ANALISA PERUBAHAN STATIC MARGIN PERANCANGAN ROKET KENDALI RKX 70 MM

Transkripsi

1 Analisa Perubahan tati argin Peranangan.. alam Ginting AAIA PERUBAHA AI ARGI PERAAGA ROE EAI RX 7 alam Ginting, arono Ismail Peneliti Bidang Aerodinamika, APA ABRA his roket was designed or guidane missile, so that it should be ast and aurate maneuvre movement. It was equipped with our anard ontrol in ront o roket and in at nozzle. It s stati margin is positive so that it an be grouped as unstable missile. he guidane sstem is alread ative when the roket takes o ollowing the quiding program alread planned. he roket s enter gravit is.7 times the roket s length alulated rom the nose one. he enter o aerodnami pressure is alulated b using the aerodnami oeiient o the lit derived rom Quadrature ulthopp omment method. his paper represented the theoritiall aerodnami roket design and has been validated b using AA standard Report or the similar roket. ewords: Aerodnami roket, Guidane missile, tati margin ABRA Roket ini diranang untuk roket kendali sehingga dibutuhkan gerakan manuver ang linah, epat, dan akurat. Roket ini dilengkapi dengan 4 kontrol anard dipasang pada bagian depan dan 4 buah sirip dipasang di bagian nozel roket. ilai statik margin roket ini positi sehingga roket ini dapat digolongkan jenis unstable missile. istem kendalina sudah akti saat roket lepas dari pelunur mengikuti program pengendalian ang sudah tersedia. itik berat roket ditetapkan pada titik,7 kali panjang roket terhitung dari nose one. Pusat tekanan aerodinamikana dihitung setelah diperoleh koeisien aerodinamika gaa angkat roket menggunakan metode Quadrature ulthopp, ang lazim digunakan dalam peranangan aerodinamika roket. ulisan ini merupakan hasil dari peranangan aerodinamika roket seara teoritis ang harus divalidasi dengan hasil penelitian ang sudah baku akni penelitian AA Report untuk roket ang sejenis. ata kuni : Aerodinamika roket, ontrol kendali, eseimbangan statik PEAHUUA ari kegunaanna roket ini harus mempunai kriteria mudah dikendalikan ilai stati margin antara titik berat dan pusat tekanan aerodinamika bernilai positi, sehingga linah melakukan gerakan manuver. Roket ini termasuk dalam jenis unstable missile sehingga membutuhkan sistem kendali ang akurat. Pergeseran letak stati margin didapat setelah diperoleh batasan pergeseran letak titik pusat tekanan aerodinamika roket. Pergeseran letak titik pusat tekanan P tergantung pada keepatan dan sudut serang namun dahulu diprediksi karakteristik aerodinamika roket berupa koeisien gaa angkat, koeisien gaa hambat dan koeisien momen. etoda pendekatan seara teoritis ang telah dikembangkan oleh krasnov, Jak.. ielsen digunakan untuk memperoleh karakteristik aerodinamika roket dan dilengkapi dengan reerensi lainna termasuk AA Report. AA Report merupakan data pembanding ang sudah baku ang digunakan di Amerika sebagai reerensi peranangan aerodinamika roket. GEOERI ROE RX 7 i bawah ini dapat dilihat ranangan geometri roket RX 7 dengan ukuran dalam mm. 7

2 6 Jurnal eknologi irgantara Vol. 7 o. Juni 9: sirip 5 anard Gambar -: Geometri roket RX Gambar -:irip roket 3 Gambar -3: anard roket ari Gambar - dapat dilihat bahwa ukuran roket adalah sebagai berikut: Panjang roket = 6 mm iameter roket d = 7 mm Panjang motor = 7 mm abung paload = 5 mm Panjang nose one = 3 mm ebar sirip belakang = 5 mm ebar anard = 7 mm inggi sirip = mm inggi anard = 5 mm 3 EOE PEEIIA ebagaimana biasana bahwa metode ang sudah baku dalam penelitian karakteristik aerodinamika roket digunakan metode ang telah dikembangkan oleh Quadrature ulthopp, karena metode ini lebih spesiik pada peranangan roket seara matematik. arakteristik aerodinamika roket terdiri dari koeisien gaa angkat, koeisien gaa hambat dan momen pith. etelah diperoleh karakteristik aerodinamika maka dilanjutkan dengan perhitungan pusat tekanan aerodinamika total. etelah diperoleh letak pusat tekanan aerodinamika dalam variasi bilangan ah dan sudut serang roket dilanjutkan dengan prediksi pergeseran letak stati margin. engan diketahuina letak titik berat roket akan diketahui daerah pergeseran stati margin ang berguna untuk mekanisme kendali roket. 4 AAR EORI asing-masing komponen roket menimbulkan gaa angkat, seperti nose, badan, sirip, saap dan adana intererensi antara badan dan sirip ataupun saap. Penjumlahan gaa angkat ang terjadi pada komponen tersebut merupakan gaa angkat total ang terjadi pada roket. 8

