PEMBUATAN PESAWAT REMOTE CONTROL (RC) TENAGA SURYA SKRIPSI Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana strata 1
Oleh: LIMAN JANUARMIN RAJAGUKGUK 08050001
JURUSAN TEKNIK PENERBANGAN SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI ADISUTJIPTO YOGYAKARTA 2012
i
LEMBAR PENGESAHAN PEMBUATAN PESAWAT REMOTE CONTROL (RC) TENAGA SURYA Disusun Oleh: LIMAN JANUARMIN RAJAGUKGUK 08050001 Telah dipertahankan di depan Tim Penguji pada tanggal 2012 dan dinyatakan telah memenuhi syarat guna memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Dosen Pembimbing Pembimbing I M Ardi Cahyono, ST., MT..
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
Pembimbing II Teuku Arriessa Sukhairi, ST Susunan Tim Penguji Ketua Penguji Drs.Agus Basukesti, MT Penguji I Karseno K.S.INZ.SE.MM Penguji II Ir. Djarot Wahju Santoso, MT
Yogyakarta,
2012
An. Ketua STTA
Ketua Jurusan
Puket I
Teknik Penerbangan
Yasrin Zabidi, ST, MT.
Ir. Djarot Wahju Santoso, MT.
NIPY. 030127
NIPY. 060650
ii
PERNYATAAN
Yang bertanda tangan di bawah ini saya: NAMA
: LIMAN JANUARMIN RAJAGUKGUK
NIM
: 08050001
JURUSAN
: TEKNIK PENERBANGAN
JUDUL SKRIPSI
: PEMBUATAN PESAWAT REMOTE CONTROL (RC) TENAGA SURYA
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, …………2012 Yang Menyatakan
LIMAN.J.R 08050001
iii
HALAMAN MOTTO
Sukses adalah pilihan, Karena tidak semua orang berani untuk sukses. Pencapaian sukses membutuhkan proses Proses butuh pengorbanan Dan pengorbanan butuh keberanian. Keberanian hanya dari Tuhan yang akan menuntun setiap orang menuju jalan yang benar menuju kesuksesan. Di saat kesuksesan itu seakan menjauh bahkan mendekati kegagalan. Kegagalan hanya terjadi bila kita menyerah. Tetaplah berjuang, karena hidup adalah perjuangan tanpa henti
iv
HALAMAN PERSEMBAHAN
Dengan segala kerendahan hati dan cinta kasih karya ini aku persembahkan untuk : Tuhan Yesus Kristus yang selalu membentuk dan menuntunku dengan akhir yang indah dengan segala mujizat dan karya nyata dalam hidupku. Mamak dan bapakku, yang dengan setia selalu mendoakan dan memberi dukungan terbaik dalam studiku hingga skripsi ini selesai. Kekasihku tercinta, Ernita Brigita Simarmata yang senantiasa memberikan dukungan doa, motivasi dan masukan hingga skripsi ini selesai. Para Dosen dan Pembimbingku bapak M Ardi Cahyono , bapak Arriessa, bapak Anton dan Pak Markus Terimakasih banyak pak atas ilmu dan semua pengetahuan yang telah bapak berikan , Tuhan selalu melindungi bapak sekeluarga. Biarlah Tuhan membalaskan kebaikan bapak-bapak dengan berkat dan karunia yang terbaik. Sahabat-sahabatku, yang selalu memberikan masukan yg luar biasa. Teman angkatan 2008, terutama TPA-08. Segenap Civitas Akademika STTA, terima kasih untuk semua yang terbaik yang telah aku terima.
v
KATA PENGANTAR dengan segala hormat dan kemuliaan atas hadiran Tuhan Yesus kristus atas segala penyertaan hingga penulis mampu menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Skripsi ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat dalam menempuh program pendidikan Strata 1 (S1) jurusan Teknik Penerbangan sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto Yogyakarta. Judul skripsi ini adalah “PEMBUATAN PESAWAT REMOTE CONTROL (RC)
TENAGA SURYA”.
