SIMULASI AERODINAMIS DAN TEGANGAN PROPELER PESAWAT TIPE AIRFOIL NACA M6 MELALUI ANALISA KOMPUTASI DINAMIKA MENGGUNAKAN MATERIAL PADUAN (94% Al-6% Mg)

Transkripsi

1 SIMULASI AERODINAMIS DAN TEGANGAN PROPELER PESAWAT TIPE AIRFOIL NACA M6 MELALUI ANALISA KOMPUTASI DINAMIKA MENGGUNAKAN MATERIAL PADUAN (94% Al-6% Mg) SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik KAREL CORES NAPITUPULU DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA M E D A N 2014

2 ABSTRAK Propeler adalah salah satu jenis sistem propulsi yang digunakan pada pesawat. Fungsi utama propeler adalah mengubah gaya putar menjadi gaya dorong. Gaya dorong atau thrust dipengaruhi oleh sudut puntir atau angle of attack bilah propeler dan tercipta akibat perbedaan tekanan antara bagian depan dan belakang propeler. Propeler yang digunakan sebagai penelitian pada skripsi ini adalah propeler 3 bilah dengan menggunakan tipe airfoil NACA M6. Tugas akhir ini akan menampilkan karakteristik perubahan bentuk aliran udara yang terbentuk beserta nilai kontur tegangan yang dihasilkan ketika propeler tersebut diputar dengan variasi kecepatan putar 1000 rpm, 1500 rpm, 2000 rpm, dan 2500 rpm dengan menggunakan analisa komputasi dinamika fluida (CFD) Solidwork dan Ansys. Perubahan aliran udara yang terbentuk ditunjukkan dengan nilai energi tubulensinya. Semakin tinggi kecepatan putar propeler, akan semakin besar nilai energi tubulensi dan kecepatan udara yang dihasilkan. Nilai parameter kecepatan dan kontur tegangan yang terjadi pada propeler yang berputar pada kecepatan 1000 rpm sebasar 34,33 m/s dan 3,112 kpa, pada propeller yang berputar pada kecepatan 1500 rpm sebesar 51,33 m/s dan 7,249 kpa, pada propeller yang berputar pada kecepatan 2000 rpm sebesar 68,33 m/s dan 12,793 kpa, pada propeller yang berputar pada kecepatan 2500 rpm sebesar 85,66 m/s dan 19,578 kpa. Kata kunci: Propeler, NACA M6, Putaran, Angle of attack, Energi Turbulen, Tegangan

3 ABSTRACT Propeller is one of the important components in the plane. Propellers function is to generate Thrust with a given input rotary power from the engine. Thrust is generated due to the influence of the angle of attack on the propeller blades. Propellers are used as research in this project is the 3-blade propeller with using NACA airfoil type M6. This final project will show changes in the form of air flow is formed along the contour of the stress value generated when the propeller is rotated by rotational speed variation 1000 rpm, 1500 rpm, 2000 rpm, and 2500 rpm by using computational fluid dynamics analysis (CFD) Solidwork and Ansys. Changes in air flow is formed is indicated by the value of energy turbulent. The higher the propeller rotational speed, the greater the value of energy tubulent and the resulting air speed will also increase. Stress contour value that occurs on the propeller rotating at a speed of 1000 rpm sebasar Pa, the propeller rotates at a speed of 1500 rpm at 7249 Pa, the propeller rotates at a speed of 2000 rpm for Pa, the propeller rotates at a speed of 2500 rpm of 19,578 Pa. Keyword: Propeller, NACA M6, Thrust, Angle of Attack, Energy Turbulent, Stress

4 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Bagian Bagian Propeler... 7 Gambar 2.2 Luas Permukaan Sebuah Baling Propeller... 8 Gambar 2.3 Elemen Pada Baling Baling Propeller... 9 Gambar 2.4 Sudut Pada Baling Baling Propeler... 9 Gambar 2.5 Udara Relatif Gambar 2.6 Jalur Pergerakan Propeler Gambar 2.7 Geometric dan Effective Pitch Gambar 2.8 Aliran Plat Penggerak (Actuator Disk Flow) Gambar 2.9 Tegangan Pada Propeler Gambar 3.1 Propeler NACA M Gambar 3.2 Diagram Alir Penelitian...21 Gambar 3.3 Koordinat Airfoil NACA M Gambar 3.4 Pengisian Koordinat Airfoil NACA M Gambar 3.5 Input Sudut Serang...23 Gambar 3.6 Input Rotating Region...24

5 Gambar 3.7 Pemilihan Jenis Fluida,,,, Gambar 3.8 Input Parameter Kecepatan Aliran...25 Gambar 3.9 Setting Cmputational Boundaries...26 Gambar 3.10 Input Parameter Goal Simulasi...26 Gambar 3.11 Kontur Velocity Fluida Yang Melalui Airfoil NACA M Gambar 3.12 Kontur Energi Turbulen Pada Airfoil NACA M Gambar 3.13 Display Kontur Energi Turbulen Pada Airfoil NACA M Gambar 3.14 Input Geometri Propeler...28 Gambar 3.15 Meshing Propeler...29 Gambar 3.16 Setup Calculation Simulasi Fluent...29 Gambar 3.17 Input Material Untuk Propeler...30 Gambar 3.18 Setting Proses Simulasi Static Structural...31 Gambar 3.19 Pemilihan Solusi Simulasi...31 Gambar 4.1 Skala Airfoil...32 Gambar 4.2 Plane Airfoil Pada Jarak 33 cm...33

