KAJIAN PENGARUH SUDUT VARIABLE STATOR VANES (VSV) DAN BUKAAN VARIABLE BLEED VALVES (VBV) TERHADAP STABILITAS STALL DAN SURGE PADA KOMPRESOR AKSIAL MESIN PESAWAT TERBANG
SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
Oleh : DWI MARSUDI NIM. I0402525
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2007
KAJIAN PENGARUH SUDUT VARIABLE STATOR VANES (VSV) DAN BUKAAN VARIABLE BLEED VALVES (VBV) TERHADAP STABILITAS STALL DAN SURGE PADA KOMPRESOR AKSIAL MESIN PESAWAT TERBANG Disusun Oleh Dwi Marsudi NIM. I0402525 Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
D. Danardono, ST. MT. NIP.132 238 502
Eko Prasetya B., ST. MT. NIP. 132 230 849
Telah dipertahankan di depan Tim Dosen Penguji Pada hari Jumat tanggal 25 Mei 2007. 1. Syamsul Hadi, ST. MT. NIP. 132 206 655
........................................
2. Rendy Adhi R., ST. MT. NIP. 132 282 690
........................................
3. Zainal Arifin, ST. MT. NIP. 132 258 060
........................................
Mengetahui, Ketua Jurusan Teknik Mesin
Koodinator Tugas Akhir
Ir. Agustinus Sujono, MT. NIP. 131 472 632
Wahyu Purwo R., ST. MT. NIP. 132 282 685
ii
PENGHARGAAN
Penulis persembahkan karya ini Untuk ALLAH SWT RASULULLAH MUHAMMAD SAW Kedua Orang Tua (Suyadi Mardi Witono dan Maryatun) dan kakak, adik kandung (Agung Setia Budi, Amd. ATT., Rosid Setiawan, Danang Ari Prasetyo) kakak, adik ipar (Heni Riyanti, Amd., Sarmiatun) keponakan-keponakan (Al-Faiz Setia Budi, Yusuf Setiawan, Revi Agustina Wulandari) serta orang yang penulis cintai (Eva Lismayanti) kemudian orang-orang yang senantiasa memberikan arahan dan motivasi (Bp. Sobron Zazid Al-Harun dan Ibu. Sri Kusumastuti) Keluarga Besar Parmo Witono Amad Rosidi Bani Marjuki Trah Karto Suwiryo (DWI MARSUDI)
iii
MOTTO
“Dan kami jadikan malam dan siang sebagai dua tanda, lalu kami hapuskan tanda malam dan kami jadikan tanda siang itu terang, agar kamu mencari karunia dari Tuhanmu, dan supaya kamu mengetahui bilangan tahun-tahun dan perhitungan. Dan segala sesuatu telah kami terangkan dengan jelas”. (QS. AL – ISRAA’ : 12)
Dari Ibnu ‘Umar RU. berkata, Rasulullah SAW telah memegang pundakku, Lalu beliau bersabbda : “Jadilah engkau di dunia ini, seakan-akan orang asing atau pengembara (musafir)” selanjutnya Ibnu ‘Umar RU. Berkata lagi : “Jika engkau di waktu sore maka janganlah engkau menunggu pagi, dan jika engkau di waktu pagi janganlah menunggu sore, dan pergunakanlah (beramal di waktu) sehatmu sebelum kamu sakit dan pergunakan (beramallah) di waktu hidupmu sebelum kamu mati”. (AL-HADITS : Diriwayatkan oleh Imam Bukhari)
Hidup Sekali Hidup Yang Berarti Kehidupan duniawi hanya sekali, melakukan hal yang terbaik dan mengkhiri dengan baik adalah hidup yang berarti. (DWI MARSUDI)
iv
ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui bagaimana pengaruh sudut Variable Stator Vanes (VSV) dan bukaan Variable Bleed Valves (VBV) terhadap stabilitas stall dan surge pada kompresor aksial mesin pesawat terbang, serta mengetahui performance engine pada posisi Take Off. Mesin yang digunakan adalah engine CFM56-3C1 S/N 721132 dengan kompresor aksial tipe two-spool 13 stage. Pengetesan engine pada 4 posisi yaitu Minimum Idle, Approach Idle, Max Continuous, Take Off. Pengujian menggunakan alat Engine Test Control Console dengan referensi Engine Shop Manual Testing mengacu standar ATA (Air Transport Association) Task 72-0000-760-008. Kompresor aksial mesin pesawat terbang memiliki daerah nilai VSV dan VBV tertentu, tergantung pada Rpm engine. Hasil penelitian menunjukkan semakin besar putaran engine, sudut VSV dan bukaan VBV semakin mengecil. Besarnya sudut VSV dan bukaan VBV harus berada pada daerah antara batas minimum-maksimum garis stall dan surge. Agar mesin tetap dalam batas aman didapat Sudut VSV 32.4º, 27.2º, 2.1º, 1.8º dan bukaan VBV 102.36%, 101.64%, 2.0%. Dari hasil pengujian engine didapat performance engine pada posisi Take Off turun, hal itu terlihat dari thrust yang dihasilkan turun 7.2 % dan EGT over limit sebesar 27.4º C. Kata kunci : Variable Stator Vanes, Variable Bleed Valves, Axial Compressor Stall And Surge, CFM56-3C1.
