SIMULASI NUMERIK PENGARUH MULTI-ELEMENT AIRFOIL TERHADAP LIFT DAN DRAG FORCE PADA SPOILER BELAKANG MOBIL FORMULA SAE DENGAN VARIASI ANGLE OF ATTACK

Transkripsi

1 SIMULASI NUMERIK PENGARUH MULTI-ELEMENT AIRFOIL TERHADAP LIFT DAN DRAG FORCE PADA SPOILER BELAKANG MOBIL FORMULA SAE DENGAN VARIASI ANGLE OF ATTACK ARIF AULIA RAHHMAN DOSEN PEMBIMBING NUR IKHWAN, S.T., M. Eng. JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER SURABAYA 2013

2 LATAR BELAKANG PENELITIAN TERDAHULU PERUMUSAN MASALAH TUJUAN PENELITIAN BATASAN MASALAH METODOLOGI PENELITIAN FLOWCHART PENELITIAN ANALISA DAN DATA KESIMPULAN DAN SARAN

3 LATAR BELAKANG ETH Zurich (FSAE-UK) UniStuttgart Krisis energi (FSAE Germany) Monash University (FSAE Australasia) Sophia University (FSAE Japan) Oregon State Univ. (FSAE Michigan)

4 Krisis energi LATAR BELAKANG

5 Sapuangin Speed

6 PENELITIAN TERDAHULU Penelitian terdahulu : 2D-Flow Karakteristik aliran melewati bodi tunggal dan centerline pada vehicle Penelitian terdahulu : 3D-Flow Efek aerodinamika dan detail karakteristik aliran melewati bodi kendaraan Penelitian tentang karakteristik aliran 3D yang melintasi sidebody pada vehicle

7 PENELITIAN TERDAHULU Wordley and Saunders (2006) Dengan Penambahan wing, diprediksi kecepatan pada saat menikung bertambah 10-15% jika dibandingkan dengan mobil tanpa wing

8 PENELITIAN TERDAHULU Wordley and Saunders (2006) Grafik hasil 2D CFD rear wing menunjukkan pada angle of attack 31 0, Coefficient of lift mencapai titik maksimum

9 PENELITIAN TERDAHULU Jang et al[1996] Gurney flap berguna untuk mencegah separasi aliran pada trailing edge di upper surface (sayap pesawat) atau di lower surface (sayap mobil balap)

10 PERUMUSAN MASALAH Leading Edge

11 PERUMUSAN MASALAH Bagaimana fenomena aliran melewati spoiler dengan multi-element airfoil? Bagaimana hubungan antara angle of attack dengan gaya drag dan lift? Bagaimana efek aerodinamika yang ditimbulkan spoiler terhadap kendaraan?

12 TUJUAN PENELITIAN Mengetahui karakteristik aliran 2D dan 3D beserta efek gaya aerodinamika yang ditimbulkan pada saat melewati bodi kendaraan Sapuangin Speed dan bodi modifikasi kendaraan Sapuangin Speed yang telah ditambahkan wing. CFD Post processing kuantitatif Cp Cd Cl Post processing kualitatif Pathline Contour Vector

13 BATASAN MASALAH 1. Menggunakan model turbulen k-ε realizable, boundary condition untuk inlet adalah velocity inlet dan untuk outlet adalah outflow, serta kecepatan aliran udara sebesar 11,11 m/s. 2. Energy equation diabaikan. 3. Ground Clearance sebesar 30 mm dari permukaan jalan

14 BATASAN MASALAH Benda uji yang digunakan adalah bodi standar dengan dimensi utama : Parameter Dimensi Chord (c) 2.5 in Main Element Chord 400 mm (Cm) Flap Element Chord 180 mm (Cf) Span (s) 1300 mm Gurney Flap (f) 3% mm gap airfoil to chord (g) 0,02 Aspect Ratio (AR) 1,85 Tinggi spoiler (h) 17 in Panjang spoiler (L) 25 in

15 METODOLOGI PENELITIAN Domain Pemodelan Bodi kendaraan (2D-flow) Inlet Velocity Inlet Spoiler Wall Wall Outlet Pressure Outlet 2L Wall 2L L 4L Domain Pemodelan Bodi kendaraan (3D-flow) Outlet Pressure Outlet Wall Spoiler Wall x Wall y Inlet Velocity Inlet 2L 4L z Wall L 2L 2L

16 METODOLOGI PENELITIAN

17 METODOLOGI PENELITIAN

18 METODOLOGI PENELITIAN Meshing Models Materials Operating Condition Residuals Initialize Solution Boundary Condition Iterasi Post Processing

19 ANALISA DAN PEMBAHASAN Analisa Pengaruh Angle of Attack pada Medan Aliran 2D Analisa Pengaruh Angle of Attack (α) pada Gaya Aerodinamika (2D) Analisa Aliran 3 Dimensi