Pada
kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada : 1. Bapak dan Mamak, atas dukungan doa dan motivasi hingga anakmu ini bisa menyelesaikan skripsi ini dengan sebaik-baiknya. 2. Bapak Marsma TNI (Purn) Ir. Sutjianto S., M.T., selaku Ketua Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto. 3. Bapak Ir. Djarot Wahyu Santoso,M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Penerbangan. 4. Bapak M Ardi Cahyono, ST., MT. Guru yang luar biasa selaku Dosen Pembimbing utama dalam penyelesaian skripsi ini. 5. Bapak Teuku Arriessa Sukhairi, ST. Guru yang luar biasa selaku dosen pendamping dalam penyelesaian skripsi ini. 6. Bapak Anton MT, selaku pembimbing dalam pembuatan pesawat dalam skripsi ini. 7. Bapak Markus MT, selaku pembimbing dalam pembuatan pesawat dalam skripsi ini. 8. Para sahabatku yang selalu memberikan semangat dan motivasi. 9. Semua teman-teman satu perjuangan TPA angkatan 2008 10. Untuk semua pihak-pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu. Semoga skripsi ini bisa berguna bagi mahasiswa STTA pada khususnya dan pembaca pada umumnya. Yogyakarta,
agustus 2012
Penulis
Liman Januarmin Rajagukguk vi
PEMBUATAN PESAWAT REMOTE CONTROL TENAGA SURYA Oleh LIMAN JANUARMIN RAJAGUKGUK ABSTRAK Didunia Aeromodeling pesawat RC biasanya hanya menggunakan baterai atau fuel untuk menggerakkan engine sehingga range dan endurance tergantung besar kecilnya muatan yang dimiliki fuel tank atau baterai. Pada skripsi ini energi yang diperoleh berasal dari konversi energi surya menjadi listrik sehingga memiliki range dan endurance yang lebih baik dibandingkan pesawat RC electric engine lainnya. Pembuatan manufaktur pesawat RC tenaga surya ini menggunakan alat konvesional dan bahan yang terbuat dari kayu balsa.Untuk mengetahui range and endurance setelah diaplikasi dengan tenaga surya dapat diketahui dengan cara analisis menggunakan teori breguet pada kondisi steady state level flight. Hal-hal yang menjadi parameter dalam perhitungan range and endurance adalah coefisien lift, efisiensi propeller, coefisien drag, luas sayap, berat pesawat, ketinggian, beda potensial dan kuat arus listrik diperoleh dari besarnya beda potensial dan kuat arus yang diterima oleh LIPO charger.. Pesawat RC tenaga surya memiliki nilai jarak jelajah (range) yang lebih jauh dan lama waktu terbang yang cukup tinggi dibandingkan pesawat RC dengan menggunakan baterai. Hal ini dikarenakan adanya supply energy dari panel surya yang digunakan untuk propulsi pesawat RC. Dengan mengintegrasikan panel surya pada Pesawat RC. hal ini akan dapat meningkatkan nilai performa jarak jelajah (range) sebesar 29142,94 meter. Melalui perhitungan integral maka diperoleh lama waktu terbang pesawat RC tenaga surya adalah 1817,257 second.
Kata kunci : Range and endurance RC tenaga surya
vii
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ........................................................................................
i
LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING ..................................................
ii
LEMBAR PENGESAHAN
..........................................................................
iii
SURAT PERNYATAAN .................................................................................
iv
PERSEMBAHAN DAN MOTTO .................................................................
v
KATA PENGANTAR .....................................................................................
vii
ABSTRAK ......................................................................................................
viii
DAFTAR ISI ....................................................................................................
ix
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................
xii
DAFTAR TABEL ............................................................................................
xiv
DAFTAR SIMBOL ..........................................................................................
xv
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN ..........................................................................
1
1.1. Latar Belakang .........................................................................
1
1.2. Rumusan Masalah ....................................................................
2
1.3. Maksud dan Tujuan ..................................................................
2
1.4. Batasan Masalah .......................................................................
2
1.5. Metodelogi................................................................................
2
1.6. Sistematika Penulisan ...............................................................
3
LANDASAN TEORI……….. .........................................................
