PREDIKSI DAN ANALISIS KESTABILAN GERAK LONGITUDINAL KAPAL BERSAYAP WING-IN-SURFACE EFFECT

Transkripsi

1 PREDIKSI DAN ANAISIS KESTABIAN GERAK ONGITUDINA KAPA BERSAYAP WING-IN-SURFACE EFFECT Hari Muaad Departeen Teknik Penerbangan, Fakultas Teknologi Industri Institut Teknologi Bandung, Jl. Ganesa No. 1 Bandung-413 Eail: arad@ae.itb.ac.id Ringkasan Makala ini ebaas asala kestabilan waana kapal bersayap Wing in Surface Effect (WiSE). Paraeter aerodinaika kapal bersayap asil rancangan bersaa antara Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, PT Dirgantara Indonesia dan Institut Teknologi Bandung, diitung dengan enggunakan perangkat lunak Datco Digital buatan Angkatan Udara Aerika Serikat. Harga paraeter aerodinaika yang diperole keudian digunakan untuk eprediksi karakteristik kestabilan gerak longitudinal waana tersebut. Pengaru perukaan (surface effect) pada beberapa paraeter aerodinaika, yang selanjutnya akan epengarui kestabilan gerak longitudinal waana kapal bersayap WiSE akan didiskusikan pada akala ini. Abstract Tis paper discusses te stability of Wing-in-Surface-Effect (WiSE) craft. Te aerodynaic paraeters of new WiSE craft jointly designed by te Agency for te Assessent and Application of Tecnology, Indonesian Aerospace td. and Institute of Tecnology Bandung are estiated using software Digital Datco of te US Air Force. Te aerodynaic paraeters are used to predict te longitudinal stability caracteristics of te WiSE craft. Te surface effect on soe aerodynaic paraetes tat influence te longitudinal stability of te WiSE craft will be discussed in tis paper. Keywords: Wing in surface effect, aerodynaic paraeters, longitudinal stability. 1. PENDAHUUAN Suatu pesawat udara yang terbang dekat dengan perukaan tana atau air akan terkena pengaru yang dikenal sebagai ground effect. Apabila sayap pesawat udara cukup dekat dengan perukaan tana atau air, aka daera antara sayap dengan perukaan akan enjadi bantalan udara (air cusion). Bantalan udara ini dapat enjadi penyangga sayap pesawat udara seingga dengan energi yang saa pesawat udara bisa terbang lebi laa dan lebi jau. Suatu waana transpotasi seperti pesawat udara yang dirancang untuk selalu terbang dekat perukaan tana atau air agar eperole ground effect disebut sebagai waana Wing-in-Ground Effect, disingkat WiGE. Meskipun istila yang digunakan dikenal sebagai ground effect, pada uunya waana WiGE elakukan tinggal landas dan pendaratan di air dan elakukan terbang jelaja di atas perukaan air, seingga dikenal pula sebagai wingsips atau lebi uu dikenal sebagai Wing-in-Surface Effect, disingkat WiSE. Pada akala ini, istila waana transportasi seperti pesawat udara yang dirancang untuk selalu terbang di atas perukaan air disebut sebagai waana kapal bersayap WiSE. Masala utaa waana kapal bersayap WiSE adala kestabilan dan pengendalian waana tersebut. Dibanding dengan kestabilan pesawat udara yang selalu terbang cukup tinggi, aka kestabilan waana WiSE erupakan faktor yang sangat kritis, karena waana ini arus terbang kontinu pada tinggi terbang yang sangat renda (antara 5 15 c dari perukaan air) agar selalu eperole surface effect. Dengan tinggi terbang yang cukup renda tersebut, aka ketidakstabilan (gerak updown) waana WiSE ini sangat potensial untuk enyebabkan suatu kecelakaan yang dapat berakibat fatal. Makala ini ebaas kestabilan gerak longitudinal kapal bersayap. Akan dijadikan studi kasus dala pebaasan pada akala ini adala kestabilan kapal bersayap WIG1B-Wing1, yang erupakan kapal bersayap asil rancangan bersaa antara Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT), PT Dirgantara Indonesia (PT DI) dan Institut Teknologi Bandung (ITB). Pebaasan akala ini akan diulai dengan penjelasan secara ringkas tentang kapal bersayap WiSE, sejara pengebangan waana tersebut, dan fenoena aerodinaika yang terjadi pada waana kapal MESIN Vol. XIX No. 1

2 bersayap WiSE. Karakteristik aerodinaika waana kapal bersayap diitung dengan enggunakan perangkat lunak Datco Digital. Peritungan karakteristik aerodinaika yang dilakukan disini tela eperitungkan efek perukaan (tinggi terbang dari perukaan). Selanjutnya, analisis kestabilan gerak longitudinal kapal bersayap WIG1B-Wing1 akan dibaas secara rinci. Beberapa kesipulan tentang asil penelitian akan diberikan pada akir akala ini.. PENGEMBANGAN KAPA BERSAYAP WING- IN SURFACE EFFECT Kapal bersayap WiSE adala pesawat udara yang dala penerbangannya eanfaatkan efek perukaan (surface effect) untuk enciptakan seaca bantalan udara aerodinaika untuk dapat terbang secara efisien. International Maritie Organization (IMO) engklasifikasikan waana kapal bersayap WiSE enjadi tiga tipe, yaitu [14,15]: Tipe A yang anya terbang dala surface effect. Tipe B yang terbang dala surface effect naun sewaktu-waktu dapat terbang tinggi untuk engindari pengalang. Tinggi terbang aksiu pada saat keluar dari surface effect lebi renda dari iniu safe altitude 15. Tipe C yang eanfaatkan surface effect anya untuk tinggal landas dan pendaratan. Pesawat