RANCANG BANGUN MODEL
WING IN GROUND EFFECT AIRCRAFT:
KAJI EKSPERIMENTAL
Desain And Manufacturing of Wing In Ground Effect Aircraft :
Experimental Assessment
Laporan ini disusun untuk memenuhi salah satu syarat menyelesaikan pendidikan Diploma III program Studi Teknik Aeronautika Di Jurusan Tekik Mesin
Oleh :
Drajad Eko Widodo NIM : 091221009
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG 2012
KATA PENGANTAR
rahmat, hidayah, dan karunia-Nya lah penulis dapat menyelesaikan laporan
Tugas Akhir ini.
Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT, karena berkat
Penyusunan Laporan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat kelulusan yang wajib dilaksanakan di Program Studi Teknik Aeronautika Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Bandung. Adapun judul laporan Tugas Akhir ini adalah : “Rancang Bangun Model Pesawat Wing in Ground Effect ALPHA X-01”. Penulis menyadari bahwa penulisan laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari sempurna. Hal ini dikarenakan keterbatasan yang dimiliki oleh penulis baik dari segi pengetahuan maupun dari segi pemahaman materi yang didapatkan. Oleh karena itu, penulis sangat berharap akan adanya kritik dan saran dari para pembaca, sehingga penulisan Tugas Akhir ini dapat menjadi lebih sempurna untuk kedepannya. Akhir kata, semoga tulisan ini bermanfaat bagi penulis dan bagi para pembaca khususnya, baik untuk menambah wawasan maupun sebagai referensi bagi penulisan Tugas Akhir selanjutnya.
Bandung, 2012
Penulis
i
UCAPAN TERIMA KASIH
Pada kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih
sebesar-besarnya kepada Allah SWT, karena berkat rahmat dan karuniaNya, Tugas Akhir ini dapat berjalan dengan baik.
Selain itu, penulis juga ingin berterima kasih pada pihak-pihak yang telah membantu penulis, baik secara moril maupun materiil sehingga Tugas Akhir dapat diselesaikan pada waktunya dengan baik. Semoga Allah SWT
membalas segala kebaikan yang telah diberikan. Adapun pihak-pihak tersebut adalah : 1.
Kedua orang tua tercinta yang selalu memberikan motivasi dan memberikan dorongan yang memberikan penulis rasa tenang.
2.
Adik dan keluarga penulis yang telah memberikan dukungan dan memberikan semangat.
3.
Bapak Y. Sinung Nugroho, Dipl. Ing, MT selaku pembimbing I yang telah membimbing dengan sepenuh hati sehingga tugas akhir ini dapat penulis selesaikan dengan baik.
4.
Bapak Vicky Wuwung, MT selaku pembimbing II yang telah banyak membimbing penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.
5.
Bapak Joose Widjojo selaku pembimbing manufaktur yang telah membimbing penulis dalam proses pembuatan hingga selesai, dan segala bantuan yang telah diberikan.
6.
Bapak Budi Hartono ST, MT selaku wali kelas aero 2009 dan Ibu Dr. Maria Fransisca Soetanto, Dipl-Ing, MT sebagai wali kelas pengganti atas segala masukan dan motivasi yang diberikan pada penulis.
7.
Bhima Arsnanto Laksono selaku rekan Tugas Akhir penulis yang memberikan banyak inspirasi bagi penulis dalam mengerjakan berbagai tugas. ii
8.
Nova Nurlaela Jamilah yang telah memberikan banyak motivasi dan dukungan baik moril maupun ketenangan hati.
9.
Bapak Ir. Ali Mahmudi, M.Eng selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Bandung.
10. Seluruh staf pengajar Program Studi Teknik Aeronautika.
11. Seluruh rekan seperjuangan penulis, Teknik Aeronautika Politeknik
Negeri Bandung angkatan 2009 yang telah memberikan banyak sekali bantuan pada penulis dalam pengerjaan Tugas Akhir.
