BAB II TINJAUAN PUSTAKA. menggunakan media udara. Pengertian pesawat terbang juga dapat diartikan

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pesawat Terbang Pesawat terbang adalah sebuah alat yang dibuat dan dalam penggunaannya menggunakan media udara. Pengertian pesawat terbang juga dapat diartikan sebagai benda-benda yang dapat terbang, baik benda tersebut lebih ringan daripada udara ataupun yang lebih berat daripada udara. Tentang bagaimana benda-benda tersebut dapat terbang tentunya ada suatu sifat tersendiri dari benda tersebut, sehingga dapat diterbangkan. Biasanya sifat tersebut dapat timbul sebagai akibat dari adanya udara, atau dapat diartikan pesawat dapat terbang di udara karena adanya udara. Prinsip tentang benda-benda yang dapat bergerak atau gaya-gaya yang timbul akibat pergerakkan antara suatu benda dengan udara dipelajari di dalam Aerodinamika. Aero berasal dari bahasa Yunani artinya udara, pesawat terbang, atau penerbangan bahkan juga Ilmu Keudaraan (Ilmu Penerbangan). Dinamika berasal dari bahasa Yunani artinya kekuatan atau tenaga, ilmu yang menyelidiki benda-benda bergerak serta gaya yang menyebabkan gerakan benda tersebut. Jadi pengertian ilmu penerbangan (aerodinamika) berarti ilmu pengetahuan yang mempelajari tentang akibat-akibat yang ditimbulkan udara atau gas-gas lain yang bergerak.

Universitas Sumatera Utara

2.1.1 Sejarah Pesawat Terbang Awal dari konsep penerbangan pada dasarnya merupakan imitasi dari burung yang memanfaatkan kepakan sayapnya. Leonardo da Vinci (1452-1519) telah membuat lusinan lukisan dari mesin-mesin terbang, kebanyakan dari lukisan tersebut berdasarkan konsep kepakan sayap. Detail dari lukisan tersebut menggambarkan sayap dan puli terhubung dengan pilot yang menggerakkan kepakan sayap tersbut. Keseluruhan dari konsep ini telah divonis merupakan suatu kesalahan karena kemampuan fisiologi yang luar biasa dari burung tidak akan pernah bisa ditandingi oleh manusia. Meskipun sejarah merekam berbagai macam percobaan dengan konsep “lebih ringan dari udara” , Motngolfier bersaudara dari perancis, secara umum telah berhasil membangun sebuah balon udara yang pertama. Motngolfier merupakan pemilik pabrik peleburan kertas yang memiliki ketertarikan terhadap science . Pada tahun 1782, berawal dari mengamati kebakaran mereka berusaha untuk menangkap gas yang diproduksi oleh api dan memuatnya kedalam sebuah karung. Dimulai dengan memuatnya kedalam karung kecil yang terbuat dari sutera, mereka membakar kertas dan kayu dibagian bawah dari karung yang terbuka. Dan hasilnya karung tersebut naik ke atap rumah mereka. Mereka kemudian mencoba membakar kayu dan jerami dan mereka berpikir bahwa mereka telah menemukan gas dengan sifat-sifat misterius, mereka menyebutnya gas Montgolfier. Kejadian ini menarik perhatian France Science Academy yang diketuai oleh fisikawan muda bernama J.A.C. Charles yang kemudian meneliti gas ini dan menyatakan bahwa gas tersebut merupakan panas udara biasa yang tidak seefektif gas helium dalam memproduksi gaya angkat. Namun pengembangan


berikutnya tentang balon udara semakin pesat pada dekade tersebut dengan mengikuti penerbangan balon udara pertama Montgolfier. Dan orang pertama yang terbang bersama balon udara adalah seorang ilmuan fisika Jean Francois Pilatre yang menggabungkan gas Helium yang kemudian berakhir dengan tragedi meledaknya balon udara tersebut dan menewaskan dirinya, namun perkembangan balon udara akhirnya bisa menjadi alat transportasi udara yang pertama dan digunakan untuk transportasi perang masa itu. Konsep desain pertama yang menggunakan sayap tetap (fixed wing) untuk mengangkat dan permukaan lain untuk mengontrol serta adanya sistem propulsi adalah Sir George Cayley (1773-1857) yang kemudian jenis penerbangan seperti ini disebut glider (pesawat terbang layang) . Kemudian dengan meneruskan konsep dari Sir George Cayley, Otto Lilienthal mengembangkan kembali konsep tersebut dengan berdasarkan prinsip prinsip aliran fluida yang ia pelajari ketika kuliah di jurusan Teknik Mesin di Berlin Technical Academy. Otto menerbitkan sebuah buku dengan judul Bird Flight as the Basic of Aviation pada tahun 1889. Buku ini yang kemudian digunakan oleh Wright bersaudara, Orville dan Willbur Wright yang merupakan orang paling popular di dalam sejarah dunia penerbangan. Setelah mereka mempelajari konsep Otto Lilienthalm mereka kemudian membangun glider

dengan berbagai macam percobaan dan

pengembangan untuk memperoleh airfoil yang sesuai. Hingga akhirnya pada tahun 1902 dibangun pesawat pertama dengan tiga axis control dan menjadi sejarah pertama penerbangan dengan system control yang bermesin.


