RANCANG BANGUN WING IN GROUND EFFECT AIRCRAFT : SIMULASI NUMERIK MENGGUNAKAN CFD NUMECA

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN WING IN GROUND EFFECT AIRCRAFT : SIMULASI NUMERIK MENGGUNAKAN CFD NUMECA Design And Manufacturing of Wing In Ground Effect Aircraft : Numerical Simulation By CFD Numeca Software Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III Program Studi Teknik Aeronautika Di Jurusan Teknik Mesin Oleh: BHIMA ARSNANTO LAKSONO NIM POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012

2

3 BIODATA PENULIS Nama : Bhima Arsnanto Laksono Tempat, Tanggal Lahir : Bandung, 27 Juni 1991 Agama Alamat : Islam : Komp. Tirta Kencana No E-3, Jl Pasantren Kode Pos : Cibabat-Cimahi bhimapunishment@gmail.com Riwayat Pendidikan : Program DIII Program Studi Teknik Aeronautika, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Bandung : SMAN II Cimahi : SMPN I Cimahi : SDN Tresnabudhi II Cimahi

4 iii

5 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena berkat rahmat dan karunia-nya lah penulis dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir ini. Penyusunan Laporan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat kelulusan yang wajib dilaksanakan di Program Studi Teknik Aeronautika Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Bandung. Adapun judul laporan Tugas Akhir ini adalah : Rancang Bangun Wing In Ground Effect Aircraft : Simulasi Numerik Menggunakan CFD-NUMECA Penulis menyadari bahwa penulisan laporan Tugas Akhir ini masih jauh sempurna. Hal ini dikarenakan keterbatasan yang dimiliki oleh penulis baik dari segi pengetahuan maupun dari segi pemahaman materi yang didapatkan. Oleh karena itu, penulis sangat terbuka akan adanya kritik dan saran dari para pembaca, sehingga penulisan Tugas Akhir ini dapat menjadi lebih sempurna untuk kedepannya. Akhir kata, semoga tulisan ini bermanfaat bagi para pembaca, baik untuk menambah wawasan maupun sebagai referensi bagi penulisan Tugas Akhir selanjutnya. Bandung, 2012 Penulis iv

6 UCAPAN TERIMA KASIH Pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih sebesarbesarnya kepada Allah SWT, karena berkat rahmat dan karunianya, Tugas Akhir ini dapat berjalan dengan baik. Selain itu, penulis juga ingin berterima kasih pada pihak-pihak yang telah membantu penulis, baik secara moril maupun materiil sehingga Tugas Akhir dapat diselesaikan pada waktunya dengan baik. Semoga Allah SWT membalas segala kebaikan yang telah diberikan. Adapun pihak-pihak tersebut adalah : 1. Kedua orang tua tercinta yang selalu memberikan motivasi dan memberikan ketenangan dimasa-masa sulit. 2. Adik dan keluarga penulis yang telah memberikan dukungan dan memberikan semangat. 3. Bapak Y. Sinung Nugroho, Dipl. Ing, MT selaku pembimbing I yang telah membimbing dengan sepenuh hati sehingga tugas akhir ini dapat penulis selesaikan dengan baik. 4. Bapak Vicky Wuwung, MT selaku pembimbing II yang telah banyak membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir. 5. Bapak Joose Widjojo selaku pembimbing manufaktur yang telah membimbing penulis dalam proses pembuatan, dan segala bantuan yang telah diberikan. 6. Bapak Budi Hartono ST, MT selaku wali kelas aero 2009 dan Ibu Dr. Maria Fransisca Soetanto, Dipl-Ing, MT sebagai wali kelas pengganti atas segala masukan dan motivasi yang diberikan pada penulis. v

