ANALISA DATA DAN TITIK BERAT SAYAP PADA PESAWAT TANPA AWAK DAN PENGUJIAN IMPAK DENGAN MATERIAL ALUMINIUM MAGNESIUM (96%-4%) SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik IVAN BASKER MARBUN 080401064 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
ABSTRAK Aluminium banyak digunakan didalam aplikasi bidang automotive yang memiliki sifat mekanis yang memadai seperti ketangguhan (impak). di dalam pengecoran aluminium memiliki titik kelemahan tersendiri. maka perlu dilakukan penelitian dengan perpaduan dua material antara Aluminium-Magnesium yang dipakai untuk pembuatan pesawat tanpa awak. Pada penelitian ini dilakukan untuk membandingkan berat dari hasil perhitungan teori dan hasil pengecoran pesawat dan titik berat (pusat massa ) sayap pesawat untuk mengetahui kesetimbangan gaya yang bekerja pada sebuah benda. Didalam pembuatan pesawat tanpa awak didesain menggunakan software solidwork dengan perhitungan secara teoritis didapat hasil nilai Thrust 1170.1148 N, Drag 24.6093 N, Lift 1167.60 dan Weight 264.6 dalam hal ini massa pesawat adalah sebesar 27 Kg. sehingga disimpulkan secara teori pesawat tanpa awak memenuhi syarat untuk terbang. berbanding terbalik dari hasil penelitian pengecoran pesawat tanpa awak dengan material paduan Aluminium- Magnesium (96%-4%) tidak dapat untuk diterbangkan karena memiliki berat lebih dari 27 Kg. Hasil penelitian uji impak dari pengecoran logam paduan Aluminium- Magnesium (96%-4%) memiliki energi serap rata-rata 21,49 Nm dan 22,36 Nm. Maka dapat diambil kesimpulan semakin rendah sudut pemukulan akhir semakin besar energi yang diserap. Untuk hasil simulasi titik berat paduan Aluminium- Magnesium ( 96%-4%) memilki densitas 2.62 gr/cm 3, massa pesawat 4,5 Kg. Volume sayap pesawat 1727,68 cm 3, dan luas permukaan massa sayap pesawat 5774,6 m 3. Maka pusat massanya berada pada koordinat X= 75,58 cm. Y= 8,87 cm. Z= 60,80 cm. berdasarkan penelitian ini material paduan Aluminium-Magesium (96%-4%) kurang cocok untuk pembuatan material pesawat tanpa awak. Kata kunci: automotive, ketangguhan, solidwork, teoritis, Thrust, Drag, Lift, Weight, aluminium, magnesium, densitas, energi.
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan rahmat-nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Penulisan skripsi ini dilaksanakan untuk mememnuhi salah satu syarat untuk mencapai gelar Sarjana Teknik Departemen Teknik Mesin pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Pada kesempatan ini juga penulis tidak lupa mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang telah membantu dan membimbing penulis selama penyusunan skripsi ini. Penulis menyadari bahwa tanpa adanya dukungan dan bantuan ini, penulis sangat sulit untuk dapat menyelesaikan skripsi ini mulai dari awal hingga selesainya skripsi ini. Untuk itu penulis mengucapkan terimakasih kepada: 1. Bapak Dr.ing.ir. Ikhwansyah Isranuri selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan waktu, tenaga dan pikiran untuk mengarahkan penulis dalam penyusunan skripsi ini. 2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku ketua Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik. 3. Ibunda tercinta Nurmaya Sinaga dan Bapak saya Efendi marbun yang telah mendukung saya sehingga mampu menyelesaikan skripsi ini dan juga telah memberikan materi dan moril. Thanks Mam & dad ( love u). 4. Teman-teman seangkatan 2008, yang telah memberikan semangat kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.. 5. Untuk kakak saya Curiani Marbun S.hut, Teman saya Iqbal Tawakal dan Peter Manurung ST, dan buat abangda fadly kurniawan nst ST, terimakasih buat nasehatnya, yang membantu menyelesaikan skripsi ku ini. 6. Adek-adek 2010 dan 2012 terimakasih buat motivasi kalian semua. 7. Terima kasih buat teman-teman satu kost atas doa dan dukungan sehingga saya dapat menyelesaikan tugas skripsiku ini.
