BAB II
LANDASAN TEORI
2.1.
Definisi Hovercraft Menurut Webster’s Dictionary, Hovercraft didefinisikan sebagai “a
vehicle which is able to move over land or water, supported by a cushion of air” atau dapat diterjemahkan kedalam Bahasa Indonesia sebagai kendaraan yang
mampu melintasi daratan maupun perairan, dengan menggunakan bantuan dari bantalan udara.
2.2.
Prinsip Pengoperasian Hovercraft Konsep awal dari Air Cushion Vehicle atau lebih popular disebut sabagai
Hovercraft adalah bagaimana meminimalisi gesekan atau hambatan akibat gelombang pada permukaan pada saat perahu atau kapal konvensional berjalan/bergerak diatas permukaan air. Dengan manganggap bahwa hanya ada dua cara utama bergeraknya kendaraan diatas suatu permukaan, yaitu berputar (rolling) dan meluncur (sliding). Ditemukan konsep bahwa bergerak meluncur (sliding) udara menjadi pelumas (lubricant) yang lebih baik dari air. Untuk itu dibutuhkan suatu bantalan yang berisi udara yang diletakan di antara kendaraan dan permukaan air. Konsep ini selajutnya tertuju pada fenomena ground effect. Jika suatu udara bertekanan diarahkan ke tanah melalui suatu lubang pada permukaan pejal, maka permukaan pejal tersebut cenderung akan bergerak ke atas. Hal ini desebabkan oleh adanya efek balik pada semburan udara akibat gaya aksi-reaksi yang mendorong permukaan pejal tersebut keatas dan adanya sebagian udara yang menghantam tanah kemudian berbalik menekan ke atas ke arah permukaan benda hingga menghasilkan gaya angkat tambahan. Faktor tersebut lebih dikenal dengan fenomena ground effect. Semakin besar permukaan bawah Hovercraft maka akan II-1
semakinbesar pula gaya dorong balik (reverse thrust) dari udara yang mendorong balik ke atas.
Gambar 2.1.1 Fenomena Ground Effect[1]
2.3.
Bagian-bagian Utama Hovercraft Sebuah Hovercraft mempunya beberapa bagian utama, antara lain sebagai
berikut: 2.3.1. Hull Yaitu badan Hovercraft dimana bagian-bagian lain dari Hovercraft dipasang. Atau dengan kata lain bisa disebut sebagai Chassis. 2.3.2. Skirt/Flexible Skirt yaitu bagian tambahan yang terbuat dari suatu bahan yang elastis, ditempatkan diantara hull dan permukaan berfungsi sebagai bantalan udara yang menampung sejumlah massa udara bertekanan yang akan menghasilkan gaya angkat. Beberapa keuntungan yang dihasilkan oleh skirt adalah sebagai berikut: 1. Secara signifikan dapat mengurangi tenaga untuk menghasilkan gaya angkat. 2. Dapat dengan mudah melewati rintangan (obstacle) 3. Memiliki kemampuan amphibious 4. Meningkatkan manuveribilitas Gambar dibawah ini menunjukan perkembangan bentuk skirt: II-2
Gambar 2.3.1. Evolusi dari disain skirt (Yun, Liang: Theory and Design of Air Cushion Craft, Hal.233)[2] Skirt/flexible skirt memiliki beberapa jenis, tergantung dari pemakaiannya. Masing-masing dari jenis skirt tersebut memiliki kekurangan dan kelebihan masing-masing. Berikut diantaranya adalah beberapa jenis skirt: a. Bag Skirt: Jenis ini merupakan jenis skirt paling sederhana diantara jenis skirt lainnya. Selain sederhana, jenis ini memiliki beberapa keunggulan diantaranya adalah: -
Toleran terhadap kerusakan kecil pada saat digunakan. hanya lubang yang besar yang dapat membuat skirt jenis ini kehilangan Cushion.
-
Mudah untuk memperbaiki kerusakan kecil (dengan mengikat, menambal, mengelem).
-
Mudah untuk dibuat, dengan biaya yang murah.
-
Jumlah sendi-sendi relatif sedikit (biasanya terdapat 3-6 per unit) sendi yang dilem. II-3
Adapun beberapa kekurangan yang dimiliki skirt jenis ini adalah:
-
Sulit untuk memperbaiki kerusakan besar.
