FLUTTER PADA T TAIL PLATE-KOMPOSIT THESIS Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister dari Institut Teknologi Bandung Oleh AFIYAN NAJAT NIM: 236 05 003 INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2007
FLUTTER PADA T TAIL PLATE-KOMPOSIT Oleh AFIYAN NAJAT Menyetujui Pembimbing I Menyetujui Pembimbing II (Dr.Ir. Bambang K. Hadi) (Ir. M. Kusni, MT) Menyetujui Pembimbing III (Dr.Ir.Djarot Widagdo) ii
ABSTRAK FLUTTER PADA T TAIL PLATE-KOMPOSIT Oleh Afiyan Najat Program Studi Teknik Penerbangan Institut Teknologi Bandung Penelitian ini merupakan penelitian awal dari serangkaian penelitian tentang efek fluter T tail pada bahan komposit. Bahan komposit ini mempunyai karakterisitk atau sifat yang memang unik yaitu sifatnya yang bisa diatur sesuai dengan kebutuhan untuk kepentingan tertentu. Bahan ini merupakan bahan yang sangat menguntungkan bagi dunia engineering. Flutter merupakan tipe ketidakstabilan dinamik pada suatu struktur yang timbul karena adanya interaksi antara kekakuan, inersia dan aerodinamik. Pada material tertentu efek flutter menjadi bahan kajian yang penting karena sifatnya yang tidak general untuk kasuskasus tertentu. Model T tail ini merupakan model yang sifatnya mempunyai karakterisitik flutter yang kritis. Pada model tertentu model ini mempunyai tipe flutter yang banyak dibanding model struktur seperti sayap. Hal ini dikarenakan adanya interaksi antara bagian T tail itu sendiri. Penelitian ini mencoba mengetahui efek dari beberapa tipe dengan menggunakan fuselage. Modus-modus gerak yang terjadi menjadi terkait deengan adanya model fuselage. Perhitungan flutter pada T tail plate komposit ini menggunakan software MSC Nastran. Software ini mempunyai kemampuan yang handal untuk mendapatkan karakteristik ketidakstabilan dinamik pada model-model yang ada. iii
PLATE-COMPOSITE T TAIL FLUTTER By Afiyan Najat Department of Aeronautics and Astronautics Bandung Institute of Technology This Research is first research form a whole research about flutter effect at T tail with composite material. This material has unix characteristic which its can be arrange to a purpose in engineering application. This is a material which can support in engineering. Flutter is ones of type dynamic instability at a structure because there is a interaction stiffness, inertia and aerodynamic. This is ones of topic of important research because characteristic is not general in a cases. T tail model is model which has a critic flutter. It is can flutter in many form, depend on the this section. So it is because interaction on the section T tail. This research was tried to knowing effect many type a plate material which it was used on T tail model. There are a composite and steel plate and used a fuselage too. The flutter calculation at T tail plate and composite was used Nastran software. This software has high performance to given dynamic instability characteristic at a model. iv
PEDOMAN PENGGUNAAN TESIS Tesis S2 yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tesis haruslah seizin Direktur Program Pasca Sarjana, Institut Teknologi Bandung. Perpustakaan yang meminjam tesis ini untuk keperluan anggotanya harus mengisi nama dan tanda tangan peminjam dan tanggal pinjam. v
Karena sesungguhnya sesudah kesulitan ada kemudahan. Dan sesungguhnya sesudah kesulitan ada kemudahan. Maka, apabila kamu telah selesai (dari satu urusan), kerjakanlah dengan sungguh-sungguh urusan lain. Dan hanya kepada Tuhanmu hendaknya kamu berharap (QS. 94:5-8). The best preparation for good work tomorrow is to do good work today vi