5
2.1. Bagian-bagian Pesawat Model ...............................................
5
2.2. Prinsip dasar Pesawat RC Tenaga Surya ................................
6
2.3. Solar Cell................................................................................. .
7
2.3.1. Prinsip Kerja Solar Cell................................................. .
7
2.3.2. Solar Irradiance............................................................. .
13
2.4. Komponen Propulsi RC Tenaga Surya................................. ....
15
2.4.1. Photovoltaic ...................................................................
15
2.2.2. Rectifier........................................................................ ..
16
2.2.3. Charge Controller........................................................ ...
16
2.2.4. Electric Speed Control ...................................................
16
2.2.5. Battery........................................................................... .
17
2.2.6. Electric Motor.................................................................
17
viii
2.2.7. Propeller........................................................................ .
18
2.3. Daya yang dibutuhkan............................................................. .
19
2.4. Aerodinamika.......................................................................... ..
22
2.5. Teori Umum dan Definisi Range dan Endurance.................... .
23
2.5.1. Metode Umum Integrasi Jarak Jelajah.......... .................
24
2.5.2. Metode Umum Integrasi Lama Waktu Terbang.............
28
2.6. Penjabaran Teori Breguet Untuk Aplikasi Pada Pesawat Electric Power......................................................................... .
31
2.6.1. Jarak Jelajah (Range)......................................................
31
2.6.2. Lama Waktu Terbang (Endurance)............................... .
34
2.6.3. Gliding Flight................................................................ .
35
2.6.4. Jarak Maksimum Glide..................................................
35
2.6.5. Rate Of Descent..............................................................
37
2.6.6. Waktu Tempuh Glide.................................................... .
39
BAB III METODOLOGI PENELITIAN.................................................... ...
40
3.1. Metode Perancangan............................................................... ..
40
3.2. Perancangan Pesawat Model RC .............................................
42
3.3. Gambaran Umum Produksi RC Tenaga Surya. ........................
43
3.4. Manufaktur Pesawat Model RC Tenaga Surya .........................
44
3.4.1. Alat Kerja .......................................................................
44
3.4.2. Bahan ..............................................................................
48
3.4.3. Proses Manufaktur pesawat RC Tenaga Surya ..............
53
3.5. Weight Sizing ...........................................................................
56
3.6. Main Wing Geometry ...............................................................
57
3.7. Design Sistem Utama Pesawat .................................................
58
3.8. Uji Coba Pesawat RC Tenaga Surya ........................................
64
3.9. Pengkajian Data Pesawat ..........................................................
65
BAB IV HASIL PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN ..........................
66
4.1. Pengantar ..................................................................................
66
4.2. Data dan Asumsi Analisis .........................................................
66
4.3. Lama Waktu Terbang Dan Jaarak Jelajah ................................
70
4.3.1. Lama Waktu Terbang (Endurance) ................................
70
4.3.2. Jarak Jelajah Dengan Sumber Energi Dari Baterai ........
71
ix
4.3.3. Jarak Jelajah Dengan Sumber Energi Dari Panel Surya.
72
4.4. Gliding Flight ............................................................................
72
BAB V PENUTUP KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................
78
5.1. Kesimpulan ...............................................................................
78
5.2. Saran .........................................................................................
78
DAFTAR PUSTAKA.................................................................... ..
79
DAFTAR LAMPIRAN.................................................................. ..
81
x