-
Stabilitas kurang.
-
Lebih cocok digunakan di perairan dibandingkan dengan pemakaian di
darat.
Gambar 2.3.1. Hovercraft Dengan Bag Skirt.[3] b. Finger Skirt: Jenis ini merukan jenis skirt yang cukup rumit, dimana terdapat ruas-ruas bantalan yang digunakan pada sebuah hovercraft. Jenis ini memiliki beberapa keunggulan, diantaranya adalah: -
Hovercraft dengan skirt jenis ini cenderung lebih stabil.
-
Mudah untuk memperbaiki kerusakan besar.
-
Cocok digunakan di daratan maupun perairan.
Adapun kekurangan dari skirt jenis ini adalah: -
Pembuatan yang rumit dan biaya yang mahal.
-
Memerlukan daya yang besar untuk mengangkat jenis skirt ini.
-
Mudah rusak, terutama pada permukaan yang kasar.
II-4
Gambar 2.3.2. Hovercraft Dengan Finger Skirt.[3] c. Bag and Finger Skirt: Jenis skirt ini merupakan perpaduan antara jenis bag skirt dan finger skirt. Jenis ini biasanya dipakai untuk hovercraft komersial yang besar (heavy). Jenis ini menggabungkan keunggulan dan kekurangan dari masing-masing jenis skirt tersebut, yang bertujuan untuk menambah kenyamanan, keamanan, dan stabilitas yang lebih baik. Kekurangan dari skirt jeni ini adalah -
Tingkat kesulitan dan kerumitan yang tinggi yang berimbas pada biaya yang besar pula.
-
Sulit untuk memperbaiki kerusakan besar.
-
Memerlukan daya yang sangat besar untuk mengangkat (skirt) sebuah hovercraft dengan jenis skirt seperti ini.
Gambar 2.3.3 Desain Bag and Finger Skirt.[3] II-5
Gambar 2.3.4. Hovercraft Dengan Bag and Finger Skirt.[3]
2.3.3. Propeller yaitu alat yang terdiri dari beberapa bilah pisau atau sudu berputar yang dapat menghasilkan gaya dorong dan gaya angkat yang disalurkan melalui skirt. Berbagai jenis dari propeller dapat kita jumpai, akan tetapi jenis propeller yang paling sering digunakan adalah propeller dengan jenis axial fan.
Gambar 2.3.5 Axial fan.[5] II-6
2.3.4. Engine Sebuah alat mekanik yang menggerakan propeller. Mesin atau power plant
itu sendiri merupakan sebuah penggerak utama pada sebuah hovercraft.
Biasanya mesin dihubungkan dengan fan atau propeller dengan menggunakan belt atau sabuk.
Gambar 2.3.6. Engine.
Gambar 2.3.7. Bagian-bagian Hovercraft. II-7
2.4.
Jenis dan Penggunaan Hovercraft Hovercraft dibagi menjadi tiga jenis menurut media bergeraknya, yaitu
Hovercraft amfibi, Hovercraft semi amfibi, dan non amifibi. Perbedaannya adalah jenis Hovercraft amfibi dapat begerak di atas permukaan air, es/salju, lumpur,
rawa, gurun, rumput dan berbagai jenis permukaan lainnya. Sedangkan Hovercraft dengan tipe semi amfibi dan non amfibi hanya dapat bergerak diatas permukaan air. Perbedaan lainnya adalah apabila Hovercraft tipe amfibi dapat
berhenti di atas permukaan air dan di daratan, Sementara Hovercraft semi amfibi dapat menempatkan separuh strukturnya di permukaan air dan separuhnya hanya
lagi di permukaan daratan. sedangkan Hovercraft non amfibi hanya dapat berhenti di permukaan air. Menurut ukurannya Hovercraft dibagi menjadi tiga kategore yaitu: -
Hovercraft dengan bobot hingga 10 ton disebut sebagai Hovercraft kecil (Small Hovercraft).
-
Hovercraft dengan bobot 10 – 100 ton disebut sebagai Hovercraft sedang (Medium-sized Hovercraft).
