GROUND EFFECT YANG TERBANG CRUISING DAN DIPENGARUHI OLEH PERMUKAAN DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE FLUENT Yang dipersiapkan dan disusun oleh : AGUS SUSANTO NIM : Telah dipertahankan di depan Tim Penguji Skripsi pada tanggal 24 Mei 2010 dan dinyatakan telah memenuhi syarat guna memperoleh Gelar Sarjana Teknik Susunan Tim Penguji Nama lengkap Tanda tangan Ketua Penguji : M. Ardi Cahyono, ST., MT... Penguji I : Sri Mulyani, ST... Penguji II : Ir. Djarot Wahyu Santoso, MT... Penguji III : Ir. Heru Yudanarsa.. Yogyakarta, Juni 2010 Jurusan Teknik Penerbangan Sekolah Tinggi TeknologiAdisutjipto Ketua Jurusan Ir. Djarot Wahyu Santoso, MT. iii

4 PERNYATAAN Yang bertanda tangan di bawah ini saya : Nama : Agus Susanto Nomor Mahasiswa : Jurusan : Teknik Penerbangan Judul Skrips : Analisis Airfoil Wing Ground Effect Yang Terbang Cruising dan Dipengaruhi Oleh Permukaan Dengan Menggunakan Software Fluent Menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil pekerjaan saya sendiri dan sepanjang pengetahuan saya tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau telah dipergunakan dan diterima sebagai persyaratan penyelesaian studi pada universitas atau instansi lain, kecuali pada bagian-bagian tertentu yang telah dinyatakan dalam teks. Yogyakarta, Mei 2010 Yang Menyatakan AGUS SUSANTO iv

5 PERSEMBAHAN Tugas akhir ini saya persembahkan kepada : ALLOH SWT Bu e dan Pa e Keluarga mbak Ning di HK Mbak Dwi dan Mbak Uut Susanti Budi Pratiwi Teman-teman sejawat TP 2005 Keluarga 91 di Maguwo Pak Ardi dan Bu Sri Serta seluruh umat manusia yang mau membaca buku ini MOTTO Orang yang beruntung adalah orang yang selalu bersyukur. Jangan menganggap kewajipan itu sebagai beban, tapi anggaplah kewajipan itu sebagai tanggung jawab. Tetap berusaha, belajar dan bekerjalah dengan kejujuran, karna kejujuran akan hadirkan kebahagiaan. v

6 KATA PENGANTAR Dengan mengucapkan puji dan syukur kepada dzat yang maha agung Allah SWT yang telah memberikan rahmat serta nikmat-nya kepada penulis, sehingga bisa terselesaikannya tugas akhir yang berjudul Analisis Airfoil Wing Ground Effect Yang Terbang Cruising dan Dipengaruhi Oleh Permukaan Dengan Menggunakan Software Fluent. Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik (ST) Jurusan Teknik Penerbangan Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto Yogyakarta. Tugas akhir ini bisa terselaikan berkat dukungan dari berbagai fihak baik secara langsung maupun tak langsung, baik secara moril maupun materiel. Untuk itu penulis ingin menyampaikan terimakasih kepada fihak-fihak yang mendukung dan memotivasi demi kelancaran penelitian dan penulisan tugas akhir ini. Dengan kerendahan hati dan dengan tulus penulis mengucapkan terimakasih kepada : 1. Allah SWT yang memberikan limpahan nikmat dan kesempatan, serta dikabulkannya do a-do a dalam tiap sujudku. 2. Bu e yang selalu merelakan lelapnya untuk bersujud dan berdo a, merelakan lambungnya perih dan tenggorokannya kering, serta pa e yang selalu merestui tiap langkahku. 3. Bapak Ir. Djarot Wahyu Santoso, M.T, selaku penguji dan Ketua Jurusan TeknikPenerbangan STTA Yogyakarta. 4. Bapak Moh. Ardi Cahyono, S.T, M.T, selaku Dosen Pembimbing Utama. Matursuwon sanget nggeh Pak atas bimbingan, motifasi dan ketawaketawa barengnya. 5. Ibu Sri Mulyani, S.T, sebagai dosen pembimbing dua yang telah banyak memberikan koreksi, masukan, dan waktunya bagi penulis. 6. Bapak Heru sebagai dosen penguji, trimakasih atas nasehat-nasehatnya. 7. Keluarga Mbak Ning yang selalu direpotin dengan keluh kesah penulis. 8. Mbak Dwi dan Mbak Uut yang menjaga pa e bu e di rumah. 9. Susanti Budi Pratiwi yang membantu do a dan pengertiannya, trimakasih pinjaman leptopnya. vi