2.1.2 Pembagian Katagori Dalam Pesawat Udara Pesawat Udara ini terbagi dalam beberapa katagori yaitu: a. Pesawat Udara Aerodinamis , yaitu pesawat udara yang lebih berat dari udara. Pesawat Udara Aerodinamis terdiri dari 2 kelompok yaitu pesawat bermotor dan tidak bermotor. Yang bermotor terdiri dari bersayap tetap (fixed wing) dan sayap putar (rotary wing) . Pesawat udara aerodinamis bermotor bersayap tetap terdiri dari pesawat terbang, kapal terbang dan amphibians. Yang bersayap putar terdiri dari helicopter dan gyrocopter. Pesawat udara aerodinamis tidak bermotor terdiri dari pesawat luncur , pesawat layang dan layang-layang.

(a)

(b)

Gambar 2.1 (a) Fixed wing dan (b) Rotary wing

b. Pesawat Udara Aerostatis , yaitu pesawat udara yang lebih ringan dari udara. Pesawat udara aerostatis terdiri dari kapal udara dan balon udara.

Gambar 2.2 Balon Udara


2.1.3 Mekanisme Pesawat untuk Terbang Ada beberapa macam gaya yang bekerja pada benda-benda yang terbang di udara. Gaya-gaya aerodinamika ini meliputi gaya angkat (lift), gaya dorong (thrust), gaya berat (weight), dan gaya hambat udara (drag). Gaya-gaya inilah yang mempengaruhi profil terbang semua benda-benda di udara, mulai dari burung-burung yang bisa terbang mulus secara alami sampai pesawat terbang yang paling besar sekalipun. Jadi gaya-gaya yang sama bekerja juga pada pesawat model yang ukurannya mini ini.

Gambar 2.3 Gaya-gaya yang bekerja pada pesawat

Gaya hambat udara (drag) merupakan gaya yang disebabkan oleh molekul-molekul dan partikel-partikel di udara. Gaya ini dialami oleh benda yang bergerak di udara. Pada benda yang diam gaya hambat udara nol. Ketika benda mulai bergerak, gaya hambat udara ini mulai muncul yang arahnya berlawanan dengan arah gerak, bersifat menghambat gerakan (itu sebabnya gaya ini disebut gaya hambat udara). Semakin cepat benda bergerak semakin besar gaya hambat udara ini. Agar benda bisa terus bergerak maju saat terbang, diperlukan gaya yang bisa mengatasi hambatan udara tersebut, yaitu gaya dorong (thrust) yang dihasilkan oleh mesin. Supaya kita tidak perlu menghasilkan thrust yang terlalu


besar (sehingga tidak ekonomis) kita harus mencari cara untuk mengurangi drag. Salah satu caranya adalah dengan menggunakan desain yang streamline (ramping). Supaya bisa terbang, kita perlu gaya yang bisa mengatasi gaya berat akibat tarikan gravitasi bumi. Gaya ke atas (lift) ini harus bisa melawan tarikan gravitasi bumi sehingga benda bisa terangkat dan mempertahankan posisinya di angkasa. Di sinilah tantangannya karena harus melawan gravitasi. Maka fisikawan seperti Isaac Newton, Bernoulli, dan Coanda. Ketiganya bekerja sama menjawab tantangan ini. •

Hukum Newton III Isaac Newton yang terkenal dengan ketiga persamaan geraknya

menyumbangkan hukum III Newton tentang Aksi-Reaksi. Benjamin Crowell dalam bukunya Newtonian Physics mengatakan bahwa “ ketika objek A memberikan sebuah gaya kepada objek B, maka objek B juga harus memberikan sebuah gaya kepada objek A. Dua gaya tersebut besarnya sama dan dalam arah yang berlawanan. Dan dapat dituliskan secara singkat dengan rumus seperti berikut ini FA

on B

= - FB

on A

”. Hukum inilah yang kemudian diterapkan pada

kajian tentang aerodinamika pada airfoil sayap pesawat terbang. Sayap pesawat merupakan bagian terpenting dalam menghasilkan lift. Aliran udara terjadi diatas dan dibawah sayap pesawat. Partikel-partikel udara menabrak bagian bawah sayap pesawat. Partikel-partikel yang menabrak ini lalu dipantulkan ke bawah (ke arah tanah). Udara yang menghujani tanah ini merupakan gaya aksi. Dan kemudian tanah yang menerima gaya aksi ini pasti langsung memberikan gaya reaksi yang besarnya sama dengan gaya aksi tetapi berlawanan arah.


P1

P2

Gambar 2.4 Arah aliran fluida pada airfoil

•

Efek Coanda dan Hukum Bernoulli Untuk bagian atas sayap, ada proses lain yang juga menghasilkan aksi.

Dalam hal ini terjadi penerapan hukum Bernoulli dan efek Coanda. Menurut Coanda, udara yang melewati permukaan lengkung akan mengalir sepanjang permukaan itu (dikenal sebagai Efek Coanda). Ini dibuktikan ketika kita meletakkan lilin menyala di depan sebuah botol. Ketika lilin ditiup dari belakang botol, aneh ternyata lilin didepan botol itu akan mati. Menurut Coanda hal ini disebabkan karena udara yang kita tiup mengalir mengikuti permukaan lengkung botol lalu meniup api lilin hingga mati. Seperti inilah udara yang melewati bagian atas sayap ini mirip udara yang bergerak sepanjang botol. Udara ini akan mengalir sepanjang permukaan atas sayap hingga mencapai ujung bawah sayap. Di ujung bawah sayap itu partikel-partikel udara bergerombol dan bertambah terus sampai akhirnya kelebihan berat dan berjatuhan dimana peristiwa ini disebut downwash. Siraman udara atau downwash ini juga merupakan komponen gaya aksi. Tanah yang menerima gaya aksi ini pasti langsung memberikan gaya reaksi

yang


besarnya sama dengan gaya aksi tetapi berlawanan arah. Karena gaya aksinya menuju tanah (ke arah bawah), berarti gaya reaksinya ke arah atas. Gaya reaksi ini memberikan gaya angkat (lift) yang bisa mengangkat pesawat dan mengalahkan gaya berat akibat tarikan gravitasi bumi. Sumber gaya angkat (lift) yang lain adalah perbedaan tekanan udara dipermukaan atas dan dipermukaan bawah sayap, dimana terjadi penerapan Hukum Bernoulli disini. Untuk aliran inkompresibel, dimana ρ = konstan persamaan yang terjadi adalah : 𝑃𝑃1 +

1 1 𝜌𝜌 𝑉𝑉12 = 𝑃𝑃2 + 𝜌𝜌 𝑉𝑉22 2 2

Persamaan diatas disebut dengan persamaan Bernoulli, yang mana P1 relatif terhadap V1 dan P2 relatif terhadap V2 pada sepanjang permukaan airfoil. Sewaktu udara akan mengalir di bagian atas sayap, tekanannya sebesar P1. Ketika udara melewati bagian bawah sayap, tekanan udara di daerah itu sebesar P2. Dari gambar 2.4 terlihat korelasi antara kecepatan fluida dan tekanan yang terjadi di permukaan atas dan permukaan bawah airfoil sayap pesawat. Kecepatan fluida di permukaan atas airfoil lebih tinggi jika dibandingkan engan kecepatan di permukaan bawah fluida, hal ini menyebabkan tekanan di permukaan atas airfoil lebih rendah dibandingkan dengan tekanan di permukaan bawah airfoil sihingga menghasilkan gaya angkat ( Lift ) yang digunanakan untuk mengangkat pesawat. Korelasi ini sesuai dengan Hukum Bernoulli.

2.1.4 Pergerakan Pesawat di Udara Pada dasarnya pesawat terbang mempunyai 3 sumbu pergerakan (x, y, dan z axis) seperti penjelasan dibawah ini :


a.

Roll , yaitu pergerakan pesawat terhadap sumbu horisontal depan belakang yang mengakibatkan pesawat berguling kiri kanan (badan pesawat diam, sayap kiri kanan yg turun naik).

b. Yaw , yaitu pergerakan pesawat terhadap sumbu vertikal yg menyebabkan hidung pesawat berubah arah kiri kanan (pesawat akan berbelok kiri kanan). c.

Pitch , yaitu pergerakan pesawat terhadap sumbu horisontal yg tegak lurus terhadap sumbu roll yg menyebabkan hidung pesawat akan turun atau naik .

Gambar 2.5 Arah pergerakan pesawat

2.2 Pesawat Model (Aeromodelling)

Aeromodelling adalah suatu kegiatan yang mempergunakan sarana pesawat terbang miniatur (model) untuk tujuan rekreasi, edukasi, dan olah raga. Kegiatan olah raga dirgantara yang terkait dengan perencanaan, perancangan, pembuatan dan penerbangan pesawat model. Sedangkan pesawat model adalah pesawat udara tak berawak dengan batasan-batasan tertentu yang meliputi batasan ukuran pesawat, batasan mesin dan batasan bentuk. Pesawat tak berawak untuk keperluan


pengintaian atau untuk misi ke luar angkasa misalnya oleh militer atau badan luar angkasa disebut UAV (Unmanned Air Vehicle) dan tidak termasuk kategori aeromodelling.

Gambar 2.6 Pesawat model

Bila berbicara mengenai masalah aerodinamika, maka dalam pikiran terlintas mengenai ilmu mekanika fluida, dimana disitu terdapat pembahasan mengenai dinamika fluida. Pada dasarnya ilmu aerodinamika adalah cabang dari ilmu mekanika fluida itu sendiri. Dalam ilmu aerodinamika ini ada pembahasan mengenai airfoil atau aerofoil. Untuk itu, pembahasan mengenai airfoil ini sangat perlu, adanya pembahasan yang lebih mendalam akan memudahkan mengetahui karakteristik sebuah airfoil. Sebenarnya aplikasi airfoil ini sangatlah banyak, sebagai contoh pada sayap pesawat, blade sebuah turbin, impeller pada sentrifugal pompa dan propeler turbin angin. Tekanan dan kecepatan adalah besaran dasar dalam konsep ilmu aerodinamika. Kedua parameter tersebut menjadi landasan konsep serta aplikasi aerodinamika. Fenomena gerakan fluida yang melewati sebuah benda kerap kali menimbulkan suatu masalah dalam perancangan pada industri yang bergerak dalam bidang aerodinamika.


2.2.1 Klasifikasi Pesawat Model

Pada dasarnya pembagian jenis pesawat model sama dengan pesawat sebenarnya. Secara umum dapat dibedakan sebagai berikut : 1. Pesawat model bermotor yang terdiri dari bersayap tetap ( fixed wing ) dan sayap putar (rotary wing), kedua-duanya ada yang berfungsi sebagai hobi/sport ( fun flying ) , trainer dan kompetisi/prestasi. 2. Pesawat model yang tidak bermotor terdiri dari jenis hobi/sport (fun) dan kompetisi/prestasi. Ada juga pesawat model yang dibuat menyerupai pesawat sebenarnya baik dalam kategori fun dan kompetisi yang disebut model skala (scale model). Untuk pesawat model kompetisi/prestasi klasifikasinya memiliki standard FAI (Federation Aeronatique Internationale) yang berkedudukan di Paris, Perancis. • Klasifikasi Pesawat Model Menurut FASI (Federasi Aero Sport Indonesia) : 1. Kelas F1 (Free Flight) : • F1A (Glider A2) • F1H (Glider A1) • Chuck Glider/OHLG (On Hand Launched Glider) 2. Kelas F2 (Control Line) : • F2A (CL Team Race) • F2B (CL Aerobatic) • F2C (CL Speed) • F2D (CL Combat)


3. Kelas F3 (Radio Control): • F-3 A ( RC Aerobatic ) • F-3 C ( RC Helicopter ) • F-3 G (RC Glider) 2.2.2 RC Glider Glider merupakan pesawat model yang paling cocok untuk pemula. Hal ini dikarenakan pesawat model jenis ini dapat terbang dengan kecepatan yang rendah (slow flight). Adapun keunggulan-keunggulan pesawat glider adalah sebagai berikut : •

Tenaga penggeraknya menggunakan electric motor, sehingga kita tidak perlu membeli bahan bakar, serta membeli peralatan-peralatan extra lainnya.

•

Penerbangan glider tidak menimbulkan kebisingan ataupun gas buangan, sehingga dapat diterbangkan pada lapangan yang luas dimana saja.

•

Pesawatnya biasa terbang dengan cukup lambat, sehingga dapat memberikan ketenangan pada pilot yang mengendalikannya (relax-flying).

•

Biasanya harga glider juga lebih murah dibandingkan dengan model engine.

•

Waktu terbang dapat cukup lama, bagi yang sudah mahir, penerbangan 30 menit atau lebih adalah hal yang mungkin terjadi karena memanfaatkan efek termal di udara, dan hal ini tidak dapat dilakukan oleh jenis rc-flight yang lain (the flight-time winner).


2.3 Sayap pada Pesawat Terbang Berdasarkan letak sayapnya, pesawat di bagi atas beberapa jenis, diantaranya : 1. Pesawat terbang parasol. Letak sayap berada di atas badan pesawat (fuselage) yang ditopang dengan 2 penyangga. Pesawat jenis ini dapat terbang dengan kecepatan yang sangat rendah sehingga sangat cocok untuk pilot dalam melakukan uji penerbangan. Tetapi pesawat jenis ini membutuhkan penyangga yang menopang sayap pesawat sehingga struktur dari pesawat ini sendri sangat rentan mengalami kerusakan apabila terjadi kecelakaan.

Gambar 2.7 Pesawat terbang parasol 2. Pesawat terbang bersayap tinggi (high wing aircraft). Pemasangan sayap langsung di atas fuselage. Jenis pesawat ini biasa digunakan untuk pesawat dengan letak propeler depan (tractor ). Hal ini disesuaikan agar aliran fliuda yang mengalir di fuselage akibat dorongan propeler tidak mengenai sayap. Hal ini bertujuan untuk mengurangi gaya hambat. Berikut ini adalah gambar pesawat bersayap tinggi.