6 Gambar 4.3 Loft Antara Kedua Airfoil...33 Gambar 4.4 Loft Plot Pada Jarak 4cm...34 Gambar 4.5 Input Sudut Puntir Pada Propeler...34 Gambar 4.6 Proses Pembuatan Hub Propeler...35 Gambar 4.7 Membuat 3 Bilah Propeler...36 Gambar 4.8 Bentuk Propeler Secara Keseluruhan...36 Gambar 4.9 Aliran Udara Pada 1000 rpm...37 Gambar 4.10 Aliran Udara Pada 1500 rpm...38 Gambar 4.11 Aliran Udara Pada 2000 rpm...39 Gambar 4.12 Aliran Udara Pada 2500 rpm...40 Gambar 4.13 Grafik Parameter Max Dynamics Preassure...41 Gambar 4.14 Grafik Paramter Max Velocity...42 Gambar 4.15 Grafik Parameter Max Energi Turbulen...42 Gambar 4.16 Kontur Tekanan Pada Kecepatan Udara 34,33 m/s...43 Gambar 4.17 Kontur Tekanan Pada Kecepatan Udara 51,33 m/s...43 Gambar 4.18 Kontur Tekanan Pada Kecepatan Udara 68,33 m/s...44

7 Gambar 4.19 Kontur Tekanan Pada Kecepatan Udara 85,66 m/s...44 Gambar 4.20 Kontur Total Perubahan Bentuk Pada Propeler 1000 rpm...45 Gambar 4.21 Kontur Elatisitas Pada Propeler 1000 rpm...45 Gambar 4.22 Kontur Tegangan Pada Propeler 1000 rpm...46 Gambar 4.23 Kontur Total Perubahan Bentuk Pada Propeler 1500 rpm...46 Gambar 4.24 Kontur Elatisitas Pada Propeler 1500 rpm...47 Gambar 4.25 Kontur Tegangan Pada Propeler 1500 rpm...47 Gambar 4.26 Kontur Total Perubahan Bentuk Pada Propeler 2000 rpm...48 Gambar 4.27 Kontur Elatisitas Pada Propeler 2000 rpm...48 Gambar 4.28 Kontur Tegangan Pada Propeler 2000 rpm...49 Gambar 4.29 Kontur Total Perubahan Bentuk Pada Propeler 2500 rpm...49 Gambar 4.30 Kontur Elatisitas Pada Propeler 2500 rpm...50 Gambar 4.31 Kontur Tegangan Pada Propeler 2500 rpm...50 Gambar 4.32 Aliran Udara Propeler Clark-Y Pada Kecepatan 1000 rpm...51 Gambar 4.33 Aliran Udara Propeler Clark-Y Pada Kecepatan 2500 rpm...52 Gambar 4.34 Kontur Perubahan Bentuk Propeler Clark-Y Pada Kecepatan 10 m/s...53

8 Gambar 4.35 Kontur Regangan Propeler Clark-Y Pada Kecepatan 10 m/s...53 Gambar 4.36 Kontur Tegangan Propeler Clark-Y Pada Kecepatan 10 m/s...54 Gambar 4.37 Kontur Perubahan Bentuk Propeler Clark-Y Pada Kecepatan 50 m/s...54 Gambar 4.38 Kontur Regangan Propeler Clark-Y Pada Kecepatan 50 m/s...55 Gambar 4.39 Kontur Tegangan Propeler Clark-Y Pada Kecepatan 50 m/s...55

9 DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Tabel 3.2 Tabel 3.3 Tabel 4.1 Lokasi Dan Aktifitas Penelitian...17 Spesifikasi Data...18 Spesifikasi Fluida...19 Hasil Pengujian Propeler Dengan Variasi Kecepatan Putar...41

10 DAFTAR NOTASI Simbol Arti Satuan c Kecepatan Suara m/s T Temperatur K ζ Impedansi rayl ϒ Rasio Panas Spesifik - Massa Jenis kg/m 3 v kecepatan m/s Q Debit m 3 /s P Tekanan Pa N b Jumlah Blade - D Diameter m r Radius m A Luas Penampang cm 2

11 DAFTAR ISI ABSTRAK...i ABSTRACT...ii KATA PENGANTAR...iii DAFTAR ISI...iv DAFTAR PUSTAKA...v DAFTAR GAMBAR...vi DAFTAR TABEL...vii DAFTAR NOTASI...ix BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Perumusan Masalah Tujuan Penilitian Tujuan Umum Tujuan Khusus Batasan Masalah Sistematika Penulisan...3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Propeller Airfoil Bagian-Bagian Propeler Dasar Elemen Propeller Teori Momentum Sederhana... 11

12 2.6 Gaya Yang Terjadi Pada Propeler Tegangan Yang Terjadi Pada Propeller Yang Berputar Computational Fluid Dynamics (CFD) Definisi CFD Teori CFD Fluent dan Static Structural...15 BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Pendahuluan Variabel Penelitian Variabel Terikat Variabel Bebas Peralatan Yang Digunakan Spesifikasi Data Spesifikasi Fluida Urutan Proses Analisa Diagram Alir Penelitian Tahap Pengujian Propeler Simulasi Airfoil NACA M Kontur Kecepatan Airfoil NACA M Kontur Energi Turbulen Airfoil NACA M Simulasi Ansys-Fluent Simulasi Ansys-Static Structural...30 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Membuat Modelling Propeller Tipe NACA M

13 4.2 Melakukan Simulasi Propeller Simulasi Aliran Udara Pada Propeller Simulasi Tekanan Pada Propeller Simulasi Tegangan Pada Propeller Membandingkan Dengan Propeller tipe Clark-Y Simulasi aliran udara Simulasi tegangan...53 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN