ANALISIS AIRFOIL WING GROUND EFFECT YANG TERBANG CRUISING DAN DIPENGARUHI OLEH PERMUKAAN DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE FLUENT
Skripsi Diajukan Sebagai Syarat Untuk Mencapai Gelar Sarjana Strata 1
Disusun oleh : AGUS SUSANTO 05050041
JURUSAN TEKNIK PENERBANGAN SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI ADISUTJIPTO YOGYAKARTA 2010 i
LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING
Skripsi dengan judul:
ANALISIS AIRFOIL WING GROUND EFFECT YANG TERBANG CRUISING DAN DIPENGARUHI OLEH PERMUKAAN DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE FLUENT
Yang dipersiapkan oleh :
Nama
: Agus Susanto
Nomor Mahasiswa : 05050041
Jurusan
: Teknik Penerbangan
Telah Memenuhi Persyaratan dan siap untuk diujikan Disetujui pada Tanggal Mei 2010
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
M Ardi Cahyono, ST., MT.
Sri Mulyani, ST.
ii
LEMBAR PENGESAHAN
ANALISIS AIRFOIL WING GROUND EFFECT YANG TERBANG CRUISING DAN DIPENGARUHI OLEH PERMUKAAN DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE FLUENT
Yang dipersiapkan dan disusun oleh : AGUS SUSANTO NIM : 05050015
Telah dipertahankan di depan Tim Penguji Skripsi pada tanggal 24 Mei 2010 dan dinyatakan telah memenuhi syarat guna memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Susunan Tim Penguji Nama lengkap Tanda tangan
Ketua Penguji
: M. Ardi Cahyono, ST., MT.
………………..
Penguji I
: Sri Mulyani, ST.
………………..
Penguji II
: Ir. Djarot Wahyu Santoso, MT.
………………..
Penguji III
: Ir. Heru Yudanarsa
………………..
Yogyakarta, Juni 2010 Jurusan Teknik Penerbangan Sekolah Tinggi TeknologiAdisutjipto Ketua Jurusan
Ir. Djarot Wahyu Santoso, MT. iii
PERNYATAAN
Yang bertanda tangan di bawah ini saya :
Nama
: Agus Susanto
Nomor Mahasiswa
: 05050041
Jurusan
: Teknik Penerbangan
Judul Skrips
: Analisis Airfoil Wing Ground Effect Yang Terbang Cruising dan Dipengaruhi Oleh Permukaan Dengan Menggunakan Software Fluent
Menyatakan bahwa skripsi ini adalah hasil pekerjaan saya sendiri dan sepanjang pengetahuan saya tidak berisi materi yang telah dipublikasikan atau ditulis oleh orang lain atau telah dipergunakan dan diterima sebagai persyaratan penyelesaian studi pada universitas atau instansi lain, kecuali pada bagian-bagian tertentu yang telah dinyatakan dalam teks.
Yogyakarta, Mei 2010 Yang Menyatakan
AGUS SUSANTO 05050041
iv
PERSEMBAHAN Tugas akhir ini saya persembahkan kepada : ALLOH SWT Bu’e dan Pa’e Keluarga mbak Ning di HK Mbak Dwi dan Mbak Uut Susanti Budi Pratiwi Teman-teman sejawat TP 2005 Keluarga 91 di Maguwo Pak Ardi dan Bu Sri Serta seluruh umat manusia yang mau membaca buku ini
MOTTO Orang yang beruntung adalah orang yang selalu bersyukur. Jangan menganggap kewajipan itu sebagai beban, tapi anggaplah kewajipan itu sebagai tanggung jawab.
Tetap berusaha, belajar dan bekerjalah dengan kejujuran, karna kejujuran akan hadirkan kebahagiaan.
