TUGAS AKHIR - LS 1336
PERENCANAAN CONTROLLABLE PITCH PROPELLER (CPP) PADA AIR PROPELLER HOVERCRAFT TIPE INTEGRATED POWER MUHAMMAD ILHAM NRP : 4204 100 009 Dosen Pembimbing Ir. Hari Prastowo, M.Sc JURUSAN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2009
i
FINAL PROJECT - LS 1336
CONTROLLABLE PITCH PROPELLER (CPP) DESIGN ON THE AIR PROPELLER OF INTEGRATED POWER HOVERCRAFT TYPE MUHAMMAD ILHAM NRP : 4204 100 009 Supervisor Ir. Hari Prastowo, M.Sc DEPARTMENT OF MARINE ENGINEERING Faculty Of Ocean Technology Sepuluh Nopember Institute Of Technology Surabaya 2009
ii
LEMBAR PENGESAHAN
PERENCANAAN CONTROLLABLE PITCH PROPELLER (CPP) PADA AIR PROPELLER HOVERCRAFT TIPE INTEGRATED POWER
TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Bidang Studi Marine Machinery And System (MMS) Program Studi S-1 Jurusan Teknik Sistem Perkapalan Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Oleh : MUHAMMAD ILHAM Nrp. 4204 100 009
Disetujui oleh Pembimbing Tugas Akhir :
1. Ir. Hari Prastowo, M.Sc
.............
SURABAYA JULI, 2009
iii
Halaman ini sengaja dikosongkan...”
iv
LEMBAR PENGESAHAN
PERENCANAAN CONTROLLABLE PITCH PROPELLER (CPP) PADA AIR PROPELLER HOVERCRAFT TIPE INTEGRATED POWER
TUGAS AKHIR Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik pada Bidang Studi Marine Machinery And System (MMS) Program Studi S-1 Jurusan Teknik Sistem Perkapalan Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember
Oleh : MUHAMMAD ILHAM Nrp. 4204 100 009
Disetujui oleh Ketua Jurusan Teknik Sistem Perkapalan :
1. Ir. Alam Baheramsyah, M.Sc
SURABAYA JULI, 2009
v
.............
Halaman ini sengaja dikosongkan...”
vi
PERENCANAAN CONTROLLABLE PITCH PROPELLER (CPP) PADA AIR PROPELLER HOVERCRAFT TIPE INTEGRATED POWER Nama Mahasiswa NRP Jurusan Dosen Pembimbing
: Muhammad Ilham : 4204 100 009 : Teknik Sistem Perkapalan : Ir. Hari Prastowo, M.Sc
Abstrak Dalam Tugas Akhir ini perancangan airscrew propeller dilakukan dengan metode perhitungan matematis dari teori blade element. Ada empat skenario operasional yang akan dihitung dalam perencaan ini. Dihitung besar kebutuhan lift dan thrust pada tiap-tiap kondisi tersebut. Data input dalam perhitungan propeller adalah diameter propeller, jumlah blade, tipe airfoil, putaran mesin, dan uniform pitch propeller, dimana uniform pitch ini yang akan divariasikan sesuai dengan kebutuhan operasional hovercraft, pitch yang divariasikan adalah kondisi 1 pada pitch 2,1, kondisi 2 pada pitch 1,7, kondisi 3 pada pitch 1,6, dan kondisi 4 pada pitch 1,5. Output dari perhitungan dan variasi ini adalah torsi, thrust, dan effisiensi propeller yang tidak kurang dari 0,7. Hasil thrust yang dihasilkan oleh propeller harus memenuhi kebutuhan thrust hovercraft pada tiap-tiap kondisi dan besarnya pitch yang telah ditentukan Untuk Controllable Pitch Propeller (CPP) digunakan tipe controllable constan-speed propeller. Dikarenakan RPM mesin konstan pada 2100 RPM, dan pitch propeller yang berubah pada 2,1 ft, 1,7 ft, 1,6 ft, dan 1,5 ft. Setiap pitch dapat menghasilkan daya yang berbeda-beda sesuai dengan kebutuhan dalam operasional yang telah dihitung sebelumnya. Kata kunci :
Airfoil, Air Propeller, Hovercraft, Teori Blade Element, CPP sistem
vii
“ Halaman ini sengaja dikosongkan “
viii
CONTROLLABLE PITCH PROPELLER (CPP) DESIGN ON THE AIR PROPELLER OF INTEGRATED POWER HOVERCRAFT TYPE Name NRP Department Advisor
: Muhammad Ilham : 4204 100 009 : Teknik Sistem Perkapalan : Ir. Hari Prastowo, M.Sc
Abstract In this Final Project airscrew propeller design is done with the method of mathematical calculation of blade element theory. There are four operational scenarios that will be included in this design. Calculated lift and necessary thrust in every condition. Input value in the calculation of propeller is the propeller diameter, blade number, airfoil type, engine cycles, and uniform pitch propeller, which is a uniform pitch will be varied in accordance with the operational needs of the hovercraft, the pitch is varied conditions 1 on pitch 2.1, condition 2 on the pitch 1.7, condition 3 on the pitch 1.6, and condition 4 on the pitch 1.5. Output value from the calculation, and this variation is torque, thrust, and effisiensi propeller that is not less than 0.7. Thrust results generated by the propeller must meet the needs thrust hovercraft in each condition and the size of the pitch that has been determined For Controllable Pitch Propeller (CPP) is used type controllable constan-speed propeller. Due to constant engine RPM at 2100 RPM, propeller pitch and the change in the 2.1 ft, 1.7 ft, 1.6 ft and 1.5 ft. Each pitch results power can vary in accordance with operational needs that have been previously calculated. Key Words :