7 7. Drajad Eko Widodo selaku rekan Tugas Akhir penulis yang memberikan banyak inspirasi bagi penulis dalam mengerjakan berbagai tugas. 8. Bapak Ir. Ali Mahmudi, M.Eng selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Bandung. 9. Seluruh staf pengajar Program Studi Teknik Aeronautika. 10. Seluruh rekan seperjuangan penulis, Teknik Aeronautika Politeknik Negeri Bandung angkatan 2009 yang telah memberikan banyak sekali bantuan pada penulis dalam pengerjaan Tugas Akhir. 11. Seluruh pihak yang telah membantu dalam pengerjaan Tugas Akhir ini baik secara moril maupun materiil yang tak dapat penulis sebutkan satu persatu. vi

8 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... iv UCAPAN TERIMA KASIH... v DAFTAR ISI... vii DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR NOMENKLATUR... xii ABSTRAKSI... xiii ABSTRACT... xiv BAB I PENDAHULUAN... I Latar Belakang Masalah... I Perumusan Masalah... I Tujuan... I Ruang Lingkup dan Batasan Masalah... I Metodologi... I Sistematika Penulisan... I-3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... II Gaya-Gaya pada pesawat terbang... II Profile Drag... II Induced Drag... II Ground Effect... II Chord Dominated Ground Effect (CDGE)... II Span Dominated Ground Effect (SDGE)... II Wing In Ground Effect Aircraft... II Ram Wing... II Ekranoplan Wings... II Tandem Wings... II Inverted Delta Wings... II Keunggulan Wing In Ground Effect Aircraft... II Kelemahan Wing In Ground Effect Aircraft... II-11 vii

9 2.4 CATIA... II NUMECA FINE /Open... II-12 BAB III METODOLOGI DAN PROSES PENYELESAIAN... III Metode Penyelesaian... III Perancangan Model Pesawat... III Proses Perancangan... III Pembuatan Model... III Proses Analisis Menggunakan NUMECA... III-8 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN... IV Penentuan Jenis Aliran Udara Pada Pengujian Model Pesawat... IV Karakteristik Aerodinamika Airfoil Model... IV Distribusi Tekanan Statik Airfoil... IV Distribusi Kecepatan Pada Airfoil... IV Karakteristik Aerodinamik Model Pesawat... IV Pola Aliran Udara Pada Pesawat... IV Analisis Gaya Angkat Model Pesawat... IV Pengujian Di Lapangan... IV Analisis Pengujian Di Lapangan... IV-11 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... V Kesimpulan... V Saran... V-1 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN viii

10 DAFTAR GAMBAR Gambar II. 1 Gaya-gaya yang bekerja pada pesawat... II-2 Gambar II. 2 Contoh form drag pada berbagai bentuk... II-2 Gambar II. 3 Skin Friction Drag... II-3 Gambar II. 4 Skema dari wing tip vortex... II-4 Gambar II. 5 Induced Drag... II-4 Gambar II. 6 Airfoil pada kondisi out of ground (a) dan in ground effect (b)... II-6 Gambar II. 7 Kekuatan vortex pada pesawat saat terbang dalam kondisi yang berbeda... II-7 Gambar II. 8 µsky-1... II-9 Gambar II. 9 Caspian Sea Monster... II-10 Gambar II. 10 Jörg VI dan Jörg II... II-10 Gambar II. 11 Lippisch X II-11 Gambar III. 1 Flowchart proses pembuatan model WIG ALPHA X-01. III-1 Gambar III. 2 Flowchart proses kaji numerik WIG ALPHA X III-2 Gambar III. 3 Lippisch WIG : Airfish model by Maryn Von de Ruit... III-3 Gambar III. 4 WIG Model by NUS (Junde, Jiang: 2006)... III-3 Gambar III. 5 Proses perancangan dengan menggunakan CATIA... III-4 Gambar III. 6 Hasil perancangan pertama... III-5 Gambar III. 7 Perubahan desain... III-5 Gambar III. 8 Kayu Balsa... III-6 Gambar III. 9 Papan Triplek... III-6 Gambar III. 10 Monokote Plastic Shrink Wrap Film... III-7 Gambar III. 11 Model Pesawat yang telah dibuat... III-7 Gambar III. 12 Proses mengimport data dari parasolid... III-8 Gambar III. 13 Model yang telah diimport... III-9 Gambar III. 14 Pembuatan box sebagai boundary... III-9 Gambar III. 15 Proses substract body... III-10 Gambar III. 16 Proses export ke format file *dom... III-10 ix