udara ini selalu terbang di atas iniu safe altitude 15, kecuali pada saat tinggal landas dan pendaratan. Pada akala ini, prediksi dan analisis kestabilan statik untuk gerak longitudinal kapal bersayap yang akan dibaas dibatasi untuk jenis kapal bersayap tipe A, kususnya pada saat kondisi dan konfigurasi terbang jelaja.. Sejara Pengebangan Kapal Bersayap Surface effect atau ground effect yang terjadi pada pesawat udara tela laa dirasakan keberadaannya, walaupun pada saat itu belu diengerti fenoena apa yang terjadi, seingga pesawat udara seperti terangkat kebali pada saat pesawat udara terbang dekat dengan perukaan, isalnya pada saat fase tinggal landas dan pendaratan. Fenoena surface effect ini baru dipelajari dan dijelaskan secara teoritis ole Wieselsberger pada taun 19 dengan engaplikasikan teori lifting line dari Prandtl [1,,14]. Pada taun 1935 Kaario dari Finlandia encoba eanfaatkan surface effect untuk ebuat kendaraan salju, naun terjadi asala dengan kestabilan waana tersebut. Keudian, pada taun 194 Troeng dari Swedia encoba ebuat waana surface effect yang terbang dari perairan, tetapi usaanya gagal, juga karena asala kestabilan. Waana surface effect baru berasil dibuat pada taun 6-an secara terpisa ole Uni Soviet, Aerika Serikat, dan Jepang dengan pendekatan yang berbeda-beda. 1 Uni Soviet, yang dapat dikatakan sebagai pelopor pengebangan kapal bersayap WiSE ini, tela berasil engebangkan berbagai jenis waana kapal bersayap. Pada awalnya, Uni Soviet encoba engebangkan kapal ydrofoil, naun kebutuan untuk pengebangan alat transportasi laut yang cepat ebuat penelitian berali ke jenis kapal bersayap WiSE, atau dikenal sebagai Ekranoplan. Ekranoplan pertaa, yaitu SM-P (Self-propelled Model), dibuat pada taun 196 dengan konfigurasi T-tail dan enggunakan teknologi Power Augentation of Ra (PAR), yaitu alat bantu take-off dengan enyeburkan udara ke bawa sayap. Pada taun 1966, Uni Soviet berasil enerbangkan KM (Kapal Prototipe), yang ole negara barat disebut Caspian Sea Monster, dengan bobot 55 ton. Pada saat ini Uni Soviet (Rusia) tela berasil engebangkan beberapa jenis Ekranoplan lain, diantaranya ORYONOK dengan bobot 15 ton dan UN dengan bobot 4 ton, yang digunakan sebagai peluncur peluru berpandu (guided issiles), serta beberapa jenis kapal bersayap yang lebi kecil ukurannya. Perkebangan terakir dari Rusia adala kapal bersayap WiSE untuk penupang koersial Apistar, yang juga enggunakan teknologi PAR. Selain Rusia, pada saat ini tela banyak negara lain yang engebangkan kapal bersayap WiSE, antara lain Jeran, Cina, Taiwan, dan Australia. Naun usaa tersebut sering engadapi asala karena data asil eksperiental pengebangan kapal bersayap asi sangat terbatas. Hal ini sangat berbeda dengan pengebangan pesawat udara konvensional yang berlanjut terus dengan eperatikan data-data eksperiental dari pengebangan pesawat udara sebelunya yang banyak tersedia. Pada pengebangan kapal bersayap WiSE, data-data asil eksperiental asi dianggap raasia, terutaa ole Rusia yang epunyai pengalaan terbanyak..3 Pengebangan Kapal Bersayap di Indonesia Negara Kesatuan Republik Indonesia yang berupa benua ariti terbesar di dunia, eerlukan waana transportasi antar pulau yang sangat cepat. Pengebangan waana transportasi udara diarapkan dapat engatasi keperluan ini. Naun deikian, pengebangan waana transportasi udara eerlukan biaya yang cukup aal. Sebaliknya, pengebangan waana transportasi laut eerlukan biaya yang relatif lebi kecil dibanding dengan waana transportasi udara. Akan tetapi waana transportasi laut tidak dapat eenui kriteria kecepatan yang tinggi. Dengan engkobinasikan beberapa kelebian dari kedua siste transportasi laut dan udara tersebut, aka dirancangla suatu waana kapal bersayap WiSE ini. Pada pertengaan taun, Indonesia ulai enyusun kegiatan penelitian dan pengebangan kapal bersayap WiSE elalui Progra Riset Unggulan Keitraan [3]. Kegiatan penelitian dan pengebangan ini elibatkan tiga institusi, yaitu Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPP-Teknologi), PT Dirgantara Indonesia (PT DI) dan Institut Teknologi Bandung MESIN Vol. XIX No. 1

3 (ITB). Kegiatan ini diulai secara resi pada taun anggaran 1, dan dibiayai ole kantor Keentrian Negara Riset dan Teknologi elalui kontrak Noor: 8.11/Dep.PPI/ KP/I/1. Target penelitian dan pengebangan ini adala diilikinya keapuan erancang kapal bersayap WiSE kapasitas untuk 1 penupang dengan kecepatan terbang jelaja kurang lebi 1 knots. Sapai dengan saat ini, beberapa konfigurasi awal tela diasilkan dari penelitian ini. Uji terowongan angin untuk engetaui karakteristik aerodinaika kapal bersayap WiSE sedang dilaksanakan di fasilitas uji terowongan angin ilik aboratoriu Aerodinaika, Gas dan Getaran (AGG), yang berada di Serpong..4 Peran ITB pada Pengebangan Kapal Bersayap Dala pengebangan kapal bersayap WiSE, piak ITB, dala al ini Departeen Teknik Penerbangan, elakukan suatu kajian awal tentang stabilitas dan pengendalian dari waana kapal bersayap WiSE yang konfigurasinya dirancang ole PT Dirgantara Indonesia [4,5,6,7]. Paraeter-paraeter aerodinaika dari waana kapal bersayap WiSE diprediski dengan enggunakan perangkat lunak Datco Digital dari USAF [8]. Paraeter-paraeter tersebut diprediksi pada beberapa konfigurasi dan kondisi terbang. Hasil prediksi paraeter-paraeter aerodinaika tersebut digunakan untuk enganalisis kestabilan dan eliat respons gerak waana kapal bersayap WiSE [5]. Dari asil analisis kestabilan waana WiSE, aka dilakukan perancangan siste kendali terbang otoatik waana tersebut, kususnya untuk kendali tinggi terbang, dan keudian dilakukan siulasi gerak dengan siste kendali terbang otoatik yang dirancang (closed loop syste) [6]. 