7 10. Teman-teman yang mungkin sudah bosan mendengar keluh kesah dan juga menjawab pertanyaan-pertanyaan penulis, makasih juga dah boleh ngeprint gratis. 11. Keluarga di 91 yang membuat suasana tetap kondusif. 12. Dan semua fihak-fihak lain yang mungkin penulis lupa cantumkan, trimakasih buat kalian semua. Penulis mengharapkan mendapatkan kritik dan saran yang bisa membuat tugas akhir ini bisa lebih baik lagi, karena penulis yakin dengan keterbatasan penulis tugas akhir ini masih jauh dari kata sempurna. Untuk itu penulis berharap mendapatkan saran dari pembaca supaya harapan penulis bisa tercapai, yaitu supaya tugas akhir ini bukan hanya sebagai tumpukan kertas berdebu yang terjepit di rak perpustakaan saja, tetapi bisa digunakan sebagai wacana yang lebih berguna. Yogyakarta, Mei 2010 Penulis vii

8 ANALISIS AIRFOIL WING GROUND EFFECT YANG TERBANG CRUISING DAN DIPENGARUHI OLEH PERMUKAAN DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE FLUENT AGUS SUSANTO ABSTRAK Penulisan ini bertujuan untuk mengetahui dan membuktikan bahwa ground effect itu ada dan ground effect itu berpengaruh positif terhadap kinerja dari sayap, di sini penulis menggunakan sayap 2 dimensi yaitu airfoil NACA Pengaruh tersebut dapat dibuktikan dengan melakukan penelitian pada beberapa variasi ketinggian, karena pengaruh ground tersebut berkaitan dengan jarak antara ground itu sendiri dengan airfoil. Pada penelitian ini penulis melakukan pengujian pada beberapa ketinggian (jarak airfoil dengan ground), yaitu pada 0,25 h/c, 0,5 h/c, 0,75 h/c, 1 h/c, 2 h/c, dan juga pada beberapa variasi sudut serang yaitu pada sudut -6, -4, -2, 0, 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14. Penelitian dilakukan dengan mensimulasikan pada software Fluent. Sebelum pensimulasian dilakukan, terlebih dahulu membuat dan mengkondisikan suatu bidang pada program Gambit. Setelah geometri pengkondisian model uji terbentuk pada Gambit kemudian di eksport ke dalam software Fluent. Pada software Fluent, diberikan input-input antara lain nilai kecepatan, tekanan, suhu dll. Dari input parameter-parameter tersebut akan didapatkan hasil berupa nilai C l dan C d, selain itu bisa juga dilihat kontur tekanan dan kecepatannya. Dari penelitian tersebut bisa diambil kesimpulan bahwa, semakin dekat jarak suatu airfoil dengan ground maka akan mempunyai nilai C l semakin besar. Hal tersebut terjadi pada variasi sudut serang positiv, dan akan berbanding viii

9 terbalik apabila dilakukan pada variasi sudut serang negative. Untuk nilai C d - nya akan semakin kecil pada ketinggian semakin dekat dengan ground, tetapi hal tersebut hanya terjadi pada variasi sudut serang yang sama. Perubahan nilai C d tidak linier dikarenakan model uji hanya berupa sayap 2 dimensi. Sayap 2 dimensi hanya mendapatkan pengaruh dari parasite drag saja tanpa adanya pengaruh dari induced drag, hal inilah yang membuat grafik C d vs AOA-nya tidak linier. Kata kunci : Ground effect, airfoil, coefficient lift, coefficient drag, Gambit, Fluent. ix

10 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... i LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING... ii LEMBAR PENGESAHAN... iii PERNYATAAN... iv PERSEMBAHAN DAN MOTTO... v KATA PENGANTAR... vi ABSTRAK... viii DAFTAR ISI... x DAFTAR GAMBAR... xii DAFTAR TABEL... xiv DAFTAR GRAFIK... xv DAFTAR SIMBOL... xvi BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penulisan Batasan Masalah Manfaat Penulisan Metode Penulisan BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengertian Airfoil Macam-macam Bentuk Airfoil NACA Teori Dasar Wing Koefisien Lift dan Drag Pada Airfoil x

11 2.5.1 Koefisien lift Koefisien drag Aspect Ratio Angle of Attack (AOA Pengenalan CFD Fluent BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tinjauan Umum Penelitian Metode Pengumpulan Data Model Uji Software Yang Digunakan Proses Analisa BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum Tahapan Pengerjaan Pemodelan airfoil NACA Pemodelan geometri pada Gambit Simulasi pada Fluent Data Hasil Perhitungan Pada Software Fluent BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xi