v
KATA PENGANTAR Dengan mengucapkan puji dan syukur kepada dzat yang maha agung Allah SWT yang telah memberikan rahmat serta nikmat-Nya kepada penulis, sehingga bisa terselesaikannya tugas akhir yang berjudul “ Analisis Airfoil Wing Ground Effect Yang Terbang Cruising dan Dipengaruhi Oleh Permukaan Dengan Menggunakan Software Fluent”. Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik (ST) Jurusan Teknik Penerbangan Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto Yogyakarta. Tugas akhir ini bisa terselaikan berkat dukungan dari berbagai fihak baik secara langsung maupun tak langsung, baik secara moril maupun materiel. Untuk itu penulis ingin menyampaikan terimakasih kepada fihak-fihak yang mendukung dan memotivasi demi kelancaran penelitian dan penulisan tugas akhir ini. Dengan kerendahan hati dan dengan tulus penulis mengucapkan terimakasih kepada : 1. Allah SWT yang memberikan limpahan nikmat dan kesempatan, serta dikabulkanNya do’a-do’a dalam tiap sujudku. 2. Bu’e yang selalu merelakan lelapnya untuk bersujud dan berdo’a, merelakan lambungnya perih dan tenggorokannya kering, serta pa’e yang selalu merestui tiap langkahku. 3. Bapak Ir. Djarot Wahyu Santoso, M.T, selaku penguji dan Ketua Jurusan TeknikPenerbangan STTA Yogyakarta. 4. Bapak Moh. Ardi Cahyono, S.T, M.T, selaku Dosen Pembimbing Utama. Matursuwon sanget nggeh Pak atas bimbingan, motifasi dan ketawaketawa barengnya. 5. Ibu Sri Mulyani, S.T, sebagai dosen pembimbing dua yang telah banyak memberikan koreksi, masukan, dan waktunya bagi penulis. 6. Bapak Heru sebagai dosen penguji, trimakasih atas nasehat-nasehatnya. 7. Keluarga Mbak Ning yang selalu direpotin dengan keluh kesah penulis. 8. Mbak Dwi dan Mbak Uut yang menjaga pa’e bu’e di rumah. 9. Susanti Budi Pratiwi yang membantu do’a dan pengertiannya, trimakasih pinjaman leptopnya. vi
10. Teman-teman yang mungkin sudah bosan mendengar keluh kesah dan juga menjawab pertanyaan-pertanyaan penulis, makasih juga dah boleh ngeprint gratis. 11. Keluarga di 91 yang membuat suasana tetap kondusif. 12. Dan semua fihak-fihak lain yang mungkin penulis lupa cantumkan, trimakasih buat kalian semua.
Penulis mengharapkan mendapatkan kritik dan saran yang bisa membuat tugas akhir ini bisa lebih baik lagi, karena penulis yakin dengan keterbatasan penulis tugas akhir ini masih jauh dari kata sempurna. Untuk itu penulis berharap mendapatkan saran dari pembaca supaya harapan penulis bisa tercapai, yaitu supaya tugas akhir ini bukan hanya sebagai tumpukan kertas berdebu yang terjepit di rak perpustakaan saja, tetapi bisa digunakan sebagai wacana yang lebih berguna.
Yogyakarta,
Mei 2010
Penulis
vii
ANALISIS AIRFOIL WING GROUND EFFECT YANG TERBANG CRUISING DAN DIPENGARUHI OLEH PERMUKAAN DENGAN MENGGUNAKAN SOFTWARE FLUENT
AGUS SUSANTO 05050041
“ ABSTRAK “
Penulisan ini bertujuan untuk mengetahui dan membuktikan bahwa ground effect itu ada dan ground effect itu berpengaruh positif terhadap kinerja dari sayap, di sini penulis menggunakan sayap 2 dimensi yaitu airfoil NACA 2312. Pengaruh tersebut dapat dibuktikan dengan melakukan penelitian pada beberapa variasi ketinggian, karena pengaruh ground tersebut berkaitan dengan jarak antara ground itu sendiri dengan airfoil. Pada penelitian ini penulis melakukan pengujian pada beberapa ketinggian (jarak airfoil dengan ground), yaitu pada 0,25 h/c, 0,5 h/c, 0,75 h/c, 1 h/c, 2 h/c, dan juga pada beberapa variasi sudut serang yaitu pada sudut -6° , -4°, -2°, 0°, 2°, 4°, 6°, 8°, 10°, 12°, 14°. Penelitian dilakukan dengan mensimulasikan pada software Fluent. Sebelum pensimulasian dilakukan, terlebih dahulu membuat dan mengkondisikan suatu bidang pada program Gambit. Setelah geometri pengkondisian model uji terbentuk pada Gambit kemudian di eksport ke dalam software Fluent. Pada software Fluent, diberikan input-input antara lain nilai kecepatan, tekanan, suhu dll. Dari input parameter-parameter tersebut akan didapatkan hasil berupa nilai Cl dan Cd , selain itu bisa juga dilihat kontur tekanan dan kecepatannya. Dari penelitian tersebut bisa diambil kesimpulan bahwa, semakin dekat jarak suatu airfoil dengan ground maka akan mempunyai nilai Cl semakin besar. Hal tersebut terjadi pada variasi sudut serang positiv, dan akan berbanding viii
terbalik apabila dilakukan pada variasi sudut serang negative. Untuk nilai Cdnya akan semakin kecil pada ketinggian semakin dekat dengan ground, tetapi hal tersebut hanya terjadi pada variasi sudut serang yang sama. Perubahan nilai Cd tidak linier dikarenakan model uji hanya berupa sayap 2 dimensi. Sayap 2 dimensi hanya mendapatkan pengaruh dari parasite drag saja tanpa adanya pengaruh dari induced drag, hal inilah yang membuat grafik C d vs AOA-nya tidak linier.
Kata kunci
: Ground effect, airfoil, coefficient lift, coefficient drag, Gambit, Fluent .
ix
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL
............................................................................................
LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING
i
.....................................................
ii
LEMBAR PENGESAHAN................................................................................................
iii
PERNYATAAN
……………………………………….............................................................
iv
PERSEMBAHAN DAN MOTTO ....................................................................................
v
KATA PENGANTAR
............................................................................................
vi
..............................................................................................................
viii
...........................................................................................................
x
ABSTRAK DAFTAR ISI
DAFTAR GAMBAR
............................................................................................
xii
.................................................................................................
xiv
DAFTAR GRAFIK
..............................................................................................
xv
DAFTAR SIMBOL
..............................................................................................
xvi
Latar Belakang ........................................................................................ Rumusan Masalah ................................................................................... Tujuan Penulisan ..................................................................................... Batasan Masalah..................................................................................... Manfaat Penulisan................................................................................... Metode Penulisan...................................................................................
1 8 8 9 9 10
DAFTAR TABEL
BAB I PENDAHULUAN 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6
BAB II LANDASAN TEORI 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5
Pengertian Airfoil .................................................................................. Macam-macam Bentuk Airfoil .............................................................. NACA .................................................................................................... Teori Dasar Wing ................................................................................... Koefisien Lift dan Drag Pada Airfoil ...................................................... x
11 12 13 15 16
2.5.1 Koefisien lift ....................................................................... 2.5.2 Koefisien drag .................................................................... 2.6 Aspect Ratio ......................................................................................... 2.7 Angle of Attack (AOA...............................................................................
16 19 23 24
2.8 Pengenalan CFD Fluent ..........................................................................
26
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tinjauan Umum Penelitian .................................................................... 3.2 Metode Pengumpulan Data .................................................................. 3.3 Model Uji ...............................................................................................
28 28 29
3.4 Software Yang Digunakan ................................................................... 3.5 Proses Analisa ......................................................................................
30 31
BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN 4.1 Umum ..................................................................................................... 4.2 Tahapan Pengerjaan .............................................................................. 4.2.1 Pemodelan airfoil NACA 2312 ...................................................... 4.2.2 Pemodelan geometri pada Gambit .............................................. 4.2.3 Simulasi pada Fluent ................................................................... 4.3 Data Hasil Perhitungan Pada Software Fluent .......................................
32 32 33 33 45 56
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ............................................................................................ 5.2 Saran ......................................................................................................
65 68
DAFTAR PUSTAKA........................................................................................................
69
LAMPIRAN .................................................................................................................
70
xi
DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1 Gaya-gaya yang bekerja pada pesawat terbang .........................
3
Gambar 1.2 Sayap dalam pengaruh Span Dominated Surface Effect ……...
6
Gambar 1.3 Aliran udara ketika ada pengaruh ground effect ………………
7
Gambar 2.1 Airfoil ………………………………………………………….
11
Gambar 2.2 Airfoil flat bottom ……………………………………………...
12
Gambar 2.3 Airfoil semi-simetris …………………………………………...
12
Gambar 2.4 Airfoil simetris ………………………………………………...
13
Gambar 2.5 NACA seri empat angka ………………………………………
13
Gambar 2.6 NACA seri lima angka ………………….……………………...
14
Gambar 2.7 NACA seri enem angka ……………………………………….
15
Gambar 2.8 Downwash pada sayap …………………………………………
16
Gambar 2.9 Variasi koefisient gaya angkat ( ) terhadap sudut serang ( ) ..
17
Gambar 2.10 Induced drag ..............................................................................
19
Gambar 2.13 Bentuk sayap 1 …………………………………………….....
23
Gambar 2.14 Bentuk sayap 2 ……………………………………………….
23
Gambar 2.15 Angle of attack (α) dari suatu airfoil .......................................
24
Gambar 2.16 Variasi koefisien lift ( ) terhadap sudut serang (α) ………..
25
Gambar 2.17 Wake karena sudut serang tinggi …………………………….