3. FENOMENA AERODINAMIKA KAPA BERSAYAP Surface effect adala fenoena yang terjadi saat pesawat udara terbang dekat dengan perukaan. Fenoena tersebut enyebabkan bertabanya efisiensi aerodinaika jika pesawat udara terbang seakin dekat dengan perukaan [1,,14,16]. Efisiensi tersebut terliat dari rasio antara gaya angkat (ift,) dan gaya abat (Drag,D), atau rasio /D. Pada kondisi terbang datar stasioner, gaya angkat saa dengan gaya berat dan gaya abat saa dengan gaya dorong, seingga rasio /D akan sebanding dengan gaya dorong yang dibutukan untuk endorong pesawat udara dengan berat tertentu. Pada saat pesawat udara terbang dekat dengan perukaan, aka akan terjadi peningkatan gaya angkat dan penurunan gaya abat induksi, seingga secara keseluruan enaba rasio /D. Hal ini dapat terjadi karena dua fenoena, yaitu span doinated surface effect yang enyebabkan penurunan gaya abat induksi dan cord doinated surface effect yang enaba gaya angkat. 3.1 Span Doinated Surface Effect Fenoena ini berkaitan dengan terjadinya gaya abat induksi pada pesawat udara. Gaya abat dapat dibagi enjadi dua, yaitu gaya abat friksi, D f, yang disebabkan ole gesekan perukaan pesawat udara dengan udara dan gaya abat induksi, D i, yang terjadi karena adanya gaya angkat. D = D f + D i (1) Dala bentuk tidak berdiensi, gaya abat tersebut dapat ditulis sebagai berikut: 1 ρ V SC 1 D = ρ V S ( CD f CD i ) + () atau, jika ruas kiri dan kanan persaaan () dibagi dengan 1 ρv S akan diperole persaaan: C D CD f + CD i = (3) Hubungan antara koefisien gaya abat induksi dengan koefisien gaya angkat C dapat dinyatakan dengan odel ateatika, yang dikenal sebagai polar abat parabolik sebagai berikut [9,1]: C C D i = (4) π Ae diana A adala aspect ratio dan e adala bilangan Oswald. Dengan definisi aspect ratio A=b /S, diana b adala rentang sayap (span) dan S adala luas sayap, aka pesaaan (3-4) dapat ditulis enjadi: CD i S π e b = (5) Gaya angkat uncul karena adanya distribusi tekanan udara, diana tekanan udara di perukaan atas sayap lebi kecil daripada di perukaan bawa seingga ada resultan gaya ke atas. Perbedaan tekanan tersebut ebuat udara yang berada pada ujung sayap bergerak dari perukaan bawa ke atas dan engasilkan vorteks. Saat pesawat udara endekati perukaan, vorteks pada ujung sayap tidak eiliki cukup ruang untuk terbentuk secara sepurna, seingga vorteks enjadi lebi lea. Vorteks tersebut juga terdorong ke ara luar seingga effective aspect ratio A eff enjadi lebi besar dari geoetric aspect ratio karena rentang sayap efektif b eff enjadi lebi besar, seperti tapak pada Gabar (1). Gabar 1: Sayap dengan Span Doinated Surface Effect [14] Pada persaaan (5) di atas terliat bawa jika rentang sayap efektif enjadi lebi besar, aka koefisien gaya abat induksi dengan adanya surface effect akan MESIN Vol. XIX No. 1

4 enjadi lebi kecil, seperti terliat pada persaaan berikut: C S C C D i _ S = = (6) πe beff π Aeff e Dari persaaan (4) dan (6), besarnya pengurangan gaya abat induksi dapat diturunkan sebagai berikut: engangkut 1 penupang dan digerakkan dengan esin ROTAX 58 U-DCDI yang epunyai daya 65 HP, yang dipasang di atas badan pesawat bagian belaakng. CD i = CD i CD i _ S = (1 A ) (7) π e A Besarnya rasio A/A eff pada persaaan (7) diodelkan dengan persaaan ateatika sebagai berikut [5]: A Aeff 3 = (8) b b b diana (/b) adala tinggi terbang tak berdiensi. Peodelan ateatika yang diberikan pada persaaan (8) ini berlaku terbatas pada </b<. eff 3. Cord Doinated Surface Effect Saat sayap endekati perukaan, pada bagian bawa sayap akan terbentuk daera dengan tekanan udara lebi besar, seingga gaya angkat enjadi lebi besar dibandingkan dengan jika pesawat udara terbang jau dari perukaan. Hal yang saa terjadi pula pada ekor orisontal pesawat udara. Besarnya koefisien gaya angkat C pesawat udara erupakan penjulaan koefisien gaya angkat pada sayap (wing) W dan koefisien gaya angkat pada ekor orisontal H sebagai berikut [1,,9,1]: V S C C C H H = + W H V S (9) diana V H adala kecepatan udara pada ekor orisontal dan S H adala luas ekor orisontal. Persaaan (9) enunjukkan bawa efek perukaan akan enaba koefisien gaya angkat sayap dan ekor pesawat udara, seingga gaya angkat akan bertaba. Berkurangnya gaya abat induksi dan bertabanya gaya angkat enyebabkan efisiensi aerodinaika (perbandingan /D) dari kapal bersayap WiSE dapat bertaba sekitar -5% dibanding dengan besarnya /D pada kondisi terbang tanpa efek perukaan [11, 1]. Akan diperliatkan pada bagian berikut, bawa penabaan /D tersebut eang sangat diungkinkan PERHITUNGAN KARAKTERISTIK AERODINAMIKA 4.1 Kapal Bersayap WIG1B-Wing1 Seperti tela dibaas sebelunya, kegiatan penelitian dan pengebangan kapal bersayap WiSE ini elibatkan tiga institusi, yaitu BPP-Teknologi, PT Dirgantara Indonesia dan Institut Teknologi Bandung [3]. PT Dirgantara Indonesia elakukan perancangan konfigurasi awal dari waana kapal bersayap WiSE. Sala satu asil rancangan awal waana kapal bersayap ini adala WIG1B-Wing1, seperti tapak pada Gabar (). Waana ini dirancang untuk bisa Gabar : Gabar tiga pandangan kapal bersayap WIG1B-Wing1 Konfigurasi WIG1B-Wing1 ini cukup sederana, yaitu sayap berbentuk persegi dengan luas sayap 5 dan lebar/rentang sayap 1,5. Pada ujung bagian luar sayap ditabakan wing-tip, untuk enurunkan gaya abat. Data uu geoetri konfigurasi ini diberikan pada Tabel (1). Tabel 1: Geoetri kapal bersayap WIG1B-Wing 1 Geoetri Sayap Ekor Horizontal uas, S ( ) Aspek Rasio, AR Taper Rasio, λ Sweepback ¼ cord, Λ ¼ (deg).. Sudut Incidence, i (deg) tbd tbd Sudut Diedral, Γ (deg) -6.. Airfoil tickness ratio, t/c (%) Root Cord, c r () Tip Cord, c t () Span, b () Mean aerodyn. cord, c () Airfoil Clark- NACA- Y 63A1 Ekor Vertikal tbd NACA- 63A1 4. Perangkat unak Datco Digital Untuk eprediksi paraeter aerodinaika pesawat udara yang cepat dan ekonois, diperlukan sebua perangkat lunak atau software yang operasional dan uda diperole secara bebas di pasaran. Sala satu contonya adala USAF Stability and Control Datco (Data Copendiu) [13]. Perangkat lunak ini dapat digunakan untuk eprediksi paraeter aerodinaika. Prosedur estiasi dengan Datco ternyata enibulkan ketidakefisienan karena estiasi dilakukan secara anual seingga ebutukan anours yang cukup besar. Pengebangan Datco enjadi perangkat lunak Datco Digital [8] endekati kebutuan akan siste peritungan yang cepat dan ekonois. MESIN Vol. XIX No. 1

5 Selain engitung karakteristik aerodinaika, Datco Digital dapat juga engitung paraeter kestabilan statik dan dinaik dari pesawat udara dan isil. Software ini juga dapat elakukan peritungan ig-lift device, karakteristik turunan dinaik dan defleksi bidang kendali agar kebali ke kondisi tri. Pengguna Datco Digital engorientasikan pada keutaaan software yaitu einialkan kebutuan input, analisis error pada input, dan beberapa pilian aplikasi yang fleksibel. Fleksibilitas software ini tibul karena pengguna Datco Digital dengan uda dapat enguba jenis eksperien atau analisis data yang dilakukan, tanpa kearusan untuk epunyai keapuan koputasi yang tinggi. Unit data input dasar Datco Digital adala case, yang endefinisikan konfigurasi dan kondisi terbang. Case terdiri dari epat kelopok data, yaitu: a. Group I, input yang endefinisikan kondisi terbang dan referensi diensi. b. Group II, input yang enspesifikasikan geoetri konfigurasi dasar untuk konfigurasi konvensional, endefinisikan body, sayap, ekor dan posisi relatifnya. c. Group III, input yang enspesifikasikan definisi konfigurasi tabaan seperti engine, flaps, control tabs, ground effect, atau twin vertical panels. Input ini juga endefinisikan konfigurasi kusus yang tidak bisa didefinisikan pada group II terasuk sayap dengan aspect ratio renda, konfigurasi wingbody transverse jet control, dan ypesonic flap. d. Group IV, input yang engendalikan eksekusi dari case atau pengeksekusian beberapa case, dan eungkinkan bagi pengguna untuk eili opsi kusus atau enginginkan output tabaan. Datco Digital enggunakan bilangan Mac dan bilangan Reynolds untuk endefinisikan kondisi terbang, diana keduanya dapat dipenui dengan adanya kobinasi bilangan Mac (MACH), kecepatan terbang (VINF), bilangan Reynolds (RNNUB), tinggi terbang (AT), tekanan udara (PINF) dan teperatur udara (TINF). Untuk referensi kecepatan terbang dapat diasukkan bilangan Mac atau kecepatan terbang, sedangkan untuk kondisi atosfer dapat diasukkan tinggi terbang atau tekanan dan teperatur udara. Dengan adanya referensi kecepatan dan kondisi atosfer, aka bilangan Reynolds dapat diitung. Kobinasi antara referensi kecepatan dan kondisi atosfer yang dapat eenui bilangan Mac dan bilangan Reynolds dapat diliat pada Tabel () berikut. Tabel : Kobinasi referensi kecepatan dan kondisi atosfer User Input Progra Coputes MACH, RNNUB MACH, AT VINF, AT PINF, TINF, VINF PINF, TINF, MACH PINF, TINF, RNNUB PINF, TINF, MACH, RNNUB RNNUB, MACH RNNUB, VINF Pada perangkat lunak Datco Digital terdapat tiga kobinasi untuk bilangan Mac dan tinggi terbang sebagai kondisi atosfer, yaitu: i. Mengkobinasikan variasi bilangan Mac dan variasi tinggi terbang secara bersaaan. Progra akan dieksekusi pada bilangan Mac dan tinggi terbang yang pertaa, keudian pada bilangan Mac dan tinggi terbang yang kedua dan seterusnya, seingga jula variasi keduanya arus saa. Kobinasi ini akan dipili jika bilang Reynolds erupakan input, dan jika kondisi atosfer bukan erupakan