Configuration. Oleh:

Transkripsi

1 RANCANG BANGU UN ROKET REX-22 : ANALISIS AERODINAMIKA KONFIGURASI BENTUK ROKET Design and Manufacturing REX-22 Rocket : Aerodynamics Analysis of Rocket Configuration Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Aeronautika Di Jurusan Teknik Mesin Oleh: Aditya Pramudita POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 20122

2 RANCANG BANGUN ROKET REX-22 : ANALISIS AERODINAMIKA KONFIGURASI BENTUK ROKET Penulis: Nama : Aditya Pramudita Penguji: 1. Ketua : Dr. Maria F. Soetanto, Dipl.Ing, MT 2. Anggota : Y. Sinung Nugroho, Dipl. Ing, MT 3. Anggota : Sugianto, SST. M. Eng Tugas Akhir ini telah disidangkan pada tanggal 18 Juli 2012 dan disahkan sesuai ketentuan. Pembimbing I, Pembimbing II, Singgih Satrio Wibowo, MT NIP Moch.Luthfi, Dipl.Ing, MT NIP Ketua Jurusan, Ir. Ali Mahmudi, M. Eng NIP

3 No. Coal mining may be your life, but its not mine.. I never going down there again. I wanna go into space Based on true story movie October Sky (1999) Homer Hickam, Jr. Later became engineer at NASA, training astronauts for Space Shuttle Mission.

4 KATA PENGANTAR Puji syukur kami panjatkan kehadirat Allah Swt atas rahmat dan karunia-nya penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini. Tak lupa penulis ucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang baik secara langsung atau pun tidak langsung telah membantu proses penulisan Laporan Tugas Akhir ini dari awal hingga akhir. Laporan Tugas Akhir yang berjudul Rancang Bangun Roket REX-22 : Analisis Aerodinamika Konfigurasi Bentuk Roket ini secara garis besar akan membahas mengenai kaji analisis aerodinamika pada roket REX-22 menggunakan perangkat lunak Digital Datcom serta stabilitas statik dengan menggunakan kaji teoritik. Penulis sadar bahwa dalam Laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan, hal ini dikarenakan keterbatasan kemampuan dan pengetahuan penulis. Oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dari para pembaca. Semoga laporan Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita. Bandung, Juli 2012 Penulis iii

5 UCAPAN TERIMA KASIH Penulis ucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah banyak membantu penulis. Penulis menyadari bahwa tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak, baik dari masa perkuliahan sampai pada penyusunan tugas akhir ini sangatlah sulit bagi penulis. Penulis ucapkan terima kasih kepada : 1. Allah Swt, 2. Ibu dan Bapak yang selalu mendoakan, mensupport dalam segala upaya dan memberikan perhatian serta kasih sayang yang tak terbatas kepada penulis. 3. Adikku yang penulis sayangi dan seluruh keluarga yang telah memberikan dukungan material maupun moril juga motivasi kepada penulis. 4. Bapak Singgih Satrio Wibowo, selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan waktu, tenaga dan pikiran serta motivasi dalam mengarahkan penulis dalam penulisan tugas akhir ini. 5. Bapak Moch. Lutfhi selaku pembimbing yang banyak membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir. 6. Bapak Budi Hartono dan Ibu Maria F. Soetanto selaku wali dosen aero 2009 yang telah sabar membimbing dan senatiasa memberikan saran disaat mahasiswa sedang menghadapi permasalahan. 7. Bapak Tria Ma riz Arief selaku Ketua Program Studi Teknik Aeronautika 8. Staf pengajar Teknik Aeronautika : Bapak Y.Sinung Nugroho, Bapak Carolus Bintoro, Bapak Nur Rahmat, Bapak Teguh Wibowo, Bapak Radi Suradi, Bapak Sentot Purbadi, Bapak Sugianto, Bapak Vicky Wuwung, dan Ibu Lenny Iryani. Terima kasih atas ilmu yang telah diberikan. 9. Bapak M. Ilyas, Pak Ade, Pak Ramta, Pak Asep, Pak Entis dan Ibu Amel atas segala bantuan yang telah diberikan. 10. Deni dan Iwong sahabat dan rekan Tugas Akhir penulis terima kasih atas kesabaran, ketekunan, dan segala bantuan yang kalian diberikan. iv