-
Hovercraft dengan bobot 100 – ≥300 ton disebut sebagai Hovercraft besar (Large Hovercraft)
Menurut konstruksinya, hovercraft dibagi menjadi beberapa jenis. Yaitu: a. Open Plenum Jenis ini menggunakan konstruksi ruang terbuka dengan sebuah ruang besar yang berisi udara bertekanan tinggi. Konstruksi semacam ini memerlukan tenaga/energi yang besar untuk menjamin adanya tekanan yang cukup tinggi.
II-8
Gambar 2.4.1. Tipe Open Plenum.
b. Peripheral Jet Konstruksi rancangan Sir Christoper Cockerel memakai jet annular (cincin), udara dipompa ke sekeliling sisi kendaraan. Tenaga yang diperlukan lebih sedikit, untuk membangkitkan alas bantalan udara secara terus menerus.
Gambar 2.4.2. Tipe Peripheral Jet. c. Flexible Skirt Pada konstruksi ini, selubung flexible pada jet annular menyebabkan penambahan ketinggian letak hovercraft sampai 10 kali lipat, dengan demikian hovercraft dapat melintasi medan darat yang permukaannya tidak rata maupun medan pantai yang kurang baik.
II-9
Gambar 2.4.3. Tipe Flexible Skirt.
d. Fixed Wall Pada konstruksi ini, hovercraft dengan dinding sisi yang baku ini dikenal dengan itilah CAB (Capture Air Bubble atau Gelembung Udara yang Diperangkap), sekilas konstruksi ini mirip dengan hovercraft berjenis Flexible Skirt. Hanya saja, skirt disini diganti dengan dinding-dinding yang memerangkap udara. Penggunaan Hovercraft bergantung pada jenisnya, terutama menurut media geraknya, maupun ukurannya. Berikut ini adalah beberapa contoh penggunaan Hovercraft: 1. Sarana transportasi (mengangkut penumpang dan barang) 2. Militer (mengangkut keperluan alat/senjata berat) 3. SAR. 4. Kendaraan Patroli perairan. 5. Kendaraan Eksplorasi dan Survey. 6. Rekreasi dan Hobi. 2.5.
Medan Tempuh Hovercraft Seperti kendaraan pada umumnya, Hovercraft pun memiliki keterbatasan
akibat medan tempuh atau pengoperasian, maupun akibat ukuran dan kemampuan karakteristiknya. Pada sub bab ini akan dibahas mengenai keterbatasan penggunaan Hovercraft akibat medan tempuhnya. II-10
2.5.1. Medan Pengoperasian Darat Pada umumnya permukaan darat yang mulus, keras dan memiliki drainase
yang baik akan menambah efisiensi pengoperasian kendaraan konvensional. Akan hal itu tidak berarti bagi Hovercraft. Sebab keadaan permukaan tanah itu tetapi,
tidak terlalu berpengaruh pada pengoperasian Hovercraft itu sendiri. Hal ini dikarenakan pada pengoperasian Hovercraft menggunakan bantalan udara yang bertekanan relatif konstan sehingga Hovercraft dapat bergerak dengan kecepatan
dan kondisi yang hampir sama disegala jenis medan darat. Akan tetapi kinerja optimal akan didapat dengan kriteria medan yang sama dengan yang dibutuhkan
dengan kendaraan konvensional lainnya. Karakteristik medan darat yang memiliki pengaruh penting terhadap performa pengoperasian Hovercraft adalah sebagai berikut: a. Ketinggian dan Temperatur Udara. Faktor ini sangat penting karena kebanyakan Hovercraft digerakan dengan motor bakar (Piston Engine) atau turbin gas sehingga pada daerah tinggi dengan temperature udara yang tinggi daya engine akan menurun akibat penurunan masa jenis udara yang masuk kedalam engine. b. Sudut Permukaan Gradient maksimum yang dapat dilalui oleh Hovercraft pada dasarnya tergantung pada kemampuan atau daya yang dimiliki oleh engine itu sendiri. Akan tetapi medan yang harus dilalui oleh Hovercraft diusahakan harus serata mungkin. Sudut Permukaan %
Persentase Banyaknya Sudut Permukaan
0-10
58
10-30
23
>30
13
Tabel 2.5.1. Sudut Permukaan (Diadaptasi dari Ref. Cross, hal. 51)[1] II-11
c. Medan Air Sungai, kanal, danau, laut, dan rawa dapat ditempuh dengan baik
oleh sebuah Hovercraft. Satu-satunya penghambat atau kesulitan pada saat
melintasi medan tersebut adalah adanya perintang, seperti bangunan, bebatuan atau pepohonan yang akan menghambat laju Hovercraft tersebut.