v
ABSTRACT
This research was aimed at finding out how the Variable Stator Vanes (VSV) angle and Variable Bleed Valves (VBV) opening affect the stall and surge stability in axial compressor of airplane engine, as well as at finding out the performance engine in Take Off position. The engine used was CFM56-3C1 S/N 721132 with axial compressor type two-spool 13 stage. The engine testing was conducted in 4 position: Minimum idle, Approach Idle, Max Continuous, Take Off. The testing used Engine Test Control Console tool with reference Engine Shop Manual Testing referring to standard of ATA (Air Transport Association) Task 72-00-00-760-008. Axial compressor of plane machine had area access VSV and certain VBV, depended on Rpm engine. The result of research showed that the larger the engine rotation, the smaller the VSV angle and VBV opening. The value of VSV angle and VBV opening should be in the safety zone between maximum-minimum limit of stall and surge line. It was obtained that VSV angle is 32.4º, 27.2º, 2.1º, 1.8º and VBV opening is 102.36%, 101.64%, 2.0%. From the result of engine testing it was obtained that the performance engine in Take Off position declined. This could be seen from the result that the thrust declined by 7.2% and EGT over limit of 27.4oC. Keywords: Variable Stator Vanes, Variable Bleed Valves, Axial Compressor of Stall and Surge, CFM 56-3C1
vi
KATA PENGANTAR
Bismillaahirrohmaanirrokhiim Assalamu’alaikum Wr. Wb. Alkhamdulillaah, segala puji bagi Allah SWT, Tuhan Semesta Alam, yang telah memberikan Rahmat dan Hidayah-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Skripsi ini yang berjudul " Kajian Pengaruh Sudut Variable Stator Vanes (VSV) Dan Bukaan Variable Bleed Valves (VBV) Terhadap Stabilitas Stall Dan Surge Pada Kompresor Aksial Mesin Pesawat Terbang". Adapun tujuan penulisan Skripsi ini adalah untuk memenuhi sebagian persyaratan guna mencapai gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang tiada terhingga kepada Ibunda dan Ayahanda tercinta yang telah memberikan doa restu dan sepenuhnya memberikan dukungan materiil kepada penulis untuk melaksanakan skripsi di PT. GMF AeroAsia. Selain itu penulis juga mengucapkan terimakasih kepada berbagai pihak yang telah memberi bantuan yang tak ternilai harganya sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan laporan ini. Pihakpihak tersebut antara lain : 1. Bapak Djatmiko H. Putra, selaku GM Personel dan General Affairs Manajer Training
dan Development PT. GMF AeroAsia yang telah
memberi izin untuk melaksanakan Skripsi. 2. Ibu Harlis dan Ibu Linda selaku koordinator Skripsi di PT. GMF AeroAsia. 3. Bapak Sariyanto sebagai pembimbing Skripsi di PT. GMF AeroAsia. 4. Bapak Roban, Marsius, Untung, Arief, Adi sebagai engineer di Unit Engine Shop PT. GMF AA. 5. Bapak Roy Pangkay sebagai supervasior Unit Engine Test Cell. 6. Bapak Nandang Surachman yang telah membantu dalam simulasi pengetesan engine di Unit Engine Test Cell.