11 Gambar III. 17 Setting boundary condition... III-11 Gambar III. 18 Setting untuk tahap Initial Mesh... III-11 Gambar III. 19 Setting global parameters untuk tahap Adapt to Geometry... III-12 Gambar III. 20 Setting Surface Adaptation untuk tahap Adapt to Geometry... III-12 Gambar III. 21 Grid yang sudah jadi... III-13 Gambar III. 22 Hasil pengimportan file grid... III-14 Gambar III. 23 Pengeditan Fluid Model... III-14 Gambar III. 24 Pengeditan flow model parameters... III-15 Gambar III. 25 Pengeditan Solid part pada Boundary Condition... III-15 Gambar III. 26 Pengeditan external pada Boundary Condition... III-16 Gambar III. 27 Pengeditan parameter Initial Solution... III-16 Gambar III. 28 Pengeditan Numerical Parameter... III-16 Gambar III. 29 Pengeditan output parameters... III-17 Gambar III. 30 Pengeditan control variables... III-17 Gambar III. 31 Residual yang sudah mencapai konvergen... III-18 Gambar III. 32 Lift... III-19 Gambar III. 33 Drag... III-19 Gambar III. 34 Momen... III-19 Gambar IV. 1 Grafik CL vs α Airfoil... IV-2 Gambar IV. 2 Grafik C D vs α Airfoil... IV-3 Gambar IV. 3 Distribusi tekanan statik airfoil out of ground effect... IV-3 Gambar IV. 4 Distribusi tekanan statik airfoil in ground effect... IV-4 Gambar IV. 5 Distribusi kecepatan udara pada airfoil out of ground effect... IV-4 Gambar IV. 6 Distribusi kecepatan udara pada airfoil in ground effect.. IV-5 Gambar IV. 7 Grafik C L vs α pada tinggi terbang yang berbeda... IV-6 Gambar IV. 8 Grafik C D vs α pada tinggi terbang yang berbeda... IV-7 Gambar IV. 9 Grafik C M vs α pada tinggi terbang yang berbeda... IV-7 x

12 Gambar IV. 10 Pola aliran udara pada h=0.5 m (tampak samping)... IV-8 Gambar IV. 11 Pola aliran udara pada h=0.5 m (tampak belakang)... IV-8 Gambar IV. 12 Pola aliran udara pada h= m (tampak samping)... IV-9 Gambar IV. 13 Pola aliran udara pada h= m (tampak belakang)... IV-9 Gambar IV. 14 Pengujian terbang di Lanud Sulaiman... IV-10 xi

13 DAFTAR NOMENKLATUR a Speed of Sound/ Kecepatan Suara AR Aspect Ratio b Wingspan c Chord Length/ Panjang Chord C D C Di C Dp C L C M cp D e h L m M M a S T V V W α α eff α i π Phi/ 3,14 Drag Coefficient/ Koefisien Gaya Hambat Induced Drag Coefficient/ Koefisien Gaya Hambat Imbas Profile Drag Coefficient/ Koefisien Gaya Hambat Profile Lift Coefficient/ Koefisien Gaya Angkat Moment Coefficient/ Koefisien Momen Center of Pressure Drag/ Gaya Hambat Span Efficiency Height/ Tinggi Lift/ Gaya Angkat Massa Moment/ Momen Mach Number Wing Area/ Luas Sayap Thrust / Gaya Dorong Velocity/ Kecepatan Freestream Velocity/ Kecepatan Udara Bebas Weight / Gaya Berat Angle of Attack/ Sudut Serang Effective Angle of Attack/ Sudut Serang Efektif Induced Angle of Attack/ Sudut Serang Imbas xii