Selain itu, ukuran Hovercraft juga berpengaruh pada kemampuan untuk
menjelajahi medan tersebut.
d. Tetumbuhan
Pada medan yang dipenuhi semak belukara atau tumbuhan yang rimbun dan tinggi akan menyulitkan kendaraan konvensional untuk dapat melaju. Begitu halnya apabila medan tersebut banyak terdapat akar-akaran yang melintang, maka akan sangat menyulitkan kendaraan konvensional untuk dapat melaju dengan baik. Lain halnya dengan Hovercraft, permasalahan tersebut tidak terlalu berarti walaupun hal tersebut berpotensi mengurangi kecepatan Hovercraft tersebut dan bahkan akan beresiko mengikis flexible skirt.
Obstacle profile : Vertical Slide, Flat Top Height
:H>h
Possibility
: No
(A)
II-12
Obstacle profile : Vertical Slide, Rounded To
Height
:H ⌂h
Possibility
: Yes, even if H slightly
exceeds h
(B)
Obstacle profile : Sloping Slide, Rounded Top Height
:H>h
Possibility
: Yes
(C) Gambar 2.5.1. Kemampuan Hovercraft melewati Rintangan (Obstacle) (Diadaptasi dari Ref. Cross, hal. 54) [1] e. Rintangan (Obstacle) Hovercraft dapat melewati berbagai medan atau rintangan, rintangan disini di definisikan sebagai benda yang menghalangi ruang gerak dari Hovercraft itu sendiri. Pada umumnya rintangan adalah permukaan padat yang berbentuk gundukan. Hovercraft sendiri tidak akan bisa melawati sebuah rintangan apabila tinggi vertikalnya lebih tinggi dari tinggi skirt Hovercraft itu sendiri. Namun apabila permukaan tersebut berbentuk cembungan yang pada bagian atasnya
II-13
memiliki radius dimana tinggi vertikalnya lebih tinggi dari skirtnya, Hovercraft tetap akan bisa melewatinya. Kemampuan tersebut dapat dilihat pada Gambar
2.5.1.
2.5.2. Medan Pengoperasian Laut Berikut ini adalah beberapa hal penting yang patut diperhatikan pada saat
pengoperasian Hovercraft di medan laut: a. Tinggi dan Panjang Gelombang
Pada Hovercraft kecil, faktor ini sangat berpengaruh pada tingkat kesulitan
pengoperasian Hovercraft di laut. Sedangkan untuk Hovercraft yang besar faktor tersebut dapat mengurangi kenyamanan dan tingkat stabilitas serta keamanan. b. Kecepatan dan Arah Angin Angin yang berhembus dipermukaan laut akan menyebabkan gelombang. Hal tersebut akan menyebabkan terjadinya penurunan kinerja Hovercraft. Arah angin yang berlawanan dengan arah gerak Hovercraft akan menjadi hamabatan, sehingga waktu tempuh akan menjadi lebih lama dan konsumsi bahan bakan akan menjadi lebih boros.
2.5.3. Medan Pengoperasian Pantai Hovercraft merupakan kendaran amfibius yang dapat melintasi segala medan, baik di daratan berupa tanah, rerumputan, bahkan medan berupa pantai. Hovercraft sendiri memiliki kemampuan untuk bergerak berpindah dari air ke daratan tanpa berhenti, namun ada beberapa faktor penting yang mempengaruhi kinerja pada pengoperasiannya, antara lain adalah: a. Kondisi Pantai Pantai yang curam dan memiliki banyak karang kurang cocok untuk pengoperasian Hovercraft, sedangkan pantai yang ideal adalah yang memiliki permukaan yang relatif landai. b. Muara Sungai II-14
Lebar muara sungai yang lebih kecil dari Hovercraft itu sendiri akan berpengaruh pada pengoperasiannya serta akan berpotensi membahayakan. Oleh
sebab itu pengoperasian di daerah seperti ini lebih cocok dilakukan oleh Hovercraft dengan ukuran kecil daripada Hovercraft dengan ukuran yang besar.
c. Rintangan (Obstacle)
Rintangan pada pada pengoperasian di daerah pantai sangan bervariasi. Dimulai dari karang yang terjal sampai pemecah ombak buatan, dimana hal-hal
tersebut tidak bisa dilewati oleh Hovercraft.