Gambar 2.8 Pesawat terbang bersayap tinggi


3. Pesawat terbang bersayap tengah (mid wing aircraft) Pemasangan sayap berada ditengah-tengah fuselage. Pesawat jenis ini adalah jenis pesawat yang paling sering di jumpai. Pesawat ini dapat terbang dengan kecepatan rendah maupun tinggi.Pesawat jenis ini sangat cocok untuk tipe pesawat glider. Berikut ini adalah gambar pesawat bersayap tengah.

Gambar 2.9 Pesawat terbang bersayap tengah

4. Pesawat terbang bersayap bawah (low wing aircraft) Pemasangan sayap berada dibawah fuselage. Pesawat jenis ini dapat terbang dengan kecepatan yang sangat tinggi. Selain itu pesawat ini sangat cocok untuk melakukan manuver di udara karena konstruksi sayap yang sangat kuat, berikut ini adalah gambar pesawat bersayap bawah.

Gambar 2.10 Pesawat terbang bersayap bawah Pada penelitian ini pesawat model yang digunakan adalah jenis pesawat terbang model bersayap tengah (mid wing aircraft).


2.3.1 Airfoil

Airfoil atau aerofoil adalah suatu bentuk geometri yang apabila ditempatkan di suatu aliran fluida akan memproduksi gaya angkat (lift) lebih besar dari gaya hambat (drag). Pada airfoil terdapat bagian-bagian seperti berikut : a) Leading Edge adalah bagian yang paling depan dari sebuah airfoil. b) Trailing Edge adalah bagian yang paling belakang dari sebuah airfoil. c) Chamber line adalah garis yang membagi sama besar antara permukaan atas dan permukaan bawah dari airfoil mean chamber line. d) Chord line adalah garis lurus yang menghubungkan leading edge dengan trailing edge. e) Chord (c) adalah jarak antara leading edge dengan trailling edge. f) Maksimum chamber adalah jarak maksimum antara mean chamber line dan chord line. Posisi maksimum chamber diukur dari leading edge dalam bentuk persentase chord. g) Maksimum thickness adalah jarak maksimum antara permukaan atas dan permukaan bawah airfoil yang juga diukur tegak lurus terhadap chord line.

Gambar 2.11 Bagian-bagian airfoil


Ada beberapa tipe airfoil : a. Under Chamber Untuk pesawat yang lebih lambat (slow flyer) , atau yang memiliki Reynolds Number rendah, lift tinggi pada kecepatan rendah dan hambatan juga tinggi .

Gambar 2.12 Airfoil under chamber

b. Flat-Bottom Biasanya untuk trainer awal, memiliki lift coefficient (daya angkat) yang tinggi, pesawat lambat dan kemampuan manuver terbatas.

Gambar 2.13 Airfoil flat bottom

c. Semi-Simetris Untuk trainer lanjutan, pesawat lebih cepat, dan pesawat mulai dapat melakukan basic manuver.

Gambar 2.14 Airfoil semi simetris


d. Fully Simetris Airfoil jenis ini biasanya digunakan pada pesawat akrobatik.

Gambar 2.15 Airfoil fully simetris

2.3.2 Sejarah Perkembangan Airfoil Penelitian serius untuk mengembangkan airfoil mulai dilakukan sejak akhir abad 19. Meskipun saat itu telah diketahui bahwa plat datar pun dapat membangkitkan

gaya angkat pada

sudut serang

tertentu,

namun

ada

kecenderungan pemikiran bahwa bentuk airfoil melengkung yang menyerupai bentuk sayap burung dapat menghasilkan gaya angkat yang lebih efektif. Paten bentuk airfoil pertama tercatat atas nama Horatio F. Phillips pada tahun 1884. Phillips adalah seorang kebangsaan Inggris yang yang pertama kali melakukan pengujian terowongan angin terhadap airfoil secara serius. Pada waktu yang hampir bersamaan, Otto Lilienthal memiliki ide yang sama. Setelah melakukan pengukuran yang teliti terhadap bentuk sayap burung, ia menguji bentuk airfoil dengan kelengkungan pada mesin pemutar dengan diameter 7 meter. Lilienthal percaya bahwa kunci sukses untuk melakukan penerbangan adalah dengan menggunakan airfoil lengkung. Ia juga mengujinya dengan radius nose yang berbeda-beda. Tahun 1902 Wright bersaudara melakukan pengujian airfoil mereka di terowongan angin, untuk mengembangkan bentuk yang efisien yang kemudian memicu keberhasilan mereka pada penerbangan pertama 17 Desember 1903.