KATA PENGANTAR Alhamdulillah, segala puji bagi Allah, Rabb semesta alam. Atas kemudahan dari-nya, penulis dapat menyelesaikan tesis ini, kepada-nya penulis meyerahkan segala urusan. Shalawat dan salam semoga tetap dicurahkan kepada Nabi Muhammad sholallahu alaihi wa salam. Rasa syukur inipun tak lepas ditujukan kepada Ibu, keluarga yang membantu secara moril maupun materil yang tak putus-putusnya. Penulis sangat berterimakasih kepada Dr.Ir. Bambang K.Hadi sebagai pembimbing I dan Ir M. Kusni,M.T sebagai pembimbing II, dan Dr Ir Djarot Widagdo atas segala arahan serta bimbingan selama penelitian dan penyusunan tesis ini. Tak lupa ucapan terima kasih penulis juga disampaikan kepada Wakil Rektor Sumber Daya selaku fasilitator ITB dalam pemberian beasiswa Voucher dari Departemen Pendidikan dan Kebudayaan yang diterima selama mengikuti program Magister ini. Penulis mengucapkan terima kasih atas terselesaikannya tesis ini kepada: 1. Pak Erwin dan Pak Wayan yang selalu diskusi mengenai flutter yang tidak ada habishabisnya 2. Rekan-rekan S1 natural fiber komposit yang selalu menemani selama penyelesaian tesis ini 3. Mas feri yang sudah membantu meminjami komputer selama penulisan tesis. 4. Semua pihak yang telah membantu penyelesaian tesis ini, yang tidak mungkin disebutkan satu persatu. Penulis sadar sepenuhnya bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Kritikan dan saran sangat diharapkan. Semoga tesis ini bermanfaat. Bandung, 17 September 2007 Penulis vii
DAFTAR ISI ABSTRAK...iiiii KATA PENGANTAR... viiii DAFTAR ISI... viii DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... ix BAB I PENDAHULUAN...1 1.1 Latar belakang...1 1.2 Tujuan penelitian...3 1.3 Batasan masalah...3 1.5 Sistematika pembahasan...4 BAB II DASAR TEORI...5 2.1 Persamaan aeroelastik...5 2.1.1 Beban aerodinamik Tak Tunak...7 2.1.2 Finite elemen Model...11 2.2 Persamaan aeroelastik 2D...12 2.2.1 Steady aerodinamik model...13 2.2.2 Low Frekuensi Model...16 2.3 Material komposit...18 2.3.1 Hubungan Tegangan Regangan Material Komposit...19 2.3.2 Teori pelat laminat klasik...22 2.3.3 Modulus elastisitas ekuivalen...26 2.4 Pemodelan pada NASTRAN...27 2.4.1 Analisis Material Komposit dalam Nastran...28 2.4.1.1Perbedaan cara analisis Nastran dengan CLT...30 2.4.2 Penyelesaian persamaan flutter NastranT...32 2.5 Dasar Struktur Beam...35 2.5.1 Persamaan Defleksi dan torsi pada beam...35 2.5.2 Getaran Lateral pada Beam Homogen...36 viii
BAB III Pemodelan T tail...38 3.1 Data umum...38 3.1.1 Horisontal Tail...38 3.1.2 Vertikal tail...39 3.1.3 Fuselage...41 3.2 Pemodelan Struktur...42 3.3 Pemodelan Aerodinamik...43 3.4 Variasi Ketebalan HT dan VT...44 3.5 Variasi Komposit...44 BAB IV HASIL dan ANALISIS...46 4.1 Material 1...46 4.1.1 Material 1 jenis 1...47 4.1.2 Material 1 jenis 2...48 4.1.3 Material 1 jenis 3...48 4.1.4 Material 1 jenis 4...48 4.2 Material 2...49 4.1.1 Material 2 jenis 1...49 4.1.2 Material 2 jenis 2...50 4.1.3 Material 2 jenis 3...53 4.1.4 Material 2 jenis 4...56 4.3 Material 3...58 4.3.1 Material 3 jenis 1...58 4.3.2 Material 3 jenis 2...59 4.3.3 Material 3 jenis 3...61 4.3.4 Material 3 jenis 4...62 4.4 Material komposit...64 4.1.1 Material laminat 0/60/90 tipe 1...64 4.1.2 Material laminat 0/60/90 tipe 2...66 4.1.3 Material laminat -45/0/45 tipe 1...67 4.1.4 Material laminat -45/0/45 tipe 1...69 4.5 Material 1 fuselage 2...71 ix
4.6 Bentuk modus...75 4.6.1 Material 1 + fuselage tipe 1...75 4.6.2 Material 2 tipe 1...78 4.6.3 Material 3 tipe 1...80 4.6.4 Material komposit 0/60/90 tipe 1...82 4.6.5 Material laminat -45/0/45 tipe 2...85 4.6.6 Material 1 fuselage 2...88 BAB V KESIMPULAN dan SARAN...93 5.1 Kesimpulan...93 5.2 Saran...93 DAFTAR PUSTAKA...94 Lampiran A...95 x
DAFTAR GAMBAR GAMBAR 1.1 PEMBAGIAN BIDANG AEROELASTIK...2 Gambar 2.1 Panel doublet lattice method... 7 Gambar 2.2 Finite elemen model...11 Gambar 2.3 Typical Wing Section...12 Gambar 2.4 Tipe instability wing section pada steady model 16 Gambar 2.5 Tipe wing section pada low frekuensi aerodinamik model 16 Gambar 2.6 tipe instability a dan b...18 Gambar 2.8 Susunan x dan y membentuk sudut tetha..22 Gambar 2.9 Deformasi pelat komposit......24 Gambar 2.10 Pembebanan pada pelat komposit.....25 Gambar 2.11 Laminat model..29 Gambar 2.12 Susunan laminat 31 Gambar 2.13 Bending Beam...35 Gambar 3.1 Beam model..40 Gambar 3.2 Gambar grid aero dan struktur.....43 Gambar 3.3 Model t tail....43 DAFTAR TABEL Gambar 3.1 Lump mass tiap stasiun pada fuselage...40 Gambar 3.2 Kekakuan fuselage tipe 1...41 Gambar 3.3 Lump mass fuselage 2...41 Gambar 3.4 Lump mass fuselage SI...41 Gambar 3.5 Tabel kekakuan fuselage 2...42 Gambar 3.6 Tabel variasi ketebalan...44 xi
xii