2.6.
Perbandingan Hovercraft Dengan Media Transportasi Lainnya Belum banyaknya pengoperasian Hovercraft dan jumlahnya yang masih
sedikit. Maka dari itu perlu dilakukan perbandingan antara Hovercraft dengan moda transportasi lainnya yang sudah ada dan lebih dulu digunakan. Salah satu parameter sebagai bahan perbandingan ialah efisiensi, namun ada beberapa faktor lagi yang untuk mendapatkan tingkat efisiensi tersebut. Diantaranya adalah; kecepatan, jarak tempuh/jelajah (range), kapasitas, beban yang diangkut, medan yang dapat ditempuh, kehandalan, dan performa. Kriterian efisiensi yang akan diperbandingkan dengan kendaraan konvensional lainnya akan dibahas pada sub bab ini. Diantaranya meliputi beberapa faktor berikut: a. Kapasitas kerja potensial (Potential Work) b. Daya per ton beban (Horsepower per Payload Ton) c. Konsumsi bahan bakar per satuan baban angkut per satuan jarak (Fuel Required to Transport Unit Payload Over Unit Distance)
II-15
Maximum Payload, Tons
Design Cruising Speed, Knots
Potential Work Capacity, Ton Knots
Maximum Payload Range, Nautical Miles
… … … … …
22.4 – 54.9 11.0 – 13.1 11.7 – 17.5 5.1 – 6.2 0.7 – 1.5
502 – 1,174 433 – 526 457 – 514 255 – 458 135 – 244
11,700 – 29,050 4,760 – 6,900 5,320 – 9,000 1,240 – 2,830 109 - 354
4,000 – 5,250 2,040 – 2,445 1,341 – 1,680 475 – 1,250 180 – 690
Helicopters … Hovercraft – Amphibious – Air Propeller Air Jet … Non-Amphibious Semi-Amphibious
…
0.7 – 6.1
99 – 166
83 – 1,008
100 – 500
… … … …
0.24 – 50.5 0.45 – 1.0 5.0 – 6.0 21
30 – 70 35 – 45 30 – 35 40
7 – 3,280 15 – 45 175 – 180 840
60 – 210 87 – 200 100 – 140 160
Hydrofoils … Ships – Ferries …
…
1.3 – 23.0
32 – 48
40 – 897
145 – 300
…
90 – 240
14 – 22
1,260 – 5,280
On Cross Channel Services
Ocean Liners Bulk Cargo Carries Tankers … Typical Short Sea Containers
… … …
142 – 362 9,600 – 63,000 19,000 – 196,000
20 – 31 12 – 16 14.5 – 16
2,835 – 11,200 115,200 – 960,000 276,000– 3,140,000
On Ocean Voyages On Ocean Voyages On Ocean Voyages
…
3,000
13.5
40,500
Linking the UK with Continental Europe
Typical long distance containers
…
20,000
21
420,000
On Ocean Voyages
Transport Mode
Aircraft – Long-haul Medium-haul Short-haul Small short-haul Third-level
Tabel 2.6.1. Perbandingan Beberapa Alat Transportasi (Diadaptasi dari Ref. Cross, hal. 63)[1]
II-16
2.7.
Teori-teori Yang Mendukung
2.7.1. Hukum Kesetimbangan Benda
Kesetimbangan adalah kondisi dimana resultan semua gaya yang bekerja
pada suatu benda adalah nol. Dengan kata lain, sebuah benda berada dalam
kesetimbangan jika semua gaya dan momen yang dikenakan padanya setimbang.
dan
(2.7.1.)