input. ii. Mengkobinasikan variasi bilangan Mac pada tinggi terbang yang tetap. Progra akan dieksekusi pada tinggi terbang yang pertaa dengan seua variasi bilangan Mac, keudian pada tinggi terbang kedua dengan seua variasi bilangan Mac dan seterusnya sapai seua tinggi terbang tela dieksekusi. Kobinasi ini akan dipili jika kondisi atosfer erupakan input. iii. Mengkobinasikan variasi tinggi terbang pada bilangan Mac yang tetap. Progra akan dieksekusi pada bilangan Mac yang pertaa dengan seua variasi tinggi terbang, keudian pada bilangan Mac kedua dengan seua variasi tinggi terbang dan seterusnya sapai seua bilangan Mac tela dieksekusi. Kobinasi ini akan dipili jika kondisi atosfer erupakan input. Datco Digital asi epunyai beberapa batasan operasional, isalnya: ifting surface pada bagian depan disebut sebagai sayap, sedangkan lifting surface bagian belakang disebut dengan ekor orizontal. Kaida ini berlaku tanpa engiraukan konfigurasi yang sebenarnya. Metode ekor vertikal kebar anya berlaku untuk paraeter kestabilan lateral pada kecepatan subsonik. Efek jet dan propeller power anya berlaku untuk paraeter kestabilan longitudinal pada kecepatan subsonik. Keduanya tidak dapat digunakan pada saat yang bersaaan. Metode surface effect anya berlaku untuk paraeter kestabilan longitudinal pada kecepatan subsonik. Naun deikian, kecepatan terbang waana kapal bersayap WIG1B-Wing1 yang dibaas pada akala ini sangat renda, seingga odel surface effect yang ada pada perangkat lunak ini diarapkan tetap dapat dipakai dan eberikan asil pendekatan yang cukup teliti. Perangkat lunak Datco Digital ini enggunakan input naelist untuk endefinisikan koponen konfigurasi waana terbang yang akan diitung. Sebagai conto, naelist HTPNF enyebabkan perangkat lunak engasusikan bawa konfigurasi waana yang diitung tersebut epunyai ekor orizontal. Dengan beberapa batasan tersebut, aka perlu diperatikan input yang akan diasukkan ke dala MESIN Vol. XIX No. 1 4

6 perangkat lunak Datco Digital agar tidak terjadi kesalaan atau error. Datco Digital epunyai siste analisis diagnosis input yang akan engecek seua input sebelu software tereksekusi. Siste ini akan eeriksa kebenaran seua naelist, variabel, input nuerik dan control card, keudian enapilkan seua data input beserta error yang ungkin terjadi agar pengguna dapat eperbaiki error tersebut. Keterangan rinci tentang naelist dan control card dibaas pada [8]. 4.3 Hasil Peritungan Pada bagian ini akan disajikan asil peritungan karakteristik aerodinaika yang diperole dari perangkat lunak Datco Digital. Karakteristik aerodinaika yang diaksud di sini adala: koefisien gaya abat C D, koefisien gaya angkat C dan koefisien oen pitc C, yang divariasikan teadap sudut serang dan tinggi terbang (dari perukaan). Peritungan dilakukan dengan variasi sudut serang antara sapai 5, tinggi terbang (dari perukaan) dari,6 sapai dengan (dala al ini adala tinggi terbang setinggi satu kali rentang sayap), letak titik berat (center of gravity, c.g) pada ost forward (36% dari ean aerodynaic cord, ac) dan ost aft (45% ac), dan pada kecepatan jelaja 1 knots (51,4 /s). Definisi tinggi terbang disini adala jarak antara perukaan (air), dengan perukaan referensi kapal bersayap, diana jarak perukaan referensi kapal bersayap teradap perukaan bawa body adala,5. Sebagai conto untuk tinggi terbang,6, aka kapal bersayap akan terbang 1 c di atas perukaan air. Hasil peritungan koefisien gaya angkat C, koefisien gaya abat C D, dan koefisien oen pitc C, untuk konfigurasi WIGE1B-Wing1 diberikan pada Tabel (3) sapai dengan Tabel (5), yang erupakan fungsi dari sudut serang dan tinggi terbang [8]. Efisiensi aerodinaika yang dinyatakan dala bentuk rasio C /C D diberikan pada Tabel (6). Tabel 4: Output C D dengan variasi sudut serang dan tinggi terbang. (deg) =.6 =1. C D = 1.5 = 1.8 =. =.5 = Tabel 5: Output C dengan variasi sudut serang dan tinggi terbang. Titik berat pada posisi ost forward. (deg) Free air =.6 =1. = 1.5 C = 1.8 =. =.5 = Tabel 6: Rasio C /C D dengan variasi sudut serang dan tinggi terbang. (deg) free air =.6 =1. = 1.5 C /C D = 1.8 H =. =.5 = Tabel 3: Output C dengan variasi sudut serang dan tinggi terbang. (deg) =.6 =1. = 1.5 = 1.8 =. =.5 = C Data asil peritungan di atas ditapilkan dala bentuk grafik C -, C D -, C /C D - dan C -, untuk berbagai tinggi terbang, seperti tapak Gabar (3) sapai dengan Gabar (7). Gabar (6) adala kurva C - untuk posisi titik berat paling depan (ost forward), sedangkan untuk posisi titik berat paling belakang (ost aft), kurva C - diberikan pada Gabar (7). Pada Gabar (3) terliat bawa arga C untuk tinggi terbang yang seakin dekat dengan perukaan lebi besar dibanding dengan arga C pada tinggi terbang. Hal ini enunjukkan bawa efek perukaan eberikan gaya angkat yang seakin besar. Keiringan kurva C - juga terliat seakin besar dengan adanya efek perukaan tersebut. 5 MESIN Vol. XIX No. 1