8. Dan tidak lupa buat kawan-kawan seperjuangan yang lagi skripsi, Ali martin, syarief, arlan, anggi, fandi, yansen, satahi, dahlan, yudi dan buat jimmy, semangat untuk menyelesaikan skripsinya. Semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua dan dapat digunakan sebagai pengembangan ilmu yang didapat selama dibangku kuliah. Apabila terdapat kesalahan dalam penyusunan sebagai manusia yang tidak luput dari kesalahan penulis mengharapkan masukan dan kritikan yang bersifat membangun dalam penyempurnaan skripsi ini. Akhir kata penulis mengucapkan banyak terima kasih. Medan,Februari 2014 Penulis, Ivan Basker Marbun
DAFTAR ISI halaman ABSTRAK... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... ix DAFTAR NOTASI... x BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Tujuan Penelitian... 2 1.2.1 Tujuan Umum... 2 1.2.2 Tujuan Khusus... 2 1.2.3 Manfaat Penelitian... 2 1.3 Batasan Masalah... 2 1.4 Sistematika Penulisan... 2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Kajian Pustaka... 4 2.2 Landasan Teori... 4 2.2.1 Sejarah Pengecoran... 4 2.2.2 Pengetahuan Pengecoran... 6 2.2.3 Pembuatan Coran... 11 2.2.4 Sifat Cora Al-Mg... 12 2.3 SejarahAluminium... 12 2.3.1 Pengertian Aluminium... 12 2.3.2 Sifat-Sifat Aluminium... 13
2.3.3 Paduan Aluminium... 13 2.3.4 Klasifikasi Aluminium... 14 2.3.5 Paduan Logam Aluminium... 16 2.4 Magnesium... 17 2.4 1 Sejarah Magnesium... 17 2.4.2 Pengertian Magnesium... 17 2.4.3 BerbagaiSifat Material Magnesium... 18 2.5 Titik Berat ( Pusat Massa )... 18 2.5.1 Letak / Posisi Titik Berat... 19 2.5.2 Rumus Untuk Mengetahui Titik Berat Sebuah Benda... 19 2.6 Shape Factor... 20 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Waktu dan Tempat... 24 3.2 Bahan dan Alat Penelitian... 24 3.2 1 Bahan Penelitian... 24 3.2.2 Alat Penelitian... 25 3.3 Diagram Alir Penelitian... 29 3.4 Langkah-Langkah Pengecoran Pesawat Tanpa Awak Al-Mg... 30 3.4.1 Desain dan pemodelan badan dan sayap pesawat tanpa awak... 30 3.4.2 Proses Pembuatan Mal... 31 3.4.3 Proses Pembuatan Cetakan... 32 3.4.4 Proses Pengecoran... 33 3.4.5 Proses Penuangan dan Pendinginan... 34 3.4.6 Proses Finishing... 35 3.5 Prosedur Penelitian... 35 3.5.1 Desain dan Pembuatan Pesawat Tanpa Awak... 36 3.5.2 Komponen Pesawat Model... 36 3.5.3 Badan Pesawat Fuselage... 36 3.5.4 Sayap Pesawat... 37
3.5.5 Ekor dan Sayap... 38 3.5.6 Landing Gear dan Roda Pesawat... 39 3.6 Pengujian Impak (Impact Test)... 41 3.6.1 Langkah-langkah pengujian ketangguhan impak... 44 BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Analisa data (teoritis) syap pesawat terbang... 47 4.1.1 Spesifikasi Pesawat Tanpa awak... 47 4.2 Analisa Data Pesawat Terbang... 50 4.2.1 Analisa Kecepatan Pesawat... 50 4.2.3 Analisa Gaya-Gaya yang Terjadi... 51 4.2.4 Menghitung Nilai Thrust (T)... 51 4.2.5 Menghitung Nilai Drag (D)... 