vii
7. Seluruh mekanik Unit Engine Shop dan Engine Test Cell yang telah membantu dalam pelaksanaan Skripsi. 8. Bapak Ir. Agustinus Sujuno, MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Universitas Sebelas Maret Surakarta. 9. Bapak Ir. Wijang WR, MT. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin S1 Non Reguler Universitas Sebelas Maret Surakarta. 10. Bapak D. Danardono, ST. MT., Bapak Eko Prasetya B. ST. MT. selaku dosen pembimbing I dan II. 11. Bapak Triyono, ST. MT., selaku dosen Pembimbing Akademis. 12. Keluarga Besar Bani Marjuki yang telah banyak memberikan dukungan kepada penulis. 13. Keluarga Besar Trah Amat Rosidi dan Trah Parmo Witono yang telah banyak memberikan bantuan kepada penulis. 14. Kakak-kakakku dan Adik-adikku yang selalu perhatian kepada penulis. 15. Keluarga Bapak Murtadho yang telah memberikan izin istananya sebagai tempat berteduh selama penulis Kerja Praktek dan Warga Kampung Selapajang, Rt.02 Rw.01, Neglasari, Tangerang , Banten. 16. Bapak Sobron Zazid Al Harun dan Ibu Sri Kusumastuti yang telah memberikan doa restu, bimbingan, nasehat, motivasi, sehingga penulis merasa lebih terarah dalam melaksanakan Skripsi di PT. GMF AA. 17. Mbak Alviana HM. selaku infomator selama penulis di Jakarta. 18. Futiha Maharani, Nisa Fajria Rahma yang telah bayak membantu. 19. Tonny Anggoro Suwarsono, Nur Hidayat, Ari Septiyanto, Wisnu Anggoro, Maryanto, Popo, Yudhi, Pratikno, Antonius, dan rekanrekan angkatan 2002 serta temen-temen Kos M15 dan Kos Bagas yang telah banyak memberikan motivasi kepada penulis. 20. Radio Pas FM Jakarta yang selalu menghibur penulis di perantauan. 21. Po. Rosalia Indah dan Kereta Api Gaya Baru Malam Selatan yang telah membantu perjalanan ke Jakarta. 22. Rekan-rekan Mahasiswa STTA Yogyakarta Ridho, Bayu, Jalu, Wawan, Bambang UBK Jakarta Yogi, yang telah banyak membantu dalam laporan Skripsi ini.
viii
Penulis menyadari akan masih banyaknya kekurangan dalam penulisan laporan Skripsi ini. Oleh karena itu, penulis sangat berharap akan adanya kritik, saran maupun masukkan yang sifatnya membangun demi kesempurnaan laporan Skripsi ini. Akhirul, semoga laporan Skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Aamiin.
Cengkareng, Mei 2007 Penulis
ix
DAFTAR ISI Halaman Judul ................................................................................................ Halaman Pengesahan ..................................................................................... Penghargaan .................................................................................................... Motto ............................................................................................................... Abstrak ............................................................................................................ Abstract ........................................................................................................... Kata Pengantar ................................................................................................ Daftar Isi ........................................................................................................ Daftar Tabel .................................................................................................... Daftar Gambar................................................................................................. Daftar Notasi ................................................................................................... BAB I. PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang............................................................................. 1.2. Perumusan Masalah..................................................................... 1.3. Batasan Masalah .......................................................................... 1.4. Tujuan dan Manfaat..................................................................... 1.5. Sistematika Penulisan .................................................................. BAB II. LANDASAN TEORI 2.1 Tinjauan Pustaka........................................................................... 2.2 Ilustrasi Stall dan Surge................................................................ 2.3 Karakteristik Kompresor Aksial................................................... 2.4 Variable Stator Vanes (VSV) ........................................................ 2.5 Variable Bleed Valves (VBV) ....................................................... 2.6 Diagram Kecepatan Pada Kompresor Aksial ............................... 2.7 Siklus Bryton ................................................................................ 2.8 Proses Politropik........................................................................... BAB III. METODE PENELITIAN 3.1 Alat Pegetesan Engine ................................................................. 3.2 Alat Pendukung Pengetesan Engine ............................................ 3.3 Engine CFM56-3C1 .................................................................... 3.4 Kompresor .................................................................................... 3.5 Tempat Dan Waktu Penelitian ..................................................... 3.5 Alur Penelitian ............................................................................. BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Penelitian............................................................................. 4.2 Pembahasan .................................................................................. BAB V. PENUTUP 5.1 Kesimpulan................................................................................... 5.2 Saran .............................................................................................