3 Analisa Perubahan tati argin Peranangan.. alam Ginting 4. oeisien Gaa Angkat oeisien gaa angkat total pada roket dapat dituliskan seperti rumus berikut : tot dimana : v v 4- tot = oeisien gaa angkat total v roket = oeisien gaa angkat badan = oeisien gaa angkat sirip = oeisien gaa angkat anard akibat badan = oeisien gaa angkat badan akibat anard = oeisien gaa angkat sirip akibat badan = oeisien gaa angkat sirip akibat vortex 4. oeisien Gaa Hambat tot iap komponen roket nose, badan, anard dan sirip menghaslkan gaa hambat akibat adana tekanan dan gesekan pada permukaan. oeisien gaa hambat total tot dapat dituliskan sebagai berikut: tot 4-,. dimana : = oeisien gaa hambat total tot roket = oeisien gaa hambat badan roket = oeisien gaa hambat badan sirip = oeisien gaa hambat sirip akibat badan Gaa hambat pada badan 4-3 l dimana: = oeisien gaa hambat badan roket l = oeisien gaa hambat badan tanpa hidung = oeisien gaa hambat hidung 4.3 oeisien omen Angguk l 4-4 l 4-5 l X n dimana: = oeisien momen total l = oeisien momen badan = oeisien momen anard = oeisien momen sirip = oeisien momen badan 4-6 n = perbandingan panjang hidung dengan diameter badan = perbandingan panjang roket dengan diameter badan alam hal ini momen akibat F gesekan dianggap keil sekali, ang ada akibat tekanan F w P 4-7 wl 4.4 Gaa Angkat Akibat Intererensi arena pemasangan komponen anard dan sirip mengakibatkan terjadina intererensi dengan badan. 9

4 Jurnal eknologi irgantara Vol. 7 o. Juni 9: Gambar 4-: erjadina vortex anard pada badan dan sirip eterangan:. anard. Intererensi anard pada badan 3. irip 4. Intererensi antara sirip dan badan 5. Vortek dari anard 6. ose one oeisien gaa angkat anard akibat badan e 4-8 oeisien gaa angkat sirip akibat badan 4-9 oeisien gaa angkat badan akibat anard 4- oeisien gaa angkat badan akibat adana sirip k 4- oeisien gaa angkat sirip karena trailing vortex anard V V t V R k I 4- oeisien gaa angkat badan dibelakang anard akibat trailing vortex anard. m V s m 4-3 dimana : = urunan dari gaa angkat anard terhadap sudut = Faktor intererensi anard akibat badan = Faktor intererensi sirip akibat anard = uasan sirip = uasan anard = udut saap semiapex = udut serang = udut deleksi sirip = udut deleksi anard 4.5 Pusat ekanan Aerodinamika Roket Penjumlahan dari hasil kali koeisien gaa angkat dari tiap komponen dengan jarak pusat tekananna masingmasing dibagi dengan koeisien gaa angkat total ang disebut pusat tekanan aerodinamika. alam rumus dapat dituangkan seperti berikut ini. Pusat tekanan aerodinamika tot p tot p 4-4 tot v v /