6 11. Kontrakan boys : Rio, Reza, Adrian, Agus, Iwong dan Deni serta yang lain 2 tahun kita bersama dalam satu rumah. Terima kasih buat semua bantuan dan kasih sayangnya David, Dicko, Benny yang selalu mewarnai aero Lady Aero 2009 yang cantik-cantik : Linda, Ame, Dama dan Ima 14. Rekan Aero 2009: Bhima, Fadlih Crb, Drajat, Harvi, Indra K, Johan, Rubby, Sambas, Dede Yahdi, Nelwan, Bang Nof, Steven, a Syarif, Satria Pesona dan Pak KM Satria Laksana juga Olaf dan Dimas. Perjuangan dan persahabatan kita belum berakhir sampai sini. 15. Untuk Fadlih maafkan atas segala yang terjadi padamu dlih karena roket kita. 16. Sahabat penulis yang selalu mendukung dan memberi motivasi Oryza dan Abdul, Nonis, dan lainnya. 17. Aero 2007 dan 2008, terima kasih atas bimbingannya kawan. 18. Aero 2010 dan 2011, terima kasih buat segala bantuan yang kalian berikan 19. Dan semua teman yang telah membantu penulis yang tidak bisa penulis tuliskan satu-persatu. v

7 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... iii UCAPAN TERIMA KASIH.... iv DAFTAR ISI... vi DAFTAR GAMBAR.... viii DAFTAR TABEL... x DAFTAR NOTASI... xi ABSTRAKSI.... xii BAB I PENDAHULUAN... I Latar Belakang... I Tujuan Penelitian Tugas Akhir... I Ruang Lingkup dan Batasan Masalah... I Metodologi... I Sistematika Penulisan... I-4 BAB II LANDASAN TEORI... II Definisi Umum... II Revolusi Body... II Konfigurasi Nose-cylinder... II Konfigurasi Body... II Konfigurasi Ekor... II Alat Penstabil... II Aerodinamika Roket... II Gaya dan Momen Aerodinamika... II Stabilitas Statik... II Regime Kecepatan... II Aliran Kompresibel.....II-18 BAB III METODOLOGI DAN PROSES PENYELESAIAN... III Metodologi Penyelesaian... III Perangkat Lunak Digital DATCOM... III Batasan Operasional... III Input Digital Datcom... III-4 vi

8 3.2.3 Output Digital Datcom... III Perangkat Lunak OpenRocket... III Kemampuan Program... III Konfigurasi, Perancangan dan Pembuatan Roket REX III Geometri Roket REX III Perancangan dan pembuatan nose cone... III Perancangan tabung payload roket... III Perancangan dan pembuatan sirip... III Perancangan tabung motor... III Perancangan nosel dan bulkhead... III Pembuatan Penopang... III Input Digital Datcom... III Konfigurasi Body dan Wing... III Konfigurasi Body, Wing dan Sirip Vertikal... III Konfigurasi Body, Wing, Vertical Tail dan Ventral Fin... III-21 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... IV Data-Data Hasil Komputasi... IV Analisis Data Hasil Komputasional... IV Analisis Stabilitas Statis... IV-9 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... V Kesimpulan... V Saran... V-1 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A LAMPIRAN B LAMPIRAN C vii