25
Gambar 2.18 Distribusi tekanan dengan berbagai sudut serang ……………
26
Gambar 3.1 Model airfoil NACA 2312 pada Gambit ………………………
30
Gambar 3.2 Model meshing dengan α = 0 dan 0.5 h/c terhadap ground …..
30
Gambar 3.3 Diagram alur proses analisa …………………………………...
31
Gambar 4.1 Tampilan airfoil NACA 2312 pada designfoil ………………...
33
Gambar 4.2 Panel Gambit startup ………………………………………….
33
Gambar 4.3 Tampilan awal Gambit ………………………………………..
34
Gambar 4.4 Hasil airfoil dalam Gambit ……………………………………
35
Gambar 4.5 Upper dan lower surface ………………………………………
35
Gambar 4.6 Airfoil menjadi bidang ………………………………………...
36
Gambar 4.7 Airfoil dengan sudut serang 8° ………………………………..
37
xii
Gambar 4.8 Batas dan ketinggian …………………………………………..
39
Gambar 4.9 Menghubungkan koordinat batas ……………………………...
39
Gambar 4.10 Kondisi airfoil pada h/c 0,5 dengan α 8° …………………….
40
Gambar 4.11 Hasil meshing edge …………………………………………..
42
Gambar 4.12 Hasil meshing face …………………………………………...
43
Gambar 4.13 Tampilan pembagian zones …………………………………..
44
Gambar 4.14 Panel export mesh ke Fluent …………………………………
44
Gambar 4.15 Pemilihan versi Fluent ……………………………………….
45
Gambar 4.16 Check Grid OK ………………………………………………
46
Gambar 4.17 Pemilihan solver ......................................................................
47
Gambar 4.18 Mengaktifkan persamaan energi …………………………….
47
Gambar 4.19 Mengaktifkan model spalart-Allmaras ……………………...
48
Gambar 4.20 Mendefinisikan material ……………………………………..
49
Gambar 4.21 Mengaktifkan operating conditions ………………………….
49
Gambar 4.22 Mendefinisikan kondisi batas ………………………………..
50
Gambar 4.23 Mendefinisikan parameter solutions ………………………...
50
Gambar 4.24 Menginisiasi perhitungan ……………………………………
51
Gambar 4.25 Pengaturan coefficient drag ………………………………....
52
Gambar 4.26 Pengaturan coefficient lift ……………………………………
52
Gambar 4.27 Memasukkan nilai reference ………………………………...
53
Gambar 4.28 Menentukan jumlah iterasi …………………………………..
54
Gambar 4.31 Melihat dalam bentuk counter ……………………………….
55
Gambar 4.32 Contoh kontur tekanan pada h/c = 0,75 dengan α = 0 ……….
56
Gambar 4.33 Contoh kontur kecepatan pada h/c = 0,75 dengan α = 0 …….
56
Gambar 5.1 Perbandingan tekanan pada 0,25 h/c dan 2 h/c dengan α= 0° …
66
Gambar 5.2 Perbandingan kecepatan pada 0,25 h/c dan 2 h/c dengan α= 0° .
67
xiii
DAFTAR TABEL Tabel 4.1 Koordinat untuk batas dan ketinggian …………………………...
38
Tabel 4.2 Pembagian bidang ………………………………………………..
40
Tabel 4.3 Parameter untuk mesh garis ……………………………………..
41
Tabel 4.4 Pengaturan untuk mesh face ……………………………………...
42
Tabel 4.5 Pembagian zones ………………………………………………....
43
Tabel 4.6 Hasil simulasi airfoil NACA 2312 pada ketinggian 0,25 h/c …….
57
Tabel 4.7 Hasil simulasi airfoil NACA 2312 pada ketinggian 0,5 h/c ……...
57
Tabel 4.8 Hasil simulasi airfoil NACA 2312 pada ketinggian 0,75 h/c …….
58
Tabel 4.9 Hasil simulasi airfoil NACA 2312 pada ketinggian 1 h/c ………..
58
Tabel 4.10 Hasil simulasi airfoil NACA 2312 pada ketinggian 2 h/c ………
59
xiv
DAFTAR SIMBOL
α
Sudut serang (angle of attack)
L
Lift
D
Drag
Di
Induced drag
Dp
Parasit drag
Cl
Coefficient lift
Cd
Coefficient drag
CDi
Coefficient induced drag
CDp
Coefficient parasit drag
c
chord
b
span
q
Tekanan dinamik
S
Luas permukaan sayap
v
Kecepatan
ρ
Kerapatan udara (rho)
g
Percepatan gravitasi
w
Weight
m
Massa benda
P
Tekanan
T
Temperatur
AR
Aspect rasio
xv