Airfoil, Air Propeller, Hovercraft, Element Theory, CPP system
ix
Blade
“ Halaman ini sengaja dikosongkan “
x
KATA PENGANTAR Syukur Allhamdulillah kehadirat Allah SWT yang telah memberikan cinta, petunjuk, bimbingan dan ridhoNya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dan mampu mengatasi segala hambatan yang ditemui atas tuntunanNya. Shalawat serta salam tak lupa selalu terkirim untuk nabi kita Muhammad SAW yang senantiasa memberi petunjuk arah jalan kebenaran. Tugas Akhir ini dapat diselesaikan dengan baik oleh penulis tentunya tidak lepas dari dukungan berbagai pihak baik secara langsung maupun tidak langsung. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Ayahanda dan Ibunda tercinta yang telah memberikan dukungan doa serta bantuan moral dan material sampai penulis dapat menyelesaikan studi. Untuk kakak, adik semua atas support dan cinta kasihnya serta kebersamaan kita. 2. Bapak Ir. Alam Baheramsyah, M.Sc, selaku Ketua Jurusan Teknik Sistem Perkapalan – FTK ITS Surabaya. 3. Bapak Ir. Hari Prastowo, M.Sc, selaku dosen pembimbing yang dengan kesabaran dan keiklasannya telah membimbing penulis sehingga akhirnya dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. 4. Bapak Taufik Fajar Nugroho, ST, M.Sc, selaku koordinator Tugas Akhir, dan seluruh dosen tim penguji Tugas Akhir bidang studi Marine Machinery and Systems (MMS), yang telah bersedia mengevaluasi seluruh pengerjaan Tugas Akhir ini. 5. Bapak Ir. Tony Bambang Musrijadi, PGD, selaku dosen wali selama saya memulai di bangku perkuliahan sampai selesai. Terima kasih banyak pak. 6. Seluruh staf dosen, karyawan dan karyawati Jurusan Teknik Sistem Perkapalan atas bantuannya baik secara langsung maupun tidak langsung. xi
7. Rekan-rekan Angkatan ’04 terima kasih atas dukungan kalian yang tak terukur besarnya. 8. Temen-temen kos KU12A dan asrama PMKTR yang telah banyak menghibur, memberi dukungan dan masukan kepada penulis, sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. 9. Special thanks untuk meutia safitri tercinta yang telah banyak memberi bantuan doa dan semangat mulai awal hingga akhir pengerjaan Tugas Akhir ini. 10. Serta berbagai pihak yang belum tertulis dan yang tidak mungkin disebutkan satu persatu yang telah berperan dalam pengerjaan Tugas Akhir. Sebagai manusia biasa, saya menyadari bahwasanya penulisan Tugas akhir ini masih terdapat beberapa kesalahan, keterbatasan dan kekurangan. Oleh karena itu saya mengharapkan saran dan kritik yang membangun sebagai masukan untuk penyusun dan demi kesempurnaan Tugas akhir ini. Akhir kata semoga segala keikhlasan dan kebaikan yang telah diberikan mendapat berkah dan Rahmat dari Allah SWT. Semoga dengan Penulisan Tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi semua pihak yang memerlukannya.
Surabaya, 01 Juli 2009
Penulis
xii
DAFTAR ISI Halaman Judul ...................................................................... Lembar Pengesahan ............................................................. Abstrak ................................................................................ Abstract ............................................................................... Kata Pengantar ..................................................................... Daftar Isi ............................................................................. Daftar Gambar ..................................................................... Daftar Tabel ......................................................................... BAB I
i iii vii ix xi xiii xv xvii
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang ......................................................
1
1.2 Perumusan Masalah ..............................................
3
1.2.1
Permasalahan.............................................
3
1.2.2
Batasan Masalah ........................................
4
1.3 Tujuan Penelitian ..................................................
4
1.4 Manfaat Penelitian ................................................
5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Konsep Dasar Hovercraft .......................................
7
2.1.1
Definisi Hovercraft ....................................
7
2.1.2
Sistem Bantalan udara (skirt) .....................