20 Analisa Pengaruh Angle of Attack pada Medan Aliran 2D Medan Aliran 2 Dimensi pada α= upper surface lower surface

21 Analisa Pengaruh Angle of Attack pada Medan Aliran 2D Medan Aliran 2 Dimensi pada α=10 0

22 Analisa Pengaruh Angle of Attack pada Medan Aliran 2D Medan Aliran 2 Dimensi pada α=10 0

23 Analisa Pengaruh Angle of Attack pada Medan Aliran 2D Medan Aliran 2 Dimensi pada α= Upper surface lower surface

24 Analisa Pengaruh Angle of Attack pada Medan Aliran 2D Medan Aliran 2 Dimensi pada α=15 0

25 Analisa Pengaruh Angle of Attack pada Medan Aliran 2D Medan Aliran 2 Dimensi pada α=15 0

26 Analisa Pengaruh Angle of Attack pada Medan Aliran 2D Medan Aliran 2 Dimensi pada α= upper surface lower surface

27 Analisa Pengaruh Angle of Attack pada Medan Aliran 2D Medan Aliran 2 Dimensi pada α=20 0

28 Analisa Pengaruh Angle of Attack pada Medan Aliran 2D Medan Aliran 2 Dimensi pada α=20 0

29 Analisa Pengaruh Angle of Attack pada Medan Aliran 2D Medan Aliran 2 Dimensi pada α= lower surface upper surface

30 Analisa Pengaruh Angle of Attack pada Medan Aliran 2D Medan Aliran 2 Dimensi pada α=25 0

31 Analisa Pengaruh Angle of Attack pada Medan Aliran 2D Medan Aliran 2 Dimensi pada α=25 0

32 Analisa Pengaruh Angle of Attack pada Medan Aliran 2D -4 Medan Aliran 2 Dimensi pada α= upper surface lower surface

33 Analisa Pengaruh Angle of Attack pada Medan Aliran 2D Medan Aliran 2 Dimensi pada α=30 0

34 Analisa Pengaruh Angle of Attack pada Medan Aliran 2D Medan Aliran 2 Dimensi pada α=30 0

35 Analisa Pengaruh Angle of Attack pada Medan Aliran 2D Perbandingan Aliran 2 Dimensi Angle of Attack 10 0, 15 0, 20 0, 25 0, dan 30 0 upper surface 30 deg upper surface 20 deg upper surface 25 deg upper surface 15 deg upper surface 10 deg

36 Analisa Pengaruh Angle of Attack pada Medan Aliran 2D -6-4 Perbandingan Aliran 2 Dimensi Angle of Attack 10 0, 15 0, 20 0, 25 0, dan 30 0 lower surface 30 deg lower surface 20 deg lower surface 25 deg lower surface 15 deg lower surface 10 deg

37 Analisa Pengaruh Angle of Attack pada Medan Aliran 2D Perbandingan Aliran 2 Dimensi Angle of Attack 10 0, 15 0, 20 0, 25 0, dan 30 0 Parameter Segmen x/l pada α=10 0 x/l pada α=15 0 x/l pada α=20 0 x/l pada α=25 0 x/l pada α=30 0 Lokasi minimum pressure Lowerside Lokasi titik stagnasi Lokasi titik separasi Upperside Lowerside

38 Analisa Pengaruh Angle of Attack (α) pada Gaya Aerodinamika (2D) Cl vs α Cl

39 Analisa Pengaruh Angle of Attack (α) pada Gaya Aerodinamika (2D) Cd vs α Cd

40 Analisa Aliran 3 Dimensi upper midspan 3D upper 2D

41 Analisa Aliran 3 Dimensi lower midspan 3D

42 Analisa Aliran 3 Dimensi upper 25% upper midspan upper 50% upper 75%

43 Analisa Aliran 3 Dimensi lower midspan lower 25% lower 50% lower 75%

44 Analisa Aliran 3 Dimensi

45 Analisa Aliran 3 Dimensi

46 Analisa Aliran 3 Dimensi 2D 3D Cl -3,8849 3,488 Cd 0,213 0,755

47 Analisa Aliran 3 Dimensi

48 Perhitungan Gaya-gaya Aerodinamika ΣM RW = 0 -R f (a) + F LF (b) + W SF (b) + W(c) F DF (d) F DR (e) + F LR (f) + W SR (f) = 0 Gaya lift spoiler depan minimal saat mobil akan terangkat (Rf = 0) (F LF + W SF ) = -1585,286N (gaya angkat ke atas) Gaya lift spoiler depan minimal untuk traksi ban depan sama dengan tahun sebelumnya (Rf = 0,4W) (F LF + W SF ) = 94,166 N

49 Perhitungan Gaya-gaya Aerodinamika Perhitungan Gaya Drag pada angle of attack 15 0 C D = F D = (C D ). ½. ρ. V 2.. A = 31.3 N Perhitungan Gaya Lift C L = F L = (C L ). ½. ρ. V 2.. A = 164,438 N

50 KESIMPULAN 1. Variasi angle of attack sangat mempengaruhi karakteristik aliran dan distribusi Cp. Semakin besar angle of attack maka aliran pada lower side akan semakin cepat terseparasi 2. Variasi angleof attack sangat memberikan pengaruh terhadap drag dan lift. Semakin besar angle of attack nilai Cd semakin meningkat. 3. Efek sidebody sangat memberikan pengaruh terhadap karakteristik aliran di sekitar midspan. Hal ini terjadi karena adanya perbedaan tekanan pada bagian atas airfoil dengan bagian bawah airfoil sehingga menyebabkan terjadinya efek wing tip vortex. 4. Perbedaan nilai coefficient of pressure pada analisa 2D flow dan 3D flow disebabkan adanya efek sidebody sehingga menyebabkan adanya perbedaan posisi kecepatan maksimum dan letak titik stagnasi 5. Drag force yang ditimbulkan pada simulasi 3D flow lebih besar dibandingkan dengan drag force pada simulasi 2D flow 6. Lift force yang ditimbulkan pada simulasi 3D flow lebih kecil dibandingkan dengan lift force pada simulasi 2D flow

51 TERIMA KASIH MOHON SARAN DAN KRITIK