5 Analisa Perubahan tati argin Peranangan.. alam Ginting G.P.G P tot Gambar 4-: itik berat.g di belakang pusat tekanan aerodinamika.p 5 HAI PEEIIA Penelitian dilakukan pada regim keepatan subsonik dan supersonik. arakteristik aerodinamika ang diperoleh berupa koeisien aerodinamika akni koeisien gaa angkat, koeisien gaa hambat dan koeisien momen. elanjutna dari data koeisien gaa angkat dapat dihitung letak pusat tekanan aerodinamika P roket RX 7. alam hal ini untuk proil anard dan sirip digunakan double wadge airoil. 5. Untuk eepatan upersonik elihatan ada perbedaan kurva pada keepatan supersonik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa harga, dan, enderung turun dengan naikna harga bilangan ah. Untuk kenaikan harga sudut serang harga koeisien aerodinamika pada keepatan supersonik tetap bertambah besar. urva dapat dilihat pada Gambar 5-7 dan 5-8. dan kurva dapat dilihat pada Gambar 5-9 dan 5-. elanjutna kurva dituangkan pada Gambar 5- dan etak Pusat ekanan Aerodinamika p Untuk regim supersonik ditunjukkan kurvana pada Gambar 5-5 dan urva Hasil Penelitian oeisien Aerodinamika eepatan ubsonik Gambar 5-: vs sudut serang Gambar 5-: vs Bilangan ah = =8 =6 =4 = =,8 =,6 =,4 =,8 =,6 =,4 Gambar 5-3: vs sudut serang 3

6 Jurnal eknologi irgantara Vol. 7 o. Juni 9: = =8 =6 =4 = = =8 =6 =4 = Gambar 5-4: vs Bilangan ah Gambar 5-5: vs sudut serang Gambar 5-6: vs Bilangan ah 5.4 urva Hasil Penelitian oeisien Aerodinamika eepatan upersonik = -.4 = =6 - = = =,4 =,6 =,8 =,5 = =,5 =3 Gambar 5-7: vs sudut serang Gambar 5-8: vs Bilangan ah Gambar 5-9: vs sudut serang Gambar 5-: vs Bilangan ah = =8 =6 =4 = =,5 = =,5 =3 =3 =,5 = =,5 Gambar 5-: vs sudut serang 3

7 Analisa Perubahan tati argin Peranangan.. alam Ginting = =4 =6 =8 = p ,5,5 3 = =8 =6 =4 = Gambar 5-: vs Bilangan ah Gambar 5-6: P vs Bilangan ah p Gambar 5-3: P vs sudut serang p Gambar 5-4: P vs Bilangan ah.63 p = =8 =6 =4 = 6 8 =,5 = =,5 =3 Gambar 5-5: P vs sudut serang 8 =,8 =,6 =, Untuk saap, sirip, uselage, saap, sirip, uselage, saap, sirip, uselage akan ditampilkan pada kara tulis berikutna. 6 PEBAHAA iperoleh hasil penelitian berupa koeisien aerodinamika dan letak pusat tekanan aerodinamika roket RX 7. Hasil tersebut menggambarkan daerah pergeseran letak statik margin titik berat roket. Pembahasan hasil penelitian ini antara lain : Ada perbedaan hasil koeisien aerodinamika, dan antara keepatan subsonik dan supersonik dalam hal bentuk kurvana. Pada keepatan subsonik nilai koeisien aerodinamika bertambah besar dengan naikna harga bilangan ah. Pada keepatan supersonik nilai koeisien aerodinamis justru turun dengan naikna bilangan ah. lihat pada Gambar 5-, 5-4, 5-8, 5- dan 5-, Hal ini disebabkan oleh harga kerapatan udara konstan pada keepatan subsonik. edangkan harga turun pada keepatan supersonik dengan naikna harga bilangan ah. turunna harga kerapatan udara karena perubahan siat aliran dari inkompresibel pada keepatan subsonik menjadi aliran kompresibel pada keepatan supersonik. etak pusat tekanan aerodinamika enderung bertambah besar,54 s.d,6 dengan kenaikan bilangan ah 33