9
2.1.3
Komponen Gaya Hambat ........................... 15
2.1.4
Kebutuhan Gaya Dorong ........................... 23
2.2 Teori Perancangan Propeller................................... 24 2.2.1
Sejarah Perkembangan Teori Propeller....... 24
2.2.2
Teori Sederhana Aksi Propeller .................. 26
2.2.3
Teori Momentum Propeller ........................ 26
2.2.4
Analisa Perhitungan Blade Element ........... 32 xiii
2.3 Controllable Pitch Propeller (CPP) sistem ..............
39
2.3.1
Definisi .....................................................
39
2.3.2
Prinsip Kerja..............................................
42
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Umum....................................................................
51
3.2 Flow Chat Pengerjaan ............................................
54
BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Perhitungan Kebutuhan Lift dan Thrust ..................
55
4.2 Perhitungan Blade Element Propeller ..................... 63 4.2.1
Diagram Alir Metode Blade Elemen . ........
65
4.2.2
Perhitungan Propeller NACA 4412 . ..........
66
4.3 Pemilihan Motor Penggerak ...................................
77
4.4 Perhitungan Gambar Air Propeller. ........................ 79 4.5 Controllable Pitch Propeller (CPP) Sistem . ............
87
4.5.1
Komponen Utama CPP Sistem...................
87
4.5.2
Aplikasi dan Cara Kerja. ............................
88
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ........................................................... 89 5.2 Saran .................................................................... 91 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN BIODATA PENULIS
xiv
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1.
Plenum Chamber ......................................... 10
Gambar 2.2.
Peripheral Jet ............................................... 10
Gambar 2.3.
Beberapa model bagian skirt craft ................ 17
Gambar 2.4.
Diagram untuk mencari nilai koefisien Cw .. 20
Gambar 2.5.
a) Kondisi trim depan pada hovercraft (bow) b) Kondisi trim belakang pada hovercraft (stern) ......................................................... 21
Gambar2.6.
Kontraksi, perubahan kecepatan dan tekanan dalam slipstream ......................................... 27
Gambar 2.7.
Diagram kecepatan airfoil dalam pengaruh kecepatan induksi .........................................
31
Gambar 2.8.
Kontraksi slipstream screw propeller ............ 33
Gambar 2.9.
Diagram kecepatan dan faktor inflow airfoil.
34
Gambar 2.10. Diagram kecepatan dan gaya pada airfoil ....
37
Gambar 2.11. Feathered Propeller Blade ............................ 43 Gambar 2.12.
Decreasing Pitch dan Increasing Pitch ........
44
Gambar 2.13. Holding Pitch (Piston Stationary) ................
44
Gambar 2.14. Decreasing Pitch dan Increasing Pitch (Toward Feather Position) ............................ Gambar 2.15.
45
Governor System .......................................... 46
Gambar 2.16. Oil flow to or from the propeller in a fullfeathering system and to the propeller in a constant-speed system ..................................
47
Gambar 2.17. Governor control lever from cockpit control lever .............................................................
48
xv
Gambar 2.18. Positions the pilot valves in the constant RPM position with no oil flowingto or from the propellers ...............................................
49
Gambar 2.19. Oil to flow from the propellers in a fullfeathering system and to the propeller in a constant-speed system ..................................
49
Gambar 4.1.
Koefisien Torsi dan Thrust Propeller ........... 73
Gambar 4.2.
Grafik Pitch vs Torsi .................................. 75
Gambar 4.3.
Grafik Pitch vs Thrust .................................
Gambar 4.4.
Grafik Pitch vs Daya ................................... 76
Gambar 4.5.
Grafik Pitch vs Effisiensi.............................. 77
xvi
76
DAFTAR TABEL Tabel 2.1.
Air Velocity ................................................ 14
Tabel 2.2.
Nilai koefisien Ca dari beberapa model craft. 17
Tabel 4.1.
Besar Kecepatan Udara Angkat yang dikeluarkan oleh skirt .................................. 58
Tabel 4.2.
Nilai Chord Airfoil ...................................... 67
Tabel 4.3.
Platform NACA 4412 .................................. 67
Tabel 4.4.
Perhitungan Kecepatan Linear Airfoil .......... 67
Tabel 4.5.
Perhitungan Sudut Pitch dan Angle of Attack ......................................................... 68
Tabel 4.6.
Perhitungan Angka Reynold .................... 69
Tabel 4.7.
Perhitungan Sudut .................................. 70
Tabel 4.8.
Perhitungan Perhitungan Koefisien Torsi dan Thrust ................................................. 71
Tabel 4.9.
Integrasi Nilai Koefisien Torsi dan Thrust Airfoil ............................................. 72
Tabel 4.10.
Total Output Perhitungan .......................... 75
Tabel 4.11.
Station and ordinate given in per cent of airfoil chord ............................................... 14
xvii
“ Halaman ini sengaja dikosongkan “
xviii