Airfoil yang digunakan Wright bersaudara sangat mirip dengan desain dari Otto Lilienthal, yaitu tipis dan melengkung. Hal ini dimungkinkan karena pengetesan airfoil pada masa awal dilakukan pada bilangan Reynold yang sangat rendah. Pemikiran salah bahwa airfoil yang efektif harus memiliki bentuk tipis dan kelengkungan

tinggi

merupakan

alasan

pesawat

udara

yang

pertama

menggunakan sayap ganda. Bentuk airfoil tipis dan kelengkungan tinggi kemudian semakin ditinggalkan dan menyusut jumlahnya secara bertahap dalam kurun waktu satu dekade berikutnya. Airfoil dengan cakupan luas kemudian dikembangkan, yang umumnya secara trial and error. Beberapa bentuk yang cukup sukses adalah Clark Y dan Gottingen 398 yang digunakan sebagai basis bentuk airfoil yang diuji oleh NACA pada awal tahun 1920-an.

2.3.3 Airfoil NACA ( National Advisory Committee for Aeronautics ) NACA airfoil adalah bentuk airfoil sayap pesawat udara yang dikembangkan oleh National Advisory Committee for Aeronautics (NACA). Sampai sekitar Perang Dunia II, airfoil yang banyak digunakan adalah hasil riset Gottingen. Selama periode ini banyak pengujuan arifoil dilakukan diberbagai negara, namun hasil riset NACA lah yang paling terkemuka. Pengujian yang dilakukan NACA lebih sistematik dengan membagi pengaruh efek kelengkungan dan distribusi ketebalan atau thickness serta pengujiannya dilakukan pada bilangan Reynold yang lebih tinggi dibanding yang lain.


2.3.4 Konstruksi Geometri Airfoil NACA Airfoil yang saat ini umum digunakan sangat dipengaruhi oleh hasil penelitian yang dilakukan oleh NACA ini. Dan berikut ini adalah klasifikasi jenisjenis airfoil NACA : • NACA Seri 4 Digit Sekitar tahun 1932, NACA melakukan pengujian beberapa bentuk airfoil yang dikenal dengan NACA seri 4 digit. Distribusi kelengkungan dan ketebalan NACA seri empat ini diberikan berdasarkan suatu persamaan. Distribusi ini tidak dipilih berdasarkan teori, tetapi diformulasikan berdasarkan pendekatan bentuk sayap yang efektif yang digunakan saat itu, seperti yang dikenal adalah airfoil Clark Y. Pada airfoil NACA seri empat, digit pertama menyatakan persen maksimum chamber terhadap chord. Digit kedua menyatakan persepuluh posisi maksimum chamber pada chord dari leading edge. Sedangkan dua digit terakhir menyatakan persen ketebalan airfoil terhadap chord. Contoh : airfoil NACA 2412 memiliki maksimum chamber 0.02 terletak pada 0.4c dari leading edge dan memiliki ketebalan maksimum 12% chord atau 0.12c. • NACA Seri 5 Digit Pengembangan airfoil NACA 5 digit dilakukan sekitar tahun 1935 dengan menggunakan distribusi ketebalan yang sama dengan seri empat digit. Garis kelengkungan rata-rata (mean chamber line) seri ini berbeda dibanding seri empat digit. Perubahan ini dilakukan dalam rangka


menggeser maksimum chamber kedepan sehingga dapat meningkatkan CL maksimum. Jika dibandingkan ketebalan (thickness) dan chamber, seri ini memiliki nilai CL maksimum 0.1 hingga 0.2 lebih tinggi dibanding seri empat digit. Sistem penomoran seri lima digit ini berbeda dengan seri empat digit. Pada seri ini, digit pertama dikalikan 3/2 kemudian dibagi sepuluh memberikan nilai desain koefisien lift. Setengah dari dua digit berikutnya merupakan persen posisi maksimum chamber terhadap chord. Dua digit terakhir merupakan persen ketebalan/thickness terhadap chord. Contohnya, airfoil 23012 memiliki CL desain 0.3, posisi maksimum chamber pada 15% chord dari leading edge dan ketebalan atau thickness sebesar 12% chord. • NACA Seri-1 (Seri 16) Airfoil NACA seri 1 yang dikembangkan sekitar tahun 1939 merupakan seri pertama yang dikembangkan berdasarkan perhitungan teoritis. Airfoil seri 1 yang paling umum digunakan memiliki lokasi tekanan minimum di 0.6 chord, dan kemudian dikenal sebagai airfoil seri-16. Chamber line airfoil ini didesain untuk menghasilkan perbedaan tekanan sepanjang chord yang seragam. Penamaan airfoil seri 1 ini menggunakan lima angka. Misalnya NACA 16-212. Digit pertama menunjukkan seri 1. Digit kedua menunjukkan persepuluh posisi tekanan minimum terhadap chord. Angka dibelakang tanda hubung : angka pertama merupakan persepuluh desain CL dan dua angka terakhir menunjukkan persen maksimum thickness terhadap chord. Jadi NACA 16-212 artinya airfoil seri 1 dengan