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Pesawat model dan bagian-bagiannya……………………………5 Gambar 2.2. Gaya yang berkerja pada pesawat pada kondisi level flight……...6 Gambar 2.3. Prinsip dasar Pesawat RC tenaga surya……………………….. 7 Gambar 2.4. Jenis silikon dalam atom .................................................................. 8 Gambar 2.5. Semikonduktor N dan P.................................................................... 9 Gambar 2.6. Perpindahan electron ........................................................................ 9 Gambar 2.7. Pembentukan daerah Deflesi………………………………….....10 Gambar 2.8. Medan listrik internal E .................................................................. 10 Gambar 2.9. Proses konversi energi matahari menjadi listrik ............................. 11 Gambar 2.10. Pembentukan pasangan electron dan hole ...................................... 11 Gambar 2.11. Pergerakan electron yang menghasilkan arus listrik ...................... 12 Gambar 2.12. Proses konversi cahaya ................................................................... 13 Gambar 2.13. Prinsip kerja Solar cell.................................................................... 13 Gambar 2.14. Solar Radiation Spectrum ............................................................... 14 Gambar 2.15. Direct, Difuse dan Reflected Irradiance ......................................... 14 Gambar 2.16. Modul Photovoltaic silicon............................................................. 15 Gambar 2.17. Konsep Blade Propeller .................................................................. 19 Gambar 2.18 Diagram Gaya, untuk Steady, level Flight ..................................... 19 Gambar 2.19. Gaya yang bekerja pada benda bergerak ........................................ 20 Gambar 2.20. Diagram gaya untuk kecepatan untuk gliding flight ...................... 35 Gambar 2.21 Jarak Tempuh Glide ....................................................................... 36 Gambar 3.1. Diagram Alur Proses perancangan sistem propulsi tenaga surya ... 41 Gambar 3.2. Catia pesawat RC tenaga surya………………………………. .....44 Gambar 3.3. Cutter………………………………………………… ………... 44 Gambar 3.4. Bor dan mata bor……………………………………………….....45 Gambar 3.5. Mistar…………………………………………………………..…45 Gambar 3.6. Gergaji Besi…………………………………………………..…..46 Gambar 3.7. Amplas…………………………………………………………....46 Gambar 3.8. Setrika………………………………………………………….... 47 Gambar 3.9. Solder………………………………………...………………..... 47 Gambar 3.10. Tang……………………………………………………………... 47 xi
Gambar 3.11. Obeng…………………………………………………………… 48 Gambar 3.12. Kayu balsa………………………………………………………. 48 Gambar 3.13. Lem G………………………………………………………...….49 Gambar 3.14. Karbon…………………………………………………………...49 Gambar 3.15. Monokote………………………………………………………...50 Gambar 3.16. Pita jepang……………………………………………………….50 Gambar 3.17. Timah…………………………………………………………….50 Gambar 3.18 PCB………………………………………………………...…….51 Gambar 3.19. Pralon…………………………………………………………….51 Gambar 3.20. Joiner……………………………………………………………..51 Gambar 3.21. Jumper………………………………………………………...….52 Gambar 3.22. Plastik Laminating……………………………………………….52 Gambar 3.23. Tali elastis……………………………………………………… .53 Gambar 3.24. Mur dan Baut…………………………………………………... .53 Gambar 3.25. Sistem Utama pesawat RC tenaga surya………………….……...58 Gambar 3.26. Bhrusless Turnigi D3536…………………………………….......59 Gambar 3.27. Electronic Speed Control 30-40 A ESC………………………….61 Gambar 3.28. Battery Turnigi 3 cell…………………………………………….61 Gambar 3.29. FM mini receiver art-tech 6 channel……………………………..62 Gambar 3.30. Micro servo servo sky Art tech…………………………………..63 Gambar 3.31. Adjusting control Surface………………………………………..64 Gambar 3.32. Test flight pesawat RC tenaga surya………..……………………64 Gambar 4.1. Grafik ketinggian vs sink rate………………………………….... 76
xii
DAFTAR TABEL Tabel 3.1. Penghitungan berat system ................................................................... 57 Tabel 3.2. Main wing geometry sizing .................................................................. 57 Tabel 3.3. Tipe and data of engine ........................................................................ 60 Tabel 3.4. Tipe and data of electronic speed control ............................................. 60 Tabel 3.5. Tipe and data of battery Turnigy 25-35C 2200 mAh ........................... 61 Tabel 3.6. Jenis dan fungsi masing – masing chanel receiver………………..…62 Tabel 4.1. Nilai kecepatan yang diperoleh dari video test flight……………...…68 Tabel 4.1. Nilai kerapatan terhadap ketinggian………………………………... .74
xiii
Daftar Simbol
: aspect ratio : wingspan [m] : wing chord [m] : drag coefficient : lift coefficient : pitching moment coefficient : diameter [m] : drag force [N] : gravitational acceleration [m/s2] : current [A] : motor stall current [A] : maximum sun irradiance [W/m2] : propeller advance ratio : lift force [N] : pitching moment [Nm] : motor electromagnetic moment [Nm] : mass [kg] : number of blades : number of tail booms : power [W] : Reynolds number : wing area or wing surface [m2] : thrust [N] : time period [s] : voltage [V] : flight speed [m/s] : voltage [V] : weight [N] : angle of attack : efficiency xiv
: air density [kg/m3] : sudut kesetimbangan glide : rotational speed [rad/s] t
: time (hour)
∆h
: segment vertical (m)
vv
: sink
V∞
: kecepatan gliding ( m/s)
rate (m/s)
xv
