Beban Pesawat. Dipl.-Ing H. Bona P. Fitrikananda 2013

Transkripsi

1 Beban Pesawat Dipl.-Ing H. Bona P. Fitrikananda UA MTC

2 Introduction Beban Pesawat / Aircraft Loads 2

3 Pendahuluan Wilbur Wright: I am constructing my machine to sustain about five times my weight and I am testing every piece. I think there is no possible chance of its breaking while in the air 3

4 Pendahuluan Permasalahan struktur sudah ada sejak awal pesawat dibuat. Syarat umum struktur pesawat: ringan tapi kuat. Untuk itu dalam pembuatan pesawat modern digunakan konsep struktur (konstruksi) ringan, dengan menggunakan spt. Spar, rib dsb. 4

5 5

6 Bagian-bagian Pesawat Ekor Tegak (Vertical Tail) Bidang Kemudi Sistem Propulsi Ekor Datar (Horizontal Tail) Fuselage Wing Landing Gear 6

7 Bagian-bagian Pesawat Fuselage Sayap kestabilan pada arah horizontal Bidang Kemudi kestabilan pada arah lateral Ekor Datar (Horizontal Tail) bagian utama pesawat - penghasil gaya angkat utama. Pada kondisi tertentu gaya angkat lebih besar dari berat total pesawat Ekor Tegak (Vertical Tail) tempat dimana payload (muatan) ditempatkan terdiri dari: elevator, rudder, aileron Sistem Propulsi penghasil gaya dorong pesawat 7

8 Terminologi Mission Profile Payload semua jenis muatan (penumpang, bagasi, kargo dll.) Weight / Berat perkiraan manuver pesawat selama operasi jenis berat pada pesawat Power Available dan Power Required daya yang tersedia dan daya yang dibutuhkan 8

9 Terminologi Rate of Climb (R/C) dan Rate of Descent (R/D) kecepatan menanjak / menurun Absolute Ceiling dan Service Ceiling ketinggian absolute - ketinggian pesawat pada saat R/C = 0 ketinggian efektif - ketinggian pesawat pada saat R/C m/s 9

10 Terminologi Pada Struktur dikenal istilah: Kekuatan Statik kemampuan struktur untuk menerima beban yang sangat tinggi - Static Design Load (Beban Perancangan Statik) Kekuatan Fatique kemampuan struktur menerima beban yang berulang Fatique Load Spectrum (FLS): Penentuan FLS - penentuan beban baik dari segi harga maupun dari segi frekuensi keterjadiannya Load Factor: berat total aerodinamika dibagi dengan harga beban gravitasi 10

11 Jenis-jenis pembebanan Beban Aerodinamika Lift, Drag, Thrust serta Momen yang terjadi Beban Gravitasi beban yang diterima pesawat akibat massa pesawat, payload serta bahan bakar Beban Darat taxin, take-off run dsb. Beban Lain-lain Beban Cabin Pressure, Beban Akustik, dsb. 11

12 Kategori Beban Eksternal Air Loads Di bawah kontrol pilot - due to airplane maneuvere Di luar kontrol pilot - due to Air Gust Landing Loads Landing on Land (wheel atau ski type) Landing on Water Arresting (pendaratan pesawat angkut) Power Plant Loads Thrust Torgue 12

13 Kategori Beban Eksternal Take Off Loads Catapulting Assisted take off with auxiliary short period Special Loads Towing Airplane Beaching of Hull type Airplane Fuselage Pressurizing Weight and Inertial Loads 13

14 Regulasi Istilah-istilah dalam regulasi: Airworthiness Requirements / Persyaratan Kelaikan Udara Loading Case / kasus beban Design Loading Cases terjadinya suatu jenis pembebanan tertentu dengan harga tertentu pada suatu kondisi terbang sejumlah besar kasus beban yang harus diperhatikan pada desain pesawat terbang Critical Design Loading Case Satu kasus beban yang mengakibatkan tegangan tertinggi pada setiap elemen 14

15 Regulasi Istilah-istilah dalam regulasi: Limit Load Design Loading Ukuran design load. Di bawah Limit Load, struktur pesawat tidak boleh menunjukkan gejala deformasi permanen untuk menyatakan kondisi-kondisi yang jarang muncul Ultimate Load 1,5 kali Limit Load (yang biasa diminta oleh Regulasi) Safety Factor (j) Certificate of Airworthiness 15