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Gaya-gaya yang bekerja pada pesawat terbang... 3 Gambar 1.2 Sayap dalam pengaruh Span Dominated Surface Effect... 6 Gambar 1.3 Aliran udara ketika ada pengaruh ground effect 7 Gambar 2.1 Airfoil. 11 Gambar 2.2 Airfoil flat bottom Gambar 2.3 Airfoil semi-simetris Gambar 2.4 Airfoil simetris Gambar 2.5 NACA seri empat angka 13 Gambar 2.6 NACA seri lima angka Gambar 2.7 NACA seri enem angka. 15 Gambar 2.8 Downwash pada sayap 16 Gambar 2.9 Variasi koefisient gaya angkat ( ) terhadap sudut serang ( ).. 17 Gambar 2.10 Induced drag Gambar 2.13 Bentuk sayap Gambar 2.14 Bentuk sayap Gambar 2.15 Angle of attack (α) dari suatu airfoil Gambar 2.16 Variasi koefisien lift ( ) terhadap sudut serang (α).. 25 Gambar 2.17 Wake karena sudut serang tinggi. 25 Gambar 2.18 Distribusi tekanan dengan berbagai sudut serang 26 Gambar 3.1 Model airfoil NACA 2312 pada Gambit 30 Gambar 3.2 Model meshing dengan α = 0 dan 0.5 h/c terhadap ground.. 30 Gambar 3.3 Diagram alur proses analisa Gambar 4.1 Tampilan airfoil NACA 2312 pada designfoil Gambar 4.2 Panel Gambit startup. 33 Gambar 4.3 Tampilan awal Gambit.. 34 Gambar 4.4 Hasil airfoil dalam Gambit 35 Gambar 4.5 Upper dan lower surface 35 Gambar 4.6 Airfoil menjadi bidang Gambar 4.7 Airfoil dengan sudut serang xii

13 Gambar 4.8 Batas dan ketinggian.. 39 Gambar 4.9 Menghubungkan koordinat batas Gambar 4.10 Kondisi airfoil pada h/c 0,5 dengan α Gambar 4.11 Hasil meshing edge.. 42 Gambar 4.12 Hasil meshing face Gambar 4.13 Tampilan pembagian zones.. 44 Gambar 4.14 Panel export mesh ke Fluent 44 Gambar 4.15 Pemilihan versi Fluent. 45 Gambar 4.16 Check Grid OK 46 Gambar 4.17 Pemilihan solver Gambar 4.18 Mengaktifkan persamaan energi. 47 Gambar 4.19 Mengaktifkan model spalart-allmaras Gambar 4.20 Mendefinisikan material.. 49 Gambar 4.21 Mengaktifkan operating conditions. 49 Gambar 4.22 Mendefinisikan kondisi batas.. 50 Gambar 4.23 Mendefinisikan parameter solutions Gambar 4.24 Menginisiasi perhitungan 51 Gambar 4.25 Pengaturan coefficient drag Gambar 4.26 Pengaturan coefficient lift 52 Gambar 4.27 Memasukkan nilai reference Gambar 4.28 Menentukan jumlah iterasi.. 54 Gambar 4.31 Melihat dalam bentuk counter. 55 Gambar 4.32 Contoh kontur tekanan pada h/c = 0,75 dengan α = Gambar 4.33 Contoh kontur kecepatan pada h/c = 0,75 dengan α = Gambar 5.1 Perbandingan tekanan pada 0,25 h/c dan 2 h/c dengan α= 0 66 Gambar 5.2 Perbandingan kecepatan pada 0,25 h/c dan 2 h/c dengan α= xiii

14 DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Koordinat untuk batas dan ketinggian Tabel 4.2 Pembagian bidang.. 40 Tabel 4.3 Parameter untuk mesh garis.. 41 Tabel 4.4 Pengaturan untuk mesh face Tabel 4.5 Pembagian zones Tabel 4.6 Hasil simulasi airfoil NACA 2312 pada ketinggian 0,25 h/c. 57 Tabel 4.7 Hasil simulasi airfoil NACA 2312 pada ketinggian 0,5 h/c Tabel 4.8 Hasil simulasi airfoil NACA 2312 pada ketinggian 0,75 h/c. 58 Tabel 4.9 Hasil simulasi airfoil NACA 2312 pada ketinggian 1 h/c.. 58 Tabel 4.10 Hasil simulasi airfoil NACA 2312 pada ketinggian 2 h/c 59 xiv

15 DAFTAR SIMBOL α L D D i D p C l C d C Di C Dp c b q S v ρ g w m P T AR Sudut serang (angle of attack) Lift Drag Induced drag Parasit drag Coefficient lift Coefficient drag Coefficient induced drag Coefficient parasit drag chord span Tekanan dinamik Luas permukaan sayap Kecepatan Kerapatan udara (rho) Percepatan gravitasi Weight Massa benda Tekanan Temperatur Aspect rasio xv