52 4.2.6 Menghitung Nilai Lift (L)... 55 4.2.7 Menghitung Weight (W)... 56 4.3 Hasi luji Impak... 56 4.4 Titik Berat Sayap (Pusat Massa)... 60 4.4.1 Perhitungan Teori Titik Berat Sayap Pesawat... 63 4.4 Perhitungan Shape Factor Sayap Pesawat... 64 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... 67 5.2 Saran... 68 DAFTAR PUSTAKA... 69 LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR halaman Gambar 2.1 (a) Jenis Bentuk Cetakan Terbuka...9 Gambar 2.1 (b) Jenis Bentuk Cetaka Tertutup...9 Gambar 2.2 Proses Die-Casting...10 Gambar 3.1 Aluminium batangan...24 Gambar 3.2 Magnesium batangan...25 Gambar 3.3 Dapur Peleburan...25 Gambar 3.4 Blower...26 Gambar 3.5 Gerinda...26 Gambar 3.6 Ladel...27 Gambar 3.7 Timbangan...27 Gambar 3.8 Pasir Cetak...28 Gambar 3.9 Alat Uji Impact...28 Gambar 3.10 Diagram alir...29 Gambar 3.11 Proses Pembuatan Mal Body Pesawat...31 Gambar 3.12 Proses Pembuatan Mal Sayap Pesawat...31 Gambar 3.13 Proses Pembuatan Cetakan Body Pesawat...32 Gambar 3.14 Proses Pembuatan Cetakan Sayap Pesawat...32 Gambar 3.15 Proses Pengecoran Body Pesawat...33 Gambar 3.16 Proses Pengecoran Sayap Pesawat...33 Gambar 3.17 Hasil Coran Sayap Pesawat...34 Gambar 3.18 Hasil Coran Body Pesawat...34 Gambar 3.19 Hasil finishing coran...35 Gambar 3.20 Desain Pesawat Tanpa Awak...36 Gambar 3.21 Badan Pesawat (Fuselage)...37 Gambar 3.22 Sayap Pesawat Tanpa Awak...38 Gambar 3.23 Gambar Teknik Ekor dan Sayap...38 Gambar 3.24 Landing Gear Depan...39 Gambar 3.25 Landing Gear Belakang...40
Gambar 3.26 Dimensi Letak Landing Gear...40 Gambar 3.27 Roda Pesawat...41 Gambar 3.28 Ilustrasi Skematis Pengujian Impak denga Uji Charpy...42 Gambar 3.29 Ilustrasi Pembebanan Impak Pada Uji Charpy dan Izod...43 Gambar 3.30 Spesimen Uji Impak...44 Gambar 3.31 Alat Uji Impak (Charpy)...45 Gambar 4.1 Pesawat Tanpa Awak...47 Gambar 4.2 Analisis Profil Sayap Pesawat NACA 2412, Sudut Serang 15 0...48 Gambar 4.3 Aircraft Design...54 Gambar 4.4 Grafik Energi Serap (E) Em vs Ep pada Coran Al-Mg...59 Gambar 4.5 (a) Sampel Uji Impak Sebelum Diuji...59 Gambar 4.5 (b) Sampel Uji Impak Setelah Diuji...59 Gambar 4.6 Pusat Massa dari Sayap...60 Gambar 4.7 Pusat Massa Sayap Setelah diberi Perintah...60 Gambar 4.8 Keterangan Pusat Massa...61 Gambar 4.9 Profil Sayap NACA 2412...62 Gambar 4.10 Tingkat Stress Pada Pesawat...62
DAFTAR NOTASI Simbol Keterangan Satuan n putaran rpm ρ massa jenis udara kg/m 3 V 0 kecepatan udara yang masuk m/s V t kecepatan udara yang dihasilkan m/s m 0 massa sebelum masuk per waktu m/s m t massa sewaktu keluar per waktu m/s p 0 tekanan sebelum masuk m/s p t tekanan sebelum keluar m/s A 0 luas penampang sayap mm 2 V kecepatan pesawat m/s 2 Cd coefisien drag N/s Cl coefisien lift N/s P beban yang diterima permukaan N A β sudut pemukulan awal sudut permukaan akhir E energi yang diserap N/m σ tegangan N/mm 2