16 Regulasi Jenis Regulasi Kelaikan Udara: FAR JAR BCAR CASR Mil-Spec 16

17 Regulasi Regulasi (untuk masalah struktur) (FAR 25): General Flight Maneuver and Gust Conditions Suplementary Conditions Control Surface and System Loads Ground Loads Water Loads Emergency Landing Conditions Fatigue Evaluation Lightning Protection 17

18 Safety Factor Memberikan pengamanan terhadap kegagalan struktur dalam hal: terjadinya beban-beban lebih tinggi dari Limit Load kekuatan yang sebenarnya dari pesawat terbang adalah kurang dari teoritis perhitungan. Penyebab: toleransi ukuran material kesalahan produksi kesalahan perhitungan 18

19 Perancangan dan Analisis Konstruksi Ringan Struktur pesawat yang dirancang harus mampu menahan beban-beban yang terjadi ketika pesawat berada di darat maupun di udara. Kemampuan struktur pesawat dalam menahan beban tersebut dapat dianalisis dengan mengikuti workflow perancangan struktur sehingga struktur yang dirancang mampu menjalankan fungsinya dan memenuhi faktor keselamatan (safety). 19

20 Perancangan dan Analisis Konstruksi Ringan Workflow perancangan struktur berisi tentang : penentuan beban (statik, dinamik, operasional, environmental), airframe/struktur (skeletal, plate-shell, continuum), struktural responses (axial, shear, bending, torsion; stress, strain, Mohr circle, displacement, vibration, energy), local effects (notch, cracks), material (metal, composites; ductile, brittle; tanpa cacat), failure theories (Tresca, Hencky, modified Mohr) failure modes (static, fatique, static instability, dynamic response, dynamic instability, corrosion, etc). 20

21 Perancangan dan Analisis Konstruksi Ringan Penentuan jenis beban (loads) menempati urutan pertama dalam work-flow perancangan pesawat terbang. Secara umum, struktur pesawat pengalami dua jenis pembebanan, yaitu : Static Load (Overload) atau pembebanan static-beban yang sangat tinggi. Kurva stress vs load point menunjukkan letak static load dalam operasi penerbangan. 2. Operasional Loads-beban yang terlalu tinggi tetapi terjadi secara berulang-ulang (beban fatique). Beban operasional ini adalah beban yang paling sering dialami oleh struktur pesawat

22 Perancangan dan Analisis Konstruksi Ringan Limit Load Limit load atau beban limit adalah beban maksimum yang dapat diantisipasi oleh pesawat selama masa terbangnya. Struktur pesawat harus mampu menahan beban limit tanpa mengalami deformasi permanen yang bersifat merusak. Design Load (Ultimate Load) Design Load adalah hasil antara limit load dan faktor keamanan (safety factor). Ultimate Load = Limit Load x Safety Factor. Umumnya, faktor keamanan adalah sebesar 1.5. Persyaratan menentukan bahwa struktur pesawat harus mampu menahan ultimate load tanpa mengalami deformasi yang bersifat merusak. 22

23 Perancangan dan Analisis Konstruksi Ringan Perancangan struktur adalah proses iteratif yang melibatkan pendefinisian (sintesis) struktur dan analisis untuk memenuhi persyaratan perancangan tertentu. Suatu struktur dapat didefinisikan dengan memilih jenis, konfigurasi dan ukuran komponen. Analisis pada struktur diperlukan guna mendapatkan respon struktur seperti tegangan, regangan dan perpindahan akibat pengaruh lingkungan (misal : akibat pembebanan dan thermal effect). Struktur dianggap mampu memenuhi fungsinya apabila respon struktur masih dalam batas-batas yang diijinkan; seperti kekuatan material, beban tekuk kritis, frekwensi pembebanan dan sebagainya. 23

24 Perancangan dan Analisis Konstruksi Ringan Production Function Safety Inspection Faktor-faktor yang mempengaruhi perancangan struktur pesawat Weight Stiff Maintenance Cost 24

25 Beban-beban Pesawat Beban Gravitasi STRUKTUR Beban Aerodinamik Beban Darat Beban Lainlain PEFORMANCE & STABILITY 25

26 26