7 K urva C vs untuk b eb erap a ting g i terb ang Kurva C aft vs untuk beberapa tinggi terbang C (deg) =.6 = 1. = 1.5 = 1.8 =. =.5 = 3 C (deg) = 3.5 =. 1.8 = 1.5 = 1. =.6 Gabar 3: Kurva C vs untuk beberapa tinggi terbang CD Kurva C D vs untuk beberapa tinggi terbang (deg) = 3 =.5 =. = 1.8 = 1.5 = 1. =.6 Gabar 4: Kurva C D vs untuk beberapa tinggi terbang C /C D Kurva C /C D vs untuk beberapa tinggi terbang a (deg) =.6 = 1. = 1.5 = 1.8. =.5 = 3 Gabar 5: Kurva C /C D vs untuk beberapa tinggi terbang C Kurva C fwd vs untuk beberapa tinggi terbang Gabar 7: Kurva C aft vs untuk beberapa tinggi terbang Untuk koefisien gaya abat C D, terliat pada Gabar (4) bawa terjadi penurunan arga C D dengan adanya surface effect. Bertabanya koefisien gaya angkat dan berkurangnya koefisien gaya abat karena efek perukaan enyebabkan rasio C /C D eningkat, seperti tapak pada Gabar (5). Bakan, rasio C /C D pada =,6 dan sudut serang antara atau 3 bisa encapai apir 4. Dibandingkan dengan arga C /C D pada tinggi terbang, pada kondisi ini terjadi kenaikan arga C /C D lebi dari %. Naun deikian, perlu diingat bawa kapal bersayap WIG1B-Wing1 dirancang untuk terbang di atas air laut yang tenang, yang tinggi gelobangnya diasusikan kurang lebi,5, seingga kapal bersayap ini disarankan untuk terbang jelaja pada tinggi terbang 1,5. Pengaru variasi sudut serang dan tinggi terbang pada koefisien oen pitc, baik pada saat titik berat berada di ost forward aupun di ost aft, dapat diliat pada Gabar (6) dan (7). Terliat, bawa keiringan kurva C - tersebut adala negatif yang berarti kapal bersayap ini stabil statik longitudinal. Berdasarkan analisis kedua grafik koefisien oen pitc di atas, kapal bersayap WIG1B-Wing1 akan lebi stabil statik longitudinal bila titik beratnya berada pada ost forward daripada berada di ost aft, karena keiringan kurva C fwd - lebi negatif daripada kurva C aft -. Dengan enggunakan data yang saa seperti yang diberikan pada Gabar (3), (6) dan (7), arga C dan C dipresentasikan dala bentuk kurva C - dan C - untuk berbagai sudut serang, seperti tapak pada Gabar (8) sapai dengan (1) a (d e g ) = 3 =.5 = 1.8 = 1.5 = 1. =.6 Pada Gabar (8) terliat bawa seakin jau dari perukaan, aka arga C seakin berkurang. Untuk koefisien oen pitc C, seakin tinggi kapal bersayap terbang dari perukaan, aka arga C seakin positif, liat Gabar (9) dan (1). Gabar 6: Kurva C fwd vs untuk beberapa tinggi terbang MESIN Vol. XIX No. 1 6

8 1, 1,8,6,4, C Kurva C vs Tinggi Terbang untuk beberapa sudut serang alpa = 6 deg alpa = 5deg alpa = 4deg alpa = 3deg alpa = deg alpa = 1deg alpa = deg alpa = -1 deg alpa = - deg,5 1 1,5,5 3 3,5 Tinggi Terbang () Gabar 8: Kurva C vs beberapa arga sudut serang C,1,5 -,5 -,1 -,15 -, -,5 -,3 -,35 -,4 Kurva Cfwd vs Tinggi Terbang untuk beberapa sudut serang alpa = - deg alpa = -1 deg,5 1 1,5,5 3 3,5 alpa = deg alpa = 1 deg alpa = deg alpa = 3 deg alpa = 4 deg alpa = 5 deg alpa = 6 deg Tinggi Terbang () Gabar 9: Kurva C fwd vs untuk beberapa arga C,1,5 -,5 -,1 -,15 -, -,5 Kurva Caft vs Tinggi Terbang untuk beberapa sudut serang alpa = - deg alpa = -1 deg alpa = deg,5 1 1,5,5 3 3,5 alpa 1 deg alpa = deg alpa = 3 deg alpa = 4 deg alpa = 5 deg alpa = 6 deg surface effect yang dapat enyebabkan berkurangnya efisiensi aerodinaika. 5.1 Kestabilan Statik ongitudinal Kapal Bersayap Dengan adanya tabaan gaya angkat dan pengurangan gaya abat induksi karena pengaru efek perukaan, aka keseibangan gaya yang bekerja pada waana kapal bersayap juga akan beruba. Hal ini akan enguba pula kestabilan waana kapal bersayap tersebut. Untuk ebaas kestabilan statik longitudinal kapal bersayap, peratikan persaaan keseibangan koefisien oen pitc berikut [1,,9,1]: xcg xacw C = C + ( ) ac W W c c (1) V S xac x H H H cg + ( ) H V S c c diana C acw adala koefisien oen pitc pada saat =, xcg adala letak titik berat waana kapal bersayap, adala letak titik pusat aerodinaika sayap dan xac W xac H adala letak titik pusat aerodinaika ekor orisontal, serta c adala ean aerodynaic cord. Turunan persaaan (1) teradap sudut serang, dikenal sebagai turunan kestabilan pitc, adala: C xcg xacw = ( ) W c c VH SH dε + (1 )C V S d H xach ( c xcg ) c (11) Pada persaaan (11) terliat bawa efek perukaan uncul pada koefisien C (yang seakin besar), (seakin besar) dan sudut downwas ε pada ekor H orizontal (seakin kecil) [1,]. W 7 -,3 Tinggi Terbang () Gabar 1: Kurva C aft vs untuk beberapa arga 5. PREDIKSI DAN ANAISIS KESTABIAN GERAK ONGITUDINA KAPA BERSAYAP Kestabilan waana kapal bersayap WiSE erupakan asala yang paling kritis. Dala sejara pengebangan kapal bersayap, tidak sedikit terjadi kegagalan karena asala kestabilan waana ini. Beroperasinya kapal bersayap WiSE pada daera surface effect selaa terbang akan enibulkan asala ketidakstabilan, karena terbatasnya daera tinggi terbang. Kapal bersayap WiSE arus tetap terbang di daera surface effect dengan variasi tinggi terbang yang sangat sepit. Kesulitannya adala bila tinggi terbang berkurang pesawat udara akan enyentu air, dan jika tinggi bertaba, pesawat udara akan keilangan Persaaan (11) dapat ditulis enjadi lebi sederana sebagai berikut: xcg x C C ( ac = ) (1) c c diana x ac adala letak titik pusat aerodinaika waana kapal bersayap. Persaaan (1) berlaku uu, baik untuk kasus tanpa efek perukaan atau kasus dengan efek perukaan. 5. Paraeter Kestabilan Kapal Bersayap Hal yang perlu diperatikan dala engkaji kestabilan statik gerak longitudinal waana kapal bersayap WiSE adala adanya dua variabel gerak yang arus dianalisis, yaitu sudut serang (biasanya disebut sebagai sudut pitc pada surface effect) dan tinggi terbang. Ini jelas berbeda dengan pesawat udara konvensional yang anya eperatikan sudut serang saja. Dala al ini, paraeter-paraeter kestabilan gerak longitudinal kapal bersayap yang penting untuk MESIN Vol. XIX No. 1