12. Seluruh pihak yang telah membantu dalam pengerjaan Tugas Akhir ini
baik secara moril maupun materiil yang tak dapat penulis sebutkan satu persatu.
iii
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ........................................................................................................i UCAPAN TERIMA KASIH ............................................................................................ ii DAFTAR ISI..................................................................................................................... iv DAFTAR GAMBAR ...................................................................................................... vii
DAFTAR TABEL ..............................................................................................................x
DAFTAR NOTASI .......................................................................................................... xi ABSTRAK ....................................................................................................................... xii ABSTRACT .................................................................................................................... xiii BAB I PENDAHULUAN ............................................................................................... I-1 1.1
Latar Belakang Masalah ........................................................................... I-1
1.2
Perumusan Masalah .................................................................................. I-2
1.3
Tujuan ........................................................................................................ I-3
1.4
Ruang Lingkup dan Batasan Masalah ..................................................... I-3
1.5
Metodologi ................................................................................................ I-3
1.6
Sistematika Penulisan ............................................................................... I-4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA .................................................................................. II-1 2.1
2.2
2.3
Gaya-Gaya pada pesawat terbang ......................................................... II-1 2.1.1
Profil Drag ................................................................................. II-2
2.1.2
Induced Drag ............................................................................. II-3
Ground Effect.......................................................................................... II-6 2.2.1
Chord Dominated Ground Effect (CDGE) .............................. II-9
2.2.2
Span Dominated Ground Effect (SDGE) ............................... II-10
Sejarah Wing in Ground Effect Aircraft ............................................. II-10 2.3.1
Wing in Ground Effect Aircraft .............................................. II-11
2.4
Wind Tunnel .......................................................................................... II-15
2.5
Airfoil ..................................................................................................... II-17
2.6
CATIA V5R19...................................................................................... II-19 iv
BAB III METODOLOGI DAN PROSES PENYELESAIAN ................................. III-1
3.1
Metode Penyelesaian ............................................................................. III-1
3.2
Perancangan Model Pesawat ................................................................ III-2
3.3
3.4
3.5
3.2.1
Pembuatan Fuselage ................................................................. III-4
3.2.2
Pembuatan Sayap ...................................................................... III-5
3.2.3
Pembuatan Horizontal Stabilizer ............................................. III-6
3.2.4
Pembuatan Rudder .................................................................... III-6
3.2.5
Pembuatan Bagian-Bagian Pendukung ................................... III-7
Proses Manufaktur ................................................................................. III-8 3.3.1
Bahan Material Yang Diperlukan ............................................ III-9
3.3.2
Alat-Alat Yang Digunakan .................................................... III-11
3.3.3
Pembuatan Part-Part Pesawat Model ................................... III-13
3.3.4
Perakitan Struktur ................................................................... III-17
3.3.5
Pemasangan Sistem Gerak Mekanik ..................................... III-22
Pembuatan Benda Uji Untuk Uji Wind Tunnel ................................. III-23 3.4.1
Pembuatan Plane Benda Uji .................................................. III-24
3.4.2
Perakitan Benda Uji ................................................................ III-24
3.4.3
Covering Airfoil ...................................................................... III-26
Pengujian Benda Uji di Terowongan Angin...................................... III-26 3.5.1
Proses Pengujian ..................................................................... III-27
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN .................................................................... IV-1 4.1
Pembuatan Jig Anhedral Sayap ............................................................ IV-1
4.2
Weight and Balance ............................................................................... IV-2
4.3
Spesifikasi Pesawat Model ................................................................... IV-3
4.4
Tahap Perancangan Benda Uji ............................................................. IV-4
4.5
Perhitungan Berdasarkan Kaji Eksperimen ......................................... IV-4
4.6
Koefisien Aerodinamik Benda Uji ....................................................... IV-6 4.6.1
Data yang Ditentukan ............................................................... IV-6
4.6.2
Data Yang Di Dapat Dari Hasil Eksperimen .......................... IV-7
4.6.3
Data Hasil Perhitungan ............................................................. IV-7 v
4.7
Karakteristik Benda Uji ......................................................................... IV-9 4.7.1
CL VS Alpha ............................................................................IV-10
4.7.2
CD VS Alpha ...........................................................................IV-10
4.7.3
CM VS Alpha ...........................................................................IV-11
4.8
4.9
Perbandingan Pengujian Benda Uji Dengan Kaji Numerik .............IV-11 4.8.1