8 Jurnal eknologi irgantara Vol. 7 o. Juni 9:7-35 dan sudut serang pada regim subsonik. Ini dapat dilihat pada Gambar 5-3 dan Gambar 5-4, Harga pusat tekanan p pada keepatan supersonik turun dengan kenaikan harga bilangan ah dan naik pada kenaikan sudut serang. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 5-5 dan 5-6, dan nilaina antara,6 s.d,57. Ini terjadi karena p dihitung dari koeisien lit sedangkan harga koeisien lit turun juga dengan kenaikan bilangan ah. Hasil peneltian ini dibandingkan dengan hasil penelitian AA Report no. 8 seri 37 sebagai reerensi ang baku, datana dapat dilihat seperti di bawah ini. AA no. 8: 5,7,,9,, 64, R =,8 Roket RX 7 : 3,3,,3,,9 AA no. 8 :, p,595 experiment p,65 teoritis Roket RX 7 :, p, 589 A =,69, =,33, ari data ini dapat dilihat bahwa harga p roket AA dan RX 7 hampir sama. eskipun roket AA lebih keil dari roket RX 7, tapi dilain pihak roket AA lebih besar dari roket RX 7. ari inormasi ini dapat diartikan bahwa luas sirip roket AA lebih luas dari pada roket RX 7, dimana bentuk root hord-na panjang tapi tinggi siripna lebih pendek dibandingkan roket RX 7. ondisi ini tidak eekti untuk menggeser letak p lebih kebelakang lagi, apa lagi letak anard roket AA lebih kedepan dibanding roket RX 7. tati margin roket RX 7. - Pada keepatan supersonik harga stati margin paling keil adalah pada bilangan ah,5 dan sudut =. Hal ini diperoleh dari pehitugan tati margin = G - P =,7 -,6 =,8 =,8x6=,9 m Pada kondisi dan ah 3 harga stati margin paling besar : = G - P =,7 -,57 =, =, x 6 = 9,7 m ari perhitungan ini terdapat pergeseran letak stati margin adalah:,9 s/d 9,7 m di depan titik berat roket. ari penelitian diperoleh pergeseran stati margin roket RX 7 pada keepatan supersonik. Hal ini penting sebagai masukan pada peranangan sistem kendali roket terutama dalam hal penggunaan anard. 7 EIPUA elah diperoleh karakteristik aerodinamika roket kendali anard RX 7. erdapat perbedaan bentuk kurva koeisien aerodinamika pada keepatan subsonik dan keepatan supersonik, khusus pada kenaikan harga bilangan ah. Roket ini termasuk dalam kelompok unstable missile, karena nilai stati marginna positi, dimana letak P di depan titik berat G. Harga stati margin pada bilangan ah 3 dan sudut serang adalah 9,5 m, dan pada bilangan ah,5 dan sudut serang nilai stati margin adalah,8 m. Harga stati margin berubah dengan bertambahna nilai sudut serang dan bilangan ah, Pada keepatan supersonik pergeseran antara,9 m s/d 9,7 m di depan titik berat roket. AFAR RUJUA Ames Researh ta, 953. Report 53, ational Advisor ommittee or Aeronautis. 34

9 Analisa Perubahan tati argin Peranangan.. alam Ginting Jak,. ielsen, 96. issile Aerodnamis, Graw Hill Book o, In. ew York. Jenie, aid., 988. anual Peranangan Roket endali, IB/APA. Jak. ielsen, AA Ames Researh enter aet Field aliornia, volume 4. Progress in Astronautis and Aeronautis. rasnov, F, 978. Aerodnamis ranslate From Rusian, Amerian Publ. o. PU-, EW elhi. artin ummerield, Progress in Astronautis and Aeronautis, Val 9, in the AIAA, est and Evaluation o the atial issile. Alan Pope, 978. High peed Wind unnel esting, robert, E. reiger. Publ. o, Huntington, ew York. umming, R and un. J., 96. Evaluation o issile Aerodnamis harateristis, ompan anoga Park aliornia. Gregarius, G. r. 5 Januari 986. An Intererensi to issile Aerodnamis Problems. IP Bandung. Reagen, J. Frank, 986. eture issile Perormane alulation, Aerolab. UA. Jlaner, F. eghard, 965. Pratial Inormation on Aerodnami rag and b Aerodnami Resistane. William. Pitts, Jak. ilsen, and George E. aattari, it and enter o Pressure o wing-bod-ail ombinations at ubsoni, ransoni, and upersoni peeds, Report