i ii iii iv v vi vii x xi xii xiv 1 3 3 3 4 5 6 9 13 16 21 23 24 30 34 39 53 54 55 58 60 71 71
DAFTAR PUSTAKA ..................................................................................... xvi LAMPIRAN ................................................................................................... xvii
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Property Changes In An Isen Tropic Compresor............................... 22 Tabel 4.1 VSV dan VBV ..................................................................................... 59 Tabel 4.2 Performance Engine .......................................................................... 59
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Ilustrasi stall dan surge................................................................... 6 Gambar 2.2 Laminer Airflow............................................................................. 7 Gambar 2.3 Turbulen Airflow............................................................................ 7 Gambar 2.4 Angle Of Attack On Compresosor Blade-High Inlet-Air Velocity 8 Gambar 2.5 Angle Of Attack On Compresosor Blade-Low Inlet-Air Velocity 8 Gambar 2.6 Grafik prestasi sebuah kompresor aksial ....................................... 10 Gambar 2.7 Garis stall pada grafik karaktereistik sebuah kompresor aksial ..... 11 Gambar 2.8 VSV Angle ....................................................................................... 13 Gambar 2.9 VSV System .................................................................................... 14 Gambar 2.10 VSV Actuator................................................................................ 14 Gambar 2.11 VSV Bellcrank Assembly dan VSV Actuation Half Ring ............... 15 Gambar 2.12 VSV Feedback Cable .................................................................... 15 Gambar 2.13 VBV System Airflow Diagram ...................................................... 16 Gambar 2.14 VBV System .................................................................................. 17 Gambar 2.15 VBV Fuel Gear Motor .................................................................. 17 Gambar 2.16 VBV Stop Mechanism ................................................................... 18 Gambar 2.17 VBV Kicker System ....................................................................... 19 Gambar 2.18 Master Bleed Valve Dan Ballscrew Actuator .............................. 19 Gambar 2.19 VBV Main Flexible Shaft ............................................................. 20 Gambar 2.20 VBV Feedback Cable ................................................................... 20 Gambar 2.21 Blade Row Of Typical Compressor ............................................. 21 Gambar 2.22 Velocity Diagrams For Typical Compressor ............................... 21 Gambar 2.23 Skema Sebuah Motor Turbofan Two Spul Dengan Nosel Dingin Dan Nosel Panas .......................................................................... 23 Gambar 2.24 Kenaikkan Entalpi Dan Efisiensi Isentropik Setiap Tingkat ....... 24 Gambar 2.25 Kenaikan Temperatur Pembakaran Versus Perbandingan Bahan Bakar Udara Teoritik ........................................................ 29 Gambar 3.1 Engine Test Control Console ......................................................... 30 Gambar 3.2 Graphic Monitor ............................................................................ 31 Gambar 3.3 Fuel Tank Control .......................................................................... 31 Gambar 3.4 CPU ................................................................................................ 32 Gambar 3.5 Monitor Main Menu ........................................................................ 32 Gambar 3.6 Vibrating Indicator ......................................................................... 32 Gambar 3.7 Trouttle ........................................................................................... 33 Gambar 3.8 ECM (Engine Control Module ....................................................... 33 Gambar 3.9 Printer ............................................................................................ 34 Gambar 3.10 Ruang Test Bagian Belakang ....................................................... 34 Gambar 3.11 Ruang Test Bagian Depan ............................................................ 35 Gambar 3.12 Sensor Pengintai Engine .............................................................. 35 Gambar 3.13 Host Crane ................................................................................... 36 Gambar 3.14 Swist Host Crane .......................................................................... 36 Gambar 3.15 Electrical Control Engine Test ..................................................... 37 Gambar 3.16 Bellmount .................................................................................... 37 Gambar 3.17 CFM56-3 Test Adapter ................................................................ 38