14 ABSTRAKSI Indonesia merupakan negara kepulauan yang tidak pernah terlepas dari kebutuhan transportasi, terutama transportasi laut dan udara dalam penyeberangan antar pulau. Dalam pengembangannya, sistem transportasi di Indonesia cukup baik. Namun jenis transportasi yang digunakan masih banyak memiliki kekurangan. Di beberapa negara, sudah banyak dikembangkan sistem transportasi yang bernama Wing In Ground Effect Aircraft (WIG). Transportasi ini terus dikembangkan karena cukup efisien dalam pengoperasiannya. Tugas akhir ini merancang model pesawat Wing In Ground Effect yang terbang dengan memanfaatkan prinsip Ground effect dan juga melakukan pengkajian secara numerik pada desain pesawat tersebut dengan menggunakan perangkat lunak NUMECA. Dari pengkajian secara numerik, didapatkan koefisien-koefisien aerodinamika yang berperan terhadap model pesawat tersebut. Diantaranya didapatkan koefisien gaya angkat (C L ) maksimum dalam kondisi ground effect sebesar 1, Selain itu terbuktikan bahwa koefisien gaya angkat (C L ) pada kondisi ground effect lebih besar dibandingkan C L pada kondisi out-of-ground effect. koefisien gaya hambat (C D ) dalam kondisi ground effect cenderung lebih kecil dibandingkan dalam kondisi out-of-ground. xiii

15 ABSTRACT Indonesia is an archipelago that is never detached from the needs of the transportation, especially sea and air transport in inter-island crossings. Transportation system in Indonesia is quite good in its development. But the type of transport used is often inneficient. In some countries, transportation system called Aircraft Wing In Ground Effect (WIG) have been developed. Transportation continues to be developed because it is quite efficient in its operation. This final project as designed models of Wing In Ground Effect aircraft which it can flies using ground effect principle and also perform numerical assessment on the design of aircraft using NUMECA software. From the numerical assessment, can be obtained the aerodynamic coefficients that contribute to the airplane model. Among obtained maximum lift coefficient (C L ) in the ground effect is Moreover proven that the coefficient of lift (C L ) on the ground effect condition is greater than the C L on the out-of-ground effect condition. Drag coefficient (C D ) in ground effect conditions tend to be smaller than in the conditions out-of-ground. xiv

16 DAFTAR PUSTAKA Rozhdestvensky,K.V Aerodynamics of a Lifting System in Extreme Ground Effect. Springer-Verlag. Anderson, John D Fundamentals of Aerodynamics.United States of America : McGraw-Hill. Inc Angle of Attack. /Angle_of_attack. (Januari 2012) Benedict, Ng Dyi En Structure design and analysis for a small-scale wing in ground (WIG) vehicle. Singapore : National University of Singapore. Junde, Jiang Aerodynamics and Propulsion for an Inverted Delta Wing-In-Ground Effect Aircraft.Singapore : National University of Singapore. Fauzan, Eris,2008. Gaya-gaya yang bekerja pada pesawat terbang. Kasravi, Kas Aerodynamic Theory. Kohler, B Types Of WIG Craft. com/intro3.htm. Qihui, Lee Stability, Control and Performance for an Inverted Delta Wing-In-Ground Effect Aircraft.Singapore : National University of Singapore. Rader, Karl Ground Effect: It's Not a Cushion, it's an Effect of Lift Creation. Why and How RC Model Airplanes Fly. 20 Januari. The WIG Page. php.,2011. Ground Effect Vehicle. Ground_effect_vehicle. (Desember 2011),2011. Types of Drag. Ground Effect (Aircraft). wiki/ground_effect_(aircraft). (Januari 2012)