lokasi tekanan minimum di 0.6 chord dari leading edge, dengan desain CL 0.2 dan thickness maksimum 0.12. • NACA Seri 6 Airfoil NACA seri 6 didesain untuk mendapatkan kombinasi drag, kompresibilitas, dan performa CL maksimum yang sesuai keinginan. Beberapa persayaratan ini saling kontradiktif satu dan lainnya, sehingga tujuan utama desain airfoil ini adalah mendapatkan drag sekecil mungkin. Geometri seri 6 ini diturunkan dengan menggunakan metode teoritik yang telah dikembangkan dengan menggunkan matematika lanjut guna mendapatkan bentuk geometri yang dapat menghasilkan distribusi tekanan sesuai keinginan. Tujuan pendekatan desain ini adalah memperoleh

kombinasi

thickness

dan

chamber

yang

dapat

memaksimalkan daerah alirah laminer. Dengan demikian maka drag pada daerah CL rendah dapat dikurangi. Aturan penamaan seri 6 ini cukup membingungkan dibanding seri lain, diantaranya karena adanya banyak perbedaan variasi yang ada. Contoh yang umum digunakan misalnya NACA 641-212, a = 0.6. Angka 6 di digit pertama menunjukkan seri 6 dan menyataan famili ini didesain untuk aliran laminer yang lebih besar dibanding seri 4 digit maupun 5 digit. Angka 4 menunjukkan lokasi tekanan minimum dalam persepuluh terhadap chord ( 0.4 c ). Subskrip 1 mengindikasikan bahwa range drag minimum dicapai pada 0.1 diatas dan dibawah CL design yaitu 2 dilihat angka 2 setelah tanda hubung. Dua angka terakhir merupakan persen


thickness terhadap chord, yaitu 12% atau 0.12. Sedangkan a= 0,6 mengindikasikan persen chord airfoil dimana distribusi tekanannya seragam, dalam contoh ini adalah 60 % chord. • NACA Seri 7 Seri 7 merupakan usaha lebih lanjut untuk memaksimalkan daerah aliran laminer diatas suatu airfoil dengan perbedaan lokasi tekanan minimum dipermukaan atas dan bawah. Contohnya adalah NACA 747A315. Angka 7 menunjukkan seri. Angka 4 menunjukkan lokasi tekanan minimum di permukaan atas dalam persepuluh (yaitu 0.4c) dan angka 7 pada digit ketiga menunjukkan lokasi tekanan minimum di permukaan bawah airfoil dalam persepuluh (0.7c). A, sebuah huruf pada digit keempat, menunjukkan suatu format distribusi ketebalan dan mean line yang standardisasinya dari NACA seri awal. Angka 3 pada digit kelima menunjukkan CL desain dalam persepuluh (yaitu 0.3) dan dua angka terakhir menunjukkan persen ketebalan maksimum terhadap chord, yairu 15% atau 0.15. • NACA Seri 8 Airfiol NACA seri 8 didesain untuk penerbangan dengan kecepatan supercritical. Seperti halnya seri sebelumnya, seri ini didesain dengan tujuan memaksimalkan daerah aliran laminer di permukaan atas permukaan bawah secara independen. Sistem penamaannya sama dengan seri 7, hanya saja digit pertamanya adalah 8 yang menunjukkan serinya. Contohnya adalah NACA 835A216 adalah airfoil NACA seri 8 dengan


lokasi tekanan minimum di permukaan atas ada pada 0.3c, lokasi tekanan minimum di permukaan bawah ada pada 0.5c, memiliki CL desain 2 dan ketebalan atau thickness maksimum 0.16c.

2.3.5 Sudut Serang (Angle of Attack) Sudut serang adalah sudut yang dibentuk oleh tali busur sebuah airfoil dan arah aliran udara yang melewatinya (relative wind). Biasanya diberi tanda α (alpha). Untuk airfoil simetris, besar lift yang dihasilkan akan nol bila sudut serang nol, sedang pada airfoil tidak simetris sekalipun sudut serang nol tetapi gaya angkat telah timbul. Gaya angkat menjadi nol bila airfoil tidak simetis membentuk sudut negatif terhadap aliran udara. Sudut serang dimana gaya angkat sebesar nol ini disebut zero angle lift.

Gambar 2.16 Angle of attack sebuah airfoil

2.4 Metode Elemen Hingga Metode Elemen Hingga adalah salah satu dari metode numerik yang memanfaatkan operasi matrix untuk menyelesaikan masalah-masalah fisik. Metode ini dibangun sebagai metode numerik untuk analisa tegangan, tapi sekarang pemakaiannya telah meluas sebagai metode yang umum untuk banyak permasalahan engineering kompleks dan ilmu-ilmu fisika. Mengandung banyak


perhitungan, pertumbuhannya

berhubungan dekat

dengan

pengembangan

teknologi komputer. Metode Elemen Hingga digunakan dengan membagi suatu benda menjadi beberapa bagian dan bagian-bagian tersebut disebut dengan mesh. Beberapa mesh yang terbentuk dari suatu benda dan terdiri dari beberapa titik (node). Nilai dan jumlah titik (node) ditentukan oleh jumlah mesh. Node 1