9 dianalisis adala turunan kestabilan teradap sudut serang (atau sudut pitc): dan C, dan turunan kestabilan teradap tinggi terbang : dan C, diana paraeter-paraeter tersebut didefinisikan sebagai berikut: dc dc C = ; C = d d (13) dc dc C ; C = = d d Pada kapal bersayap WiSE, dapat diteukan dua titik pusat aerodinaika yang terpisa dari center of gravity, yaitu titik pusat aerodinaika pitc (biasa terdapat pada pesawat udara konvensional) diana C konstan teradap variasi sudut pitc, didefinisikan sebagai berikut, liat persaaan (1): C x cg xac X = = ( ) (14) c c dan titik pusat aerodinaika tinggi terbang diana C konstan teradap variasi tinggi terbang, C X = (15) Dengan adanya dua variabel gerak tersebut, aka analisis kestabilan statik gerak longitudinal pada waana kapal bersayap dibedakan enjadi dua, yaitu kestabilan static pitc dan kestabilan static eigt. Naun deikian, pada uunya analisis kestabilan untuk waana kapal bersayap lebi banyak enggunakan kriteria kestabilan Irodov yang tela encakup kestabilan static pitc dan kestabilan static eigt [1]. (a) Kestabilan Static Pitc Waana kapal bersayap WiSE bukanla pesawat udara konvensional, naun kriteria kestabilan static pitc arus tetap dipenui, yaitu: C < (16) Pengertian dari paraeter tersebut adala peningkatan sudut pitc akibat adanya gangguan akan dilawan ole oen pitc yang tibul keudian. Untuk engetaui apaka kestabilan static pitc tercapai dapat diliat pada kurva C - Jika keiringan kurva tersebut negatif, aka pesawat udara tersebut stabil. (b) Kestabilan Static Heigt Kondisi pada kestabilan static pitc berlaku apir saa pada kestabilan static eigt, yaitu: < (17) Pengertian dari paraeter di atas adala kondisi stabil akan terjadi jika bertabanya tinggi terbang diikuti dengan berkurangnya gaya angkat, tapi dengan asusi perubaan koefisien oen tidak diperitungkan. Ini artinya kondisi stabil anya berlaku pada kondisi tri, atau C =. (c) Kriteria Kestabilan Irodov Menurut Staufenbiel [1,14], kondisi static eigt stability akan dipenui apabila syarat berikut terpenui, yaitu: C < (18) C Persaaan (18) tersebut bila dielaborasi akan enjadi sebagai berikut: C C < (19) C Jika enggunakan definisi seperti yang tela diberikan pada persaaan (14) dan (15), aka persaaan (19) dapat dituliskan kebali sebagai berikut: X X < () Ketiga persaaan di atas erupakan persaaan Staufenbiel diana kondisi stabil tercapai bila besarnya arga dari persaaan tersebut negatif, tanpa ada keterangan berapa besar arga tersebut. Irodov ebuat kriteria static eigt stability yang berbeda, naun enggunakan pendekatan yang apir saa dengan Staufenbiel. Dala al ini, Irodov tidak enggunakan turunan aerodinaika, elainkan titik pusat aerodinaika. Kriteria kestabilan Irodov ini secara ateatika dinyatakan dengan persaaan (), dan lebi banyak digunakan karena lebi praktis pendekatannya. Pengertian kriteria kestabilan Irodov tersebut adala pesawat udara akan stabil jika titik pusat tinggi terbang berada di depan titik pusat sudut pitc. Besarnya X a -X sering disebut sebagai stability argin. Irodov eberikan kepastian perkiraan arga yang diperlukan untuk encapai kondisi stabil. Berdasarkan pengalaan, besarnya stability argin arus sekitar.1 pada saat terbang jelaja. Ini terjadi karena eskipun dengan besar yang negatif dapat ebuat pesawat udara stabil, naun dengan arga sekitar.1 akan eberikan asil yang lebi baik. Hasil tersebut, yaitu kobinasi baik antara karakteristik kestabilan (statik dan dinaik) [13, 14]. Harga yang lebi kecil akan enyebabkan kestabilan yang arginal seingga akan eakan waktu lebi laa untuk kebali ke posisi seula, sedangkan arga yang terlalu besar dapat enyebabkan osilasi yang tidak stabil. 5. Analisis Kestabilan Gerak ongitudinal Kapal Bersayap WIG1B-Wing 1 Analisis akan dilakukan pada sudut serang =3, kecepatan jelaja V=1 knots (51,4 /s), tinggi terbang 1,, 1,5 dan,, dengan letak titik berat (center of gravity, c.g.) pada posisi paling depan (ost forward) dan paling belakang (ost aft). Data turunan dan C dapat diperole langsung dari output Datco Digital atau bisa diturunkan dari data pada Gabar (3), (6) dan (7). Sedangkan arga turunan MESIN Vol. XIX No. 1 8

