PENELITIAN PRESTASI TERBANG ROKET SONDA SATU TINGKAT RX-320 Turah Semblring Penellti Pusterapan. LAPAN
ABSTRACT Research to find the optimum performance of the rocket is done by using one stage of RX-320 rocket with angle of elevation varied from 50 degress up to 80 degrees. The propellant performance is u s e of t h e HTPB b a s e d . The static test of rocket is 598 kg with t h e propellant weight of 254 kg get the t h r u s t of 3500 kgf, t h e b u r n i n g time is 13 seconds. Through the flight test h a s been found the maximum presentation of rocket with some angle of elevations. The maximum range of distance is reach 45.223 km with angle of elevation 65 degress, the maximum height is reach 27.S95 km with angle of elevation is 80 degrees, t h e maximum velocity is reach 2.531 mach with angle of elevation 50 degrees a n d the maximum time of flying is reach 160 seconds with angle of elevation 80 degrees. Keywords : Flight presentation. Sounding rocket ABSTRAK Penelitian p r e s t a s i t e r b a n g roket t e l a h d i l a k u k a n t e r h a d a p roket RX-320 dengan s u d u t elevasi bervariasi dari 50° sampai dengan 80°. B a h a n pendorong yang dipakai adalah jenis propelan HTPB. Uji statik roket berbobot 598 kg, berat propelan 254 kg menghasilkan gaya dorong 3500 kgf d a n waktu p e m b a k a r a n 13 detik. Dengan uji penerbangan telah dihitung presentasi terbang roket m a k s i m u m u n t u k berbagai s u d u t elevasi. J a r a k j a n g k a u a n m a k s i m u m yang dicapai adalah 45,223 km dengan s u d u t elevasi 65°, tinggi m a k s i m u m yang dicapai adalah 27,595 km dengan s u d u t elevasi 80°, kecepatan m a k s i m u m yang dicapai adalah 2,531 m a c h dengan s u d u t elevasi 50° d a n waktu terbang m a k s i m u m yang dicapai adalah 160 detik dengan s u d u t elevasi 80°. Kata K u n c i : Prestasi terbang, Roket sonda 1
PENDAHULUAN
Roket Sonda RX-320 yang diuji terbang oleh LAPAN p a d a bulan Juli 2008, berbahan bakar HTPB, Alumunium dan Amonium perchlorat dengan konflgurasi ganda, wagon whell silinder. Ini m e r u p a k a n motor roket terbesar yang pernah dibuat oleh LAPAN. Uji performa ini sebagai t a h a p a n m e m b u a t roket sonda yang lebih besar. Roket terbesar yang selama ini dimiliki LAPAN berdiameter 2 5 0 m m . T a h u n 2008 diproyeksikan p e n g e m b a n g a n roket RX-320 dan tahun 2009 akan dikembangkan roket yang lebih besar lagi yaitu RX-420 dengan daya jelajah yang
lebih j a u h sehingga dengan demikian LAPAN a k a n menuju rancang b a n g u n roket pengorbit satelit. Roket RX-320 yang dirancang oleh para peneliti LAPAN u n t u k m e n u j u pembuatan roket pengorbit satelit. Penelitian yang dilakukan p a d a roket RX-320 adalah untuk mengetahui prestasi terbang roket dari saat mulai terbang hingga roket mencapai j a r a k jelajah m a k s i m u m dengan s u d u t elevasi 50°, 55°, 60°, 65°, 70°, 75°, 80°. 2
DASAR TEORI
Gerakan suatu roket yang diluncurkan b u k a n u n t u k persenjataan 83
d a p a t diasumsikan sebagai gerakan roket dengan lintasan d u a dimensi. Dalam gerakan roket diasumsikan a r a h lintasan roket dan sumbu roket berhimpit sehingga s u d u t serang d a n gaya angkat adalah nol. Begitu j u g a s u d u t Roll diasumsikan nol d a n roket dalam stabilitas tak berkendali sehingga gerakan roket menjadi sederhana.