9 DAFTAR GAMBAR Gambar II. 1 Bagian-Bagian Roket [16]... II-2 Gambar II. 2 Jenis Nose cone Roket Konvensional [17]... II-3 Gambar II. 3 Jenis - Jenis Sirip (Fin)... II-5 Gambar II. 4 Gaya Hambat Roket Pada Kecepatan Subsonik... II-8 Gambar II. 5 Wave drag yang terjadi pada kecepatan hipersonik [20]... II-9 Gambar II. 6 Contoh skin friction drag [19]... II-12 Gambar II. 7 ilustrasi Pressure drag yang terjadi pada sebuah bola... II-13 Gambar II. 8 Parasit Drag yang diakibatkan oleh Launch Lug... II-14 Gambar II. 9 Gaya yang Bekerja pada Roket [21]... II-14 Gambar III. 1 Flow Chart... III-1 Gambar III. 2 Tampilan desain utama pada OpenRocket... III-6 Gambar III. 3 Geometri REX-22 (dalam cm)... III-7 Gambar III. 4 Conical NoseCone[22]... III-8 Gambar III. 5 Grafik Conical NoseCone... III-8 Gambar III. 6 Eliptical NoseCone[22]... III-9 Gambar III. 7 Grafik Eliptical Nosecone... III-9 Gambar III. 8 Parabolic (power series) NoseCone[22]... III-10 Gambar III. 9 Grafik Parabola NoseCone... III-10 Gambar III. 10 Proses Pembuatan Nose cone... III-12 Gambar III. 11 Proses Pembuatan Fin (sirip) Roket REX III-14 Gambar III. 12 Konfigurasi Body dan Wing Tampak Samping... III-17 Gambar III. 13 Konfigurasi Body dan Wing Tampak Belakang... III-18 Gambar III. 14 Konfigurasi Body, Wing dan Vertikal Tail Tampak Samping... III-20 Gambar III. 15 Konfigurasi Body, Wing dan Vertikal Tail Tampak Samping... III-20 Gambar III. 16 Konfigurasi Body, Wing, Vertical Tail dan Ventral Fin Tampak Samping... III-21 Gambar III. 17 Konfigurasi Body, Wing, Vertical Tail dan Ventral Fin Tampak Belakang... III-22 Gambar IV.1 Grafik C L terhadap Sudut Serang untuk Berbagai Bilangan Mach... IV-1 Gambar IV.2 Grafik C D terhadap Sudut Serang untuk Berbagai Bilangan Mach... IV-2 Gambar IV.3 Grafik Cm terhadap Sudut Serang untuk Berbagai Bilangan Mach... IV-2 viii

10 Gambar IV. 4 Grafik C L terhadap Sudut Serang untuk Berbagai Bilangan Mach... IV-3 Gambar IV. 5 Grafik C D terhadap Sudut Serang untuk Berbagai Bilangan Mach... IV-4 Gambar IV. 6 Grafik Cm terhadap Sudut Serang untuk Berbagai Bilangan Mach... IV-4 Gambar IV. 7 Grafik C L terhadap Sudut Serang untuk Berbagai Bilangan Mach... IV-5 Gambar IV. 8 Grafik C D terhadap Sudut Serang untuk Berbagai Bilangan Mach... IV-6 Gambar IV. 9 Grafik Cm terhadap Sudut Serang untuk Berbagai Bilangan Mach... IV-6 Gambar IV. 10 Grafik C D terhadap Bilangan Mach pada Berbagai Konfigurasi pada α=2... IV-7 Gambar IV. 11 Grafik C L terhadap Bilangan Mach pada Berbagai Konfigurasi pada α=2... IV-7 Gambar IV. 12 Grafik Cm terhadap Bilangan Mach pada berbagai Konfigurasi pada α=2... IV-8 ix

11 DAFTAR TABEL Tabel III- 1 Input Digital Datcom... III-4 Tabel III- 2 Besar Gaya Hambat Berbagai Bentuk NoseCone... III-11 Tabel III- 3 Koordinat Nose dengan Body Roket REX-22 (dalam cm)... III-18 Tabel III- 4 Geometri Sirip Roket REX III-19 Tabel III- 5 Koordinat Airfoil Roket REX III-19 x

12 DAFTAR NOTASI LAPAN Lembaga Penelitian dan Antariksa Nasional L Lift (Gaya Angkat) (N) D Drag (Gaya Hambat) (N) W Weight (Berat) (N) T Thrust (Gaya Dorong) (N) M Bilangan Mach cg Center of gravity (pusat berat) cp Center of pressure (pusat tekanan) cm Center of mass (pusat massa) ᵨ Massa Jenis (kg/m 3 ) G Gravitasi (m/s 2 ) V Kecepatan terbang wahana (m/s) C L Coefficient of Lift (koefisien Lift) C D Coefficient of Drag (Koefisien Gaya Hambat) C M Coefficient of Moment (Koefisien Momen) C Mα Coeffisient Momen Pitch (koefisien momen turunan terhadap sudut serang) CN Koefisien gaya normal ᶿ Sudut pitch l/d Length to Diameter C r Chord root C t Chord tip S Span A Area (m 2 ) T r Thickness root (ketebalan pada root) Thickness tip (ketebalan pada tip) T t xi