10 C dan C diitung dari keiringan kurva grafik C - dan C - pada Gabar (8) sapai dengan (1). Harga-arga paraeter kestabilan gerak longitudinal kapal bersayap WIG1B-Wing1 diberikan pada Tabel (7) dan (8). Tabel 7: Hasil analisis kriteria Irodov pada posisi titik berat paling depan (ost forward c.g.) C C () C C X X X -X [/deg] [/deg] [/] [/] [ - ] [ - ] [ - ] Tabel 8: Hasil analisis kriteria Irodov pada posisi titik berat paling belakang (ost aft c.g.) H () C [/deg] C [/deg] C [/] C [/] X [ - ] X [ - ] X -X [ - ] Dari asil peritungan paraeter kestabilan di atas, dapat disipulkan bawa waana kapal bersayap WIG1B-Wing1 eenui kriteria kestabilan Irodov seperti yang diberikan pada persaaan (). Harga stability argin waana kapal bersayap pada ost forward c.g sekitar.1, liat kolo terakir pada Tabel (7). Hal ini akan eberikan kobinasi cukup baik antara karakteristik kestabilan (statik dan dinaik) dengan keapuan anuver [6]. Naun pada posisi titik berat paling belakang (ost aft c.g), arga utlak stability argin seakin kecil, liat kolo terakir pada Tabel (8). Ini enandakan bawa kestabilan waana tersebut pada ost aft c.g. seakin berkurang atau arjinal. Dengan enggunakan kriteria kestabilan static pitc dan kestabilan static eigt, aupun dengan kriteria kestabilan Irodov, berarti waana kapal bersayap WIG1B-Wing1 erupakan waana yang stabil untuk gerak longitudinalnya, eskipun pada posisi titik berat paling belakang, kestabilannya arjinal. 6. KESIMPUAN Beberapa kesipulan yang dapat ditarik dari pebaasan pada akala ini adala sebagai berikut: Waana kapal bersayap WIG1B-Wing1 yang tela dirancang engalai peningkatan efisiensi aerodinaika yang sangat signifikan, kususnya pada tinggi terbang =,6 dan pada sudut serang antara º ingga 3º. Besarnya rasio C /C D bisa encapai lebi dari 1 % dibanding dengan kondisi. Dari asil prediksi dan analisis kestabilan statik gerak longitudinal kapal bersayap WIG1B-Wing1, aka kapal bersayap ini eenui tiga kriteria kestabilan static pitc, static eigt stability, dan kriteria kestabilan Irodov. Berdasarkan peritungan dan analisis kestabilan gerak longitudinal yang tela dilakukan terdapat al-al yang dapat diperatikan lebi lanjut, yaitu: Kondisi terbang jelaja untuk konfigurasi kapal bersayap WIG1B-Wing1 sebaiknya dilakukan pada tinggi terbang =1,5 dan sudut serang =3º. Hal ini dilakukan dengan pertibangan bawa waana kapal bersayap akan terbang jelaja di perairan laut yang berobak, dengan prakiraan tinggi obak kurang lebi,5, seingga waana ini akan terbang 1, dari perukaan air laut ke body kapal bersayap. Kapal bersayap WIG1B-Wing1 epunyai rasio C /C D yang cukup tinggi dan kestabilan statik gerak longitudinalnya pun terpenui, naun pada saat titik berat pada posisi paling belakang, asil kestabilan yang didapat kurang baik, diana kestabilan dengan keapuan anuvernya kurang. Untuk itu agar keapuan anuver pesawat udara tersebut baik pada kedua letak titik berat, terutaa pada letak titik berat paling belakang, aka perlu dipertibangkan adanya perubaan rancangan waana tersebut, isalnya dengan eperpanjang jarak/posisi ekor orisontal relatif teradap sayap. DAFTAR PUSTAKA 1. Perkins, C.D. and R.E. Hage. Airplane Perforance Stability and Control. Jon Wiley & Sons, Inc., New York, Etkin, B. Dynaics of Atosperic Fligt. Jon Wiley & Sons, Inc., New York, Anon. Proyek Pengebangan Rancang Bangun Alat Angkut Pasukan Kusus Dengan Teknologi Wingin-Ground Effect, Progra Riset Unggulan Keitraan Noor: 8.11/Dep.PPI/KP/I/1, Keentrian Negara Riset dan Teknologi, Dwiastuti, D. Analisis Kestabilan Statik Matra ongitudinal Pesawat Udara Wing-in-Surface Effect Konfigurasi WIG1B-WING1, Tugas Akir, Institut Teknologi Bandung, Bandung, Muaad, H., D. Dwiastuti, Iqbal F. Dasril dan Said D. Jenie. Kaji Awal Stabilitas dan Pengendalian Waana Air-Udara Wing-in Ground Effect (WiGE), aporan Penelitian dengan Dana DPI FTI- ITB, Bandung,. 6. Muaad, H. dan Alaizar, Perancangan Siste Kendali Otoatik ongitudinal Pesawat Air-Udara Wing in Surface Effect (WiSE), Studi Kasus: WIG1B-Wing1, aporan Penelitian dengan Dana DPI FTI-ITB, Bandung,. 7. Muaad, H. Peritungan Prestasi, Dinaika dan Kendali Terbang Kendaraan WiGE, aporan Akir, Kontrak Kerjasaa Antara BPPT dengan ITB, Noor SPK: 9/PK/PPTT/BPPT/V/3, Oktober 3. 9 MESIN Vol. XIX No. 1

11 8. Willias, J.E. Te USAF Stability and Control Digital Datco-Volue I, Users Manual. AFFD-TR Vol I, Air Force Fligt Dynaics aboratory, Wrigt-Patterson Air Force Base, Oio, Mulder, J.A. and J.W.H. Staveren, Fligt Dynaics, Faculty of Aerospace Engineering, Delft University of Tecnology, Delft Te Neterlands,. 1. Jenie, Said D. dan H. Muaad, Diktat Kulia Dinaika Terbang Pesawat Udara, Departeen Teknik Penerbangan, Institut Teknologi Bandung, Cen, F. Xtree Xplorer, Product Report and Business Opportunities on Wing-in-Ground Effect Tecnology, Apistar U.S.A, td. Norfolk, Gera, J. Stability & Control of Wing-in Ground Effect Veicles or Wingsips. Aerican Institute of Aeronautics and Astronautics, Edwards, Hoak, D.E., USAF Stability and Control Datco. Fligt Control Division, Airforce Fligt Dynaics aboratory, Wrigt-Patterson Air Force Base, Oio, ttp:// 15. ttp:// 16. ttp:// MESIN Vol. XIX No. 1 3