Gaya hambat dari roket dihitung d e n g a n formula : D = -pv2SCD
(2-4)
dimana CD adalah koefisien gaya h a m b a t u d a r a d a n S adalah luas p e n a m p a n g roket
2.1 Persamaan Gerak Roket Berdasarkan asumsi di a t a s , gerak roket dapat dituliskan dalam b e n t u k sistem p e r s a m a a n diferensial biasa b u k a n linear orde pertama dengan x sebagai j a r a k jelajah roket, h sebagai tinggi roket, V sebagai kecepatan roket, y sebagai s u d u t lintas terbang roket d a n m sebagai m a s s a roket, sebagai berikut :
Gambar 2 - 1 : Gerakan roket s u d u t serang nol
dengan
2.2 Kondisi Nilai Batas Roket Kondisi nilai b a t a s roket yang dimaksud adalah kondisi awal d a n kondisi b a t a s roket. Kondisi awal roket adalah :
dimana xo adalah jarak jangkauan, ho adalah ketinggian, Vo adalah kecepatan, y 0 adalah sudut lintas terbang dan m 0 adalah massa awal roket dimana mc adalah massa struktur, m u adalah massa beban guna dan m p adalah massa propelan roket. Kondisi batas dari roket adalah kondisi pada saat bahan bakar habis terbakar, yaitu :
84
Dimana tb a d a l a h saat b a h a n bakar roket habis terbakar. 2.3 Solusi Persamaan Gerak Roket Sistem p e r s a m a a n 2-1 dapat diselesaikan dengan berbagai metode numerik di a n t a r a n y a metode Runge Kutta. Solusi dengan metode Runge Kutta adalah:
Indeks i menyatakan besaran p a d a waktu ke i d a n z a d a l a h p e r t a m b a h a n waktu dari variabel - variabel p e r s a m a a n gerak roket yaitu j a r a k j a n g k a u a n , ketinggian, kecepatan d a n s u d u t lintas terbang roket u n t u k setiap s a a t mulai terbang hingga roket j a t u h ke t a n a h . Sebagai data perhitungan penelitian prestasi terbang roket diambil data roket LAPAN RX-320 yang b a r u - b a r u ini diluncurkan oleh p a r a peneliti LAPAN. Data tersebut adalah:
Dengan a d a n y a data roket ini hasil perhitungan prestasi terbang roket dapat dilakukan. 4
HASIL PENELITIAN
Kondisi nilai b a t a s u n t u k perhitungan a d a l a h p e r s a m a a n - p e r s a m a a n (2-5), (2-6) dan (2-7). Penelitian dilakukan dengan s u d u t elevasi 50°, 55°, 60°, 65°, 70°, 75° d a n 80° yaitu dengan menghitung j a r a k j a n g k a u a n , ketinggian, kecepatan, s u d u t lintas terbang, berat d a n waktu terbang roket. Berat roket p a d a saat awal terbang adalah berat total roket yaitu 598 kg, gaya dorong roket adalah 3500 kgf selama 13 detik. Berat roket selama 13 detik adalah bervariasi linear. Setelah itu berat roket adalah konstan yaitu sebesar 344 kg sampai roket j a t u h ke tanah. 85
Tabel 4-1 : HASIL PENELITIAN ROKET SONDA RX-320 HASIL PERHITUNGAN ROKET SONDA R X - 3 2 0 Jarak Jangkauan Roket S a a t Propelan Habis T e r b a k a r Jarak Jangkauan Roket M a k s i m u m Tinggi Roket S a a t Propelan Roket Habis Terbakar Tinggi Roket Maksimum Kecepatan Roket S a a t Propelan Habis Terbakar Kecepatan Roket Maksimum Waktu Terbang Roket S a a t Propelan Habis Terbakar Waktu Terbang Roket M a k s i m u m Sudut Lintas T e r b a n g Roket S a a t Propelan Habis Terbakar Berat Roket S a a t Propelan Habis Terbakar dan Sesudahnya
Sudut Elevasi 50°
55°
60°
65°
70°
75°
80°
(km)
4,784
4,366
3,886
3,346
2,753
2,111
1,430
(km)
37,850
41,485
44,573
45,223
43,186
37,403
27,518
(km)
3,099
3,579
4,023
4,424
4,769
5,051
5,259
(km)
8,529
11,366
14,596
18,084
21,624
24,916
27,595
(mach)
2,531
2,518
2,505
2,492
2,480
2,470
2,462
(mach)
2,531
2,518
2,505
2,492
2,480
2,470
2,462
(detik)
14
14
14
14
14
14
14
(detik)
92
104
118
130
142
152
160
Derajat
29,104°
35,782°
42,771°
(kg)
344
344
344
Berat propelan roket a k a n habis dalam 13 detik. Berat propelan berkurang secara linear, setelah 13 detik propelan a k a n habis terbakar. Sudut lintas terbang roket adalah dalam a r a h positif ketika terbang roket dari saat awal terbang hingga terbang roket mencapai tinggi sekitar tinggi m a k s i m u m dimana p a d a saat itu s u d u t lintas terbang mendekati nol. Setelah s a a t itu s u d u t lintas terbang roket a k a n m e n g a r a h negatif hingga roket j a t u h ke tanah. Hasil penelitian yang diperlihatkan adalah j a r a k j a n g k a u a n , ketinggian, kecepatan, s u d u t lintas terbang, berat dan waktu terbang roket. Hasil penelitian ini diperlihatkan dalam Tabel 4 - 1 . 5