13 ABSTRAKSI Kebutuhan pengambilan data di angkasa sangat diperlukan oleh para ilmuan baik untuk kebutuhan meteorologi ataupun eksplorasi ruang angkasa. Kebutuhan data-data ini memerlukan parameter yang tidak sedikit dan dilakukan berulang-ulang. Berdasarkan atas kebutuhan yang cepat dan murah maka perlu kendaraan yang cocok untuk mengambil data tersebut. Dan roket adalah salah satu jalan alternatif untuk mendapatkan data-data tersebut. Dalam tugas akhir ini penulis melakukan perancangan dan membangun roket yang menggunakan bahan bakar gula juga mengkaji karakteristik aerodinamika pada roket tersebut seperti C L, C D, dan juga C M serta stabilitas statik. Kajian karakteristik aerodinamika menggunakan perangkat lunak Digital Datcom. Hasil dari analisis ini roket Rex-22 bahwa setiap perubahan konfigurasi, koefisien drag (C D ) bertambah rata-rata 6%, namun pada setiap perubahan konfigurasi ini tidak berpengaruh kepada koefisien lift (C L ). Harga Cm bernilai negatif pada sudut serang positif menandai bahwa roket stabil. Nilai kestabilan ini pula ditandai dengan besar static margin yang bernilai caliber. Keywords : Digital Datcom, Karakteristik Aerodinamika, Roket, Rancang Bangun xii

14 ABSTRACT The need for data retrieval in space is needed by scientists both for meteorological or space exploration. Needs of these data requires a parameter is not small and repeatable. Based on the needs of a fast and cheap it is necessary to a suitable vehicle to retrieve the data. And the rocket is one alternative way to obtain such data. In this thesis the author designing and building rockets that use sugar fuels, also examine the aerodynamic characteristics of the rocket as C L, C D, and C M and static stability. Study of aerodynamic characteristics using the software Digital Datcom. The results of this analysis REX-22 rocket that any configuration changes, the coefficient of drag (C D ) increased an average of 6%, but in every configuration change does not affect the coefficient of lift (C l ). Value of C M is negative on the positive angle of attack indicating that the rocket is stable. The value of this stability is also indicated by the value of the static margin caliber. Keywords: Digital Datcom, Characteristics of Aerodynamics, Rocket, Design Manufacture. xiii

15 DAFTAR PUSTAKA [1] Barrowman, James Calculating The Center of Pressure of a Model Rocket, Centuri Enginering Company. Inc, Arizona [2] Brinley, Bertrand R Rocket Manual For Amateurs. Ballantine Books.Inc, New York. [3] Ginting, Salam dan Maryono Ismail. [No Date]. Analisa Perubahan Static Margin Perancangan Roket Kendali RKX 70 mm. LAPAN. [4] Krasnov, NF, Aerodynamics (translated From Rusian), American Publ. Co. Pvt.Ltd., New Delhi. [5] Niskanen, Sampo Depelovment of an Open Source Model Rocket Simulation. Master s Thesis, Degree Program of Engineering Physics and Mathematics, Helsinki University of Technology. [6] Thiokol Corporation. [No Date]. Rocket Basics. Thiokol Corp., Ogden. [7] USA Department Of Defense Design Of Aerodinamically Stabilized Free Rockets. MIL-HDBK-762(MI), United States Of America. [8] Wahyuni, Astrid & Pranata Humas. [No date]. Aspek-Aspek Terkait dalam Merancang Roket Kendali RKX pada Tahap Awal, Lapan. [9] Wibowo, Singgih Satrio Perhitungan Karakteristik Aerodinamika dan Analisis Dinamika dan Kestabilan Dimensi Pada Modus Longitudinal Roket RX 250 LAPAN. Laporan Tugas Sarjana, Departemen Teknik Penerbangan, Fakultas Teknik Industri, ITB, Bandung. [10] Wibowo, Singgih Satrio Digital Datcom. Politeknik Negeri Bandung. [11] [No name] Panduan Kompetisi Muatan Roket Indonesia KOMURINDO DEPDIKNAS, Jakarta.

16 [12] Benson, Tom. [No Date]. Rocket Index. [cited 14 Oktober 2011]; available from : [13] Nakka, Richard Richard Nakka s Experimental Rocketry Website. [cited 14 Oktober 2011]; available from: [14] [No Name]. [No Date]. Designing Model Rocket. [cited 4 Februari 2012]; available from : [15] [16] [17] [18] types-of-drag.html [19] [20] [21] [22] Crowell, G.A., Sr The Descriptive Geometry Of Nose Cones Version 1.64; Copyright 1996.