Node 2 Mesh 1

Node 3 Mesh 2

Node 4 Mesh 3

Gambar 2.17 Pembagian Mesh pada benda n=m+1 dimana : n

= jumlah node

m

= jumlah mesh Dengan demikian, pada persamaan diatas didapat bahwa jumlah titik

(node) pada pembagian elemen sama dengan jumlah mesh ditambah satu. Prinsip– prinsip dasar inilah yang kemudian banyak dipakai sebagai basis dari program komputer untuk simulasi–simulasi, baik simulasi tegangan, aliran dan lainnya. Maka dari itu Metode elemen hingga tidak dapat dipisahkan dari program– program komputer yang berbasis Computional Fluid Dinamic (CFD).


2.5 Computional Fluid Dinamic (CFD) Perkembangan teknologi yang serba terkomputerisasi, telah memberi banyak kemudahan salah satunya dalam hal mendapatkan informasi dari analisa yang mempunyai tingkat kerumitan yang tinggi bila dilakukan secara manual. Computational Fluid Dynamics (CFD) merupakan ilmu pengetahuan dengan bantuan komputer yang menghasilkan prediksi kuantitatif fenomena aliran fluida yang berdasarkan pada hukum konservasi ( konservasi masa, momentum, dan energi ) yang mengatur pergerakan fluida. CFD menggabungkan berbagai ilmu dasar teknologi diantaranya matematika, ilmu komputer, teknik dan fisika. Semua ilmu disiplin tersebut digunakan untuk pemodelan atau simulasi aliran fluida. Prediksi ini biasanya terjadi pada kondisi yang ditentukan oleh geometri aliran, properties fluida, serta batas dan kondisi awal dari aliran fluida. Prediksi umumnya memberikan nilai dari variabel aliran, diantaranya kecepatan, tekanan, atau temperatur pada lokasi tertentu. Prinsip CFD adalah metode penghitungan yang mengkhususkan pada fluida, di mana sebuah kontrol dimensi, luas serta komputasi komputer maka dapat dilakukan

volume dengan memanfaatkan perhitungan pada tiap-tiap

elemennya. Hal yang paling mendasar mengapa konsep CFD banyak sekali digunakan dalam dunia industri adalah dengan CFD dapat dilakukan analisa terhadap suatu sistem dengan mengurangi biaya eksperimen dan tentunya waktu yang panjang dalam melakukan eksperimen tersebut atau dalam proses design engineering tahap yang harus dilakukan menjadi lebih pendek. Hal lain yang mendasari pemakaian


konsep CFD adalah pemahaman lebih dalam mengenai karakteristik aliran fluida dengan melihat hasil berupa grafik, vektor, kontur bahkan animasi. 2.5.1 Software – software pada Computional Fluid Dinamic Computional Fluid Dinamic memiliki banyak software–software bantu untuk menyelesaikan permasalahan–permasalahan dalam dinamika fluida, diantaranya Solidwork, Exceed, GAMBIT dan program-program CAD/CAE, seperti; AutoCad, CATIA, NASTRAN, ProEngineering, dan lain-lain. Pada analisis ini digunakan software Solidwork. Solidwork dipilih karena memiliki keunggulan–keunggulan dibandingkan dengan software–software lain, diantaranya : • Graphic User Interface / tampilan dan fitur - fiturnya lebih menarik, juga penanganannya lebih mudah. • Relatif lebih ringan ketika dijalankan di komputer, dalam artian tidak memerlukan memori komputer yang terlalu besar. • Lebih banyak model yang dapat dibuat di Solidwork. 2.5.2 Tahapan kerja pada CFD Sebelum analisa dalam CFD dilaksanakan, terlebih dahulu dibuat desain awal benda yang akan disimulasikan. Disini benda yang akan disimulasikan adalah airfoil NACA 2412 yang digunakan pada sayap pesawat model tipe glider dan akan disimulasikan dengan software solidwork agar lebih mudah dan cepat dalam pembuatannya. Selain itu, perangkat lunak ini juga disertai dengan fasilitas pendukung untuk menganalisa dan mensimulasikan gerakan, diantaranya :


• Cosmoswork

digunakan

untuk

menganalisa

kecepatan,

tekanan,

tegangan, frekuensi, tekanan, suhu dan sebagainya. • Cosmosmotion digunakan untuk membuat gerakan dari benda, membuat simulasi serta menganimasikannya. Selain itu, Cosmosmotion juga dapat menganalisa beban untuk kasus analisa struktur. • Cosmosflowork digunakan untuk menganalisa aliran fluida baik dalam maupun luar, tekanan, kecepatan dan sebagainya.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA. menggunakan media udara. Pengertian pesawat terbang juga dapat diartikan

Recommend Documents