PEMBAHASAN
J a r a k „: j a n g k a u a n maksimum roket b e r t a m b a h besar ketika s u d u t elevasi bertambah besar yaitu mulai 50° ke 65° yaitu dari 37,850 km ke 45,223 86
5 0 , 0 6 7 ° 57,650° 6 5 , 4 8 8 ° 7 3 , 5 3 4 °
344
344
344
344
km d a n a k a n berkurang ketika s u d u t elevasi dari 65° ke 80° yaitu 45,223 km ke 27,518 km. J a r a k j a n g k a u a n roket s a a t propelan habis terbakar makin kecil bila s u d u t elevasi makin besar. J a r a k j a n g k a u a n roket s a a t propelan habis terbakar paling besar adalah 4,784 km p a d a s u d u t elevasi 50° d a n paling kecil adalah p a d a s u d u t elevasi 80° yaitu 1,430 km. Ketinggian m a k s i m u m roket a k a n makin besar dari 8,529 km p a d a s u d u t elevasi 50° ke 27,595 km p a d a s u d u t elevasi 80°. Ketinggian roket p a d a saat propelan habis terbakar makin besar j u g a dari 3,099 km p a d a s u d u t elevasi 50° ke 5,259 km p a d a s u d u t elevasi 80°. Kecepatan maksimum roket m a u p u n kecepatan roket s a a t propelan habis terbakar adalah makin kecil ketika s u d u t elevasi makin besar. Kecepatan maksimum m a u p u n kecepatan roket s a a t propelan habis terbakar paling besar adalah 2,531 m a c h p a d a s u d u t
elevasi 50° hingga 2,462 m a c h p a d a sudut elevasi 80°. Waktu terbang m a k s i m u m a k a n makin besar dari 92 detik p a d a s u d u t elevasi 50° hingga 160 detik p a d a s u d u t elevasi 80°. Sedangkan waktu terbang roket saat propelan habis terbakar adalah sama u n t u k s e m u a s u d u t elevasi yaitu 14 detik. S u d u t lintas terbang pada saat propelan h a b i s terbakar a k a n makin besar ketika s u d u t elevasi makin besar mulai dari 29,104° p a d a s u d u t elevasi 50° hingga s u d u t 73,534° p a d a s u d u t elevasi 80°. Dengan melihat Tabel 4-1 diketahui bahwa jarak jangkauan maksimum roket paling besar adalah 45,223 km p a d a s u d u t elevasi 65° sedangkan dengan s u d u t elevasi yang lain jarak j a n g k a u a n roket adalah makin kecil. Ketinggian m a k s i m u m roket makin besar bila s u d u t elevasi makin besar. Kecepatan m a k s i m u m roket a k a n makin kecil bila s u d u t elevasi makin besar. Waktu terbang m a k s i m u m roket a k a n makin besar bila s u d u t elevasi makin besar. Tabel j a r a k j a n g k a u a n , ketinggian dan kecepatan vs waktu dapat dilihat masing- massing pada Tabel 5-1, Tabel 5-2 dan Tabel 5-3. Sedangkan g a m b a r j a r a k jangkauan, ketinggian dan kecepatan vs waktu dapat dilihat masing - masing pada Gambar 5 - 1 , Gambar 5-2, d a n Gambar 5-3,
6
KESIMPULAN
Penelitian u n t u k m e n d a p a t k a n p r e s t a s i t e r b a n g roket s a t u tingkat RX-320 telah menghasilkan kesimpulan sebagai b e r i k u t : • Bahwa j a r a k j a n g k a u a n m a k s i m u m yang dicapai roket adalah 45,223 km dengan s u d u t elevasi 65°, • Bahwa tinggi m a k s i m u m yang dicapai roket adalah 27,595 km dengan s u d u t elevasi 80°, • Bahwa kecepatan roket m a k s i m u m yang dicapai roket adalah 2.531 mach dengan s u d u elevasi 50°, • Waktu terbang maksimum yang dicapai roket adalah 160 detik dengan s u d u t elevasi 80°. DAFTAR RUJUKAN Anonymous, 1960. Small Sounding Rocket Symposium, XI The International Astronautical Congres, Stockholm. Said Jenie, 1989. Desain Manual Roket, Jakarta. Sembiring T et al., 1995. Preoliksi Penampilan Roket RKX 150 LPN- ADUI, J a k a r t a . Sembiring T., 2005. Menentukan Tinggi Maksimum Roket Balistik Dengan Beban Guna Tertentu yang Terbang Ke Atmosfir, Presiding Siptegkan, J a k a r t a .
i
i
87
Tabel 5-1 : JARAK JANGKAUAN (KM)
Tabel 5-2 : KETINGGIAN VS WAKTU
88
Tabel 5-3: KECEPATAN VS WAKTU
/
90
91