xii
Gambar 3.17 Tools ............................................................................................. 38 Gambar 3.19 Engine CFM56-3C1 ..................................................................... 39 Gambar 3.20 Engine CFM56-3 .......................................................................... 39 Gambar 3.21 Dimensi Engine CFM56-3C1 ....................................................... 40 Gambar 3.22 Mayor Module .............................................................................. 41 Gambar 3.23 Fan Major Module ........................................................................ 42 Gambar 3.24 Fan Dan Boster ............................................................................. 42 Gambar 3.25 Bearing Pendukung Nomor 1 Dan Nomor 2 ............................... 43 Gambar 3.26 Inlet Gear Box (IGB) Dan Bearing Nomor 3 …........................... 43 Gambar 3.27 Accesory Drive Module ................................................................ 44 Gambar 3.28 Fan Frame .................................................................................... 44 Gambar 3.29 Accesory Gear Box (AGB) ............................................................ 45 Gambar 3.30 Transfer Gear Box (TGT) ............................................................. 45 Gambar 3.31 Core Major Module....................................................................... 46 Gambar 3.32 High Pressure Compressor (HPC) Rotor .................................... 46 Gambar 3.33 High Pressure Compressor (HPC) Forward Stator .................... 47 Gambar 3.34 High Pressure Compressor (HPC) Rear Stator ........................... 47 Gambar 3.35 Combustion Casing ...................................................................... 48 Gambar 3.36 Combustion Chamber ................................................................... 48 Gambar 3.37 High Pressure Turbine (HPT) Stator ........................................... 49 Gambar 3.38 High Pressure Turbine (HPT) Rotor ......................................... 49 Gambar 3.39 High Pressure Turbine (HPT) Shround ........................................ 50 Gambar 3.40 LT Major Module .......................................................................... 50 Gambar 3.41 Low Pressure Turbine (LPT) Shaft ............................................... 51 Gambar 3.42 Low Pressure Turbine (LPT) Rotor .............................................. 51 Gambar 3.43 Low Pressure Turbine (LPT) Stator ............................................. 52 Gambar 3.44 Turbine Frame .............................................................................. 52 Gambar 3.45 Kompresor .................................................................................... 53 Gambar 3.46 Compressor Stage.......................................................................... 54 Gambar 4.1 VSV Reading ................................................................................... 60 Gambar 4.2 VBV Reading ................................................................................... 61 Gambar 4.3 VSV & VBV Reading ....................................................................... 62 Gambar 4.4 Thrust Versus SFC .......................................................................... 63 Gambar 4.5 EPR Versus EGT ............................................................................ 63 Gambar 4.6 Thrust Versus SFC .......................................................................... 70
xiii
DAFTAR NOTASI
Cp air
panas spesifik
Kj/KgK
Cp exhaust
panas spesifik bahan bakar
Kj/ KgK
F
gaya dorong
N
FD
gaya dorong dingin
N
FP
gaya dorong panas
N
k
perbandingan panas spesifik
–
m udara
laju aliran udara
Kg/s
m bahan bakar
laju aliran bahan bakar
Kg/h
n
eksponen politripik
–
P
tekanan
Psi
P1
tekanan udara sekitar
Psi
P2
tekanan udara masuk kompresor tekanan tinggi
Psi
P3
tekanan udara masuk ruang bakar
Psi
P4
tekanan udara ke luar dari ruang bakar
Psi
P5
tekanan udara ke luar turbin tekanan tinggi
Psi
P6
tekanan udara ke luar turbin tekanan rendah
Psi
P7
tekanan udara ke luar dari nosel
Psi
P8
tekanan udara ke luar dari engine
Psi
rp
kompresi rasio
–
SFC
komsumsi bahan bakar
Kg/Nh
T0
temperatur stagnasi
K
T1
temperatur udara sekitar
K
T2
temperatur udara masuk kompresor tekanan tinggi K
T3
temperatur udara masuk ruang bakar
K
T4
temperatur udara ke luar dari ruang bakar
K
T5
temperatur udara ke luar turbin tekanan tinggi
K
T6
temperatur udara ke luar turbin tekanan rendah
K
T7
temperatur udara ke luar nosel
K
xiv
T8
temperatur udara ke luar dari engine
K
ηst
efisiensi tingkat
-
ηT
efisiensi turbin
-
ηnt
efisiensi politripik thermal
-
ηD
efisiensi diffuser
-
ηnk
efisiensi politropik kompresor
-
xv