2.7.2. Konstruksi Komposit
Komposit adalah perpaduan antara beberapa material yang bersinergi dan menghasilkan material baru. Sebagai material masa depan, dibandingkan dengan bahan-bahan lain memang tergolong jarang digunakan, karena pengetahuan tentang material ini masih minim dan harga bahan bakunya yang relatif mahal, menyebabkan material ini kurang diminati. Tetapi banyak sekali kelebihankelebihan material komposit ini dibandingkan dengan material lain. Adapun kelebihan-kelebihan yang dimiliki oleh material komposit adalah sebagai barikut: -
Ringan
-
Kuat
-
Tahan Lama
-
Anti Lapuk
-
Mudah Dalam Pengerjaan
2.7.3. Sambungan Perekat Secara umum jenis-jenis sambungan yang digunakan pada konstruksi pengerjaan hovercraft ini adalah sebagai berikut: -
Sambungan Las
-
Sambungan Pasak
-
Sambungan Mur dan Baut
-
Sambungan Perekat/laminasi
-
Sambungan Paku II-17
Pada pengerjaan ini sambungan lebih banyak digunakan pada konstruksi yang memakai kayu/triplek dan besi. Dimana pada konstruksi komposit hapir
semuanya menggunakan metode perekat atau laminasi. Hal ini tidak melemahkan penampang-penampang komposit yang di sambung menggunakan perekat malah
memiliki daya pikul yang lebih tinggi karena proses perekatan/laminasi secara langsung menambah ketebalan dan kekuatau konstruksi komposit itu sendiri.
2.7.4. Kekuatau Sambungan Perekat
Menurut kondisi pembebanannya kekuatan sambungan perekat dapat
dikategorikan dalam tiga kelompok utama, yaitu: -
Kekuatau geser (Shear Strength)
-
Kekuatan Tarik (Tensile Strength)
-
Kekuatan Membuka (Peeling Strength)
2.7.4.1. Kekuatan Geser (Shear Strength)
Gambar 2.7.1. Sambungan Perekat Beban geser Sambungan perekat/laminasi yang menyambung dua buah lempengan komposit ketebalan t secara lap joint, dengan ketebalan b dan panjang L mengalami beban geser sebesar F. sambungan tersebut akan mengalami tegangan geser sebagai berikut: (2.7.2.) Dimana: Ks= Faktor distribusi tegangan yang besarnya 2 sampai dengan 3
II-18
2.7.4.2. Kekuatan Tarik (Tensile Strength)
Gambar 2.7.2. Sambungan Perekat Beban Tarik Dua buah batang seperti pada gambar 2.7.2. dengan ukuran panjang L1 dan lebar L2. Disambung menggunakan perekat atau laminasi dan mendapat tarikan sebesar F. sambungan perekat tersebut akan mengalami tegangan tarik sebagai berikut: (2.7.3.) 2.7.4.3. Kekuatan Membuka (Peeling Strength)
Gambar 2.7.3. Sambungan Perekat Beban Membuka Sambunga perekat dengan lebar b dan panjang L,yang mendapat beban membuka sebesar F akan mengalai tegangan kelupas/membuka sebagai berikut: (2.7.4.)
II-19
2.7.5. Kekuatau Sambungan Sambungan Mur dan Baut Beban Eksentris Tegangan yang terjadi pada konstruksi sangat beragam, yang paling krusial adalah tegangan yang terjadi pada sambungan baut dan mur, dimana
elemen ini sangat penting peranannya dalam menunjang konstruksi yang lain. Penggunaan mur dan baut pada proyek tugas akhir ini dilakukan di tempat dudukan mesin dan konstruksi penyangga mesin. Untuk itulah perlu perhitungan mengenai berapa besar tegangan yang terjadi pada sambungan mur dan baut tersebut. Berikut adalah beberapa persamaan untuk menghitung tegangan tersebut:
Tegangn tarik atau tekan pada baut
(2.7.5.)
Tegangan geser pada ulir baut (2.7.5.) Dimana:
d1= Diameter inti baut K = Konstanta tebal efektif akar ulir baut= 0.5-0.84 H = Tinggi Mur= (0.8-1) d D = Diameter nominal baut
II-20