Data Yang Didapat .................................................................IV-11
4.8.2
CL&CD VS Alpha ....................................................................IV-13
4.8.3
CM VS Alpha ...........................................................................IV-14
Pengujian Terbang Pesawat Model ....................................................IV-14 4.9.1
Kondisi Pengujian ...................................................................IV-14
4.9.2
Pelaksanaan Pengujian ...........................................................IV-15
4.9.3
Kondisi Pesawat Setelah Pengujian ......................................IV-16
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...................................................................... V-1 5.1
Kesimpulan ............................................................................................. V-1
5.2
Saran ........................................................................................................ V-2
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar II. 1 Gaya-gaya yang bekerja pada pesawat ..................................... II-1
Gambar II. 2 Contoh form drag pada berbagai bentuk .................................. II-2 Gambar II. 3 Skin Friction Drag ...................................................................... II-3 Gambar II. 4 Skema dari wing tip vortex (Anderson, John D : 1984).......... II-4 Gambar II. 5 Induced Drag .............................................................................. II-5 Gambar II. 6 Grafik Thrust Required VS Kecepatan ..................................... II-7
Gambar II. 7 Grafik CL VS AoA ..................................................................... II-7 Gambar II. 8 Ground Effect ............................................................................. II-8 Gambar II. 9 Airfoil padakondisi out of ground (a) dan in ground effect (b) ............................................................................................. II-9 Gambar II. 10 Kekuatan vortex pada pesawat saat terbang dalam kondisi yang berbeda. ........................................................... II-10 Gambar II. 11µSky-1 ...................................................................................... II-12 Gambar II. 12 Caspian Sea Monster ............................................................. II-13 Gambar II. 13 Jörg VI danJörg II .................................................................. II-14 Gambar II. 14 Lippisch X-114 ....................................................................... II-14 Gambar II. 15 Close Loop Wind Tunnel ...................................................... II-16 Gambar II. 16 Open Loop Wind Tunnel ....................................................... II-16 Gambar II. 17 Airfoil ...................................................................................... II-17 Gambar II. 18 Distribusi Tekanan Untuk Sudut Serang Yang Berbeda ..... II-18 Gambar II. 19 Bentuk Penampang Airfoil .................................................... II-19
Gambar III. 1 Diagram Alir Proses Pembuatan WIG Alpha X-01 .............. III-2 Gambar III. 2 Diagram Alir Perancangan Model Pesawat ........................... III-2 Gambar III. 3 Lippisch WIG : Airfish model by Maryn Von de Ruit ......... III-3 Gambar III. 4 WIG Model by NUS (National University of Singapore) .... III-3 Gambar III. 5 Pembuatan Fuselage ................................................................ III-4 vii
Gambar III. 6 Pembuatan Sayap Pesawat Model .......................................... III-5
Gambar III. 7 Pembuatan Horizontal Stabilizer ............................................ III-6
Gambar III. 8 Pembuatan Rudder ................................................................... III-6
Gambar III. 9 Pembuatan Winglet.................................................................. III-7
Gambar III. 10 Pembuatan Sponsor ............................................................... III-7
Gambar III. 11 Diagram Alir Proses Manufaktur ......................................... III-8
Gambar III. 12 Mal Former............................................................................. III-8 Gambar III. 13 Kayu Balsa ............................................................................. III-9
Gambar III. 14 Plywood (Triplek)................................................................ III-10
Gambar III. 15 Plastic MonokoteR ............................................................... III-11 Gambar III. 16 Mal Fuselage ........................................................................ III-14 Gambar III. 17 Pemotongan Mal Fuselage .................................................. III-14 Gambar III. 18 Pemotongan Mal Fuselage Pada Plywood ......................... III-15 Gambar III. 19 Pembuatan Mal Former Pada Kertas.................................. III-15 Gambar III. 20 Pemotongan Former ............................................................ III-16 Gambar III. 21 Pembuatan Rib Sayap.......................................................... III-16 Gambar III. 22 Pembuatan dan Perakitan Fuselage .................................. III-17 Gambar III. 23 Pelapisan Bagian Bawah Fuselage ..................................... III-18 Gambar III. 24 Pemasangan Spar Sayap...................................................... III-18 Gambar III. 25 Pembuatan Sudut Anhedral Pada Root Sayap ................... III-19 Gambar III. 26 Pembuatan Sudut Anhedral Pada Tip Sayap ..................... III-19 Gambar III. 27 Perakitan Sayap.................................................................... III-20 Gambar III. 28 Sayap Kiri dan Kanan.......................................................... III-20 Gambar III. 29 Pembuatan Horizontal Stabilizer ........................................ III-21 Gambar III. 30 Pemasangan Rib dan Spar Pada Horizontal Stabilizer ..... III-21 Gambar III. 31 Pelapisan (Coating) Menggunakan MonokoteR ................ III-22 Gambar III. 32 Sistem Gerak Mekanik ........................................................ III-23 Gambar III. 33 Plane Pembuatan Benda Uji ............................................... III-24 Gambar III. 34 Pembuatan Benda Uji .......................................................... III-25 Gambar III. 35 Benda Uji.............................................................................. III-25 viii
Gambar III. 36 Covering Benda Uji ............................................................ III-26
Gambar III. 37 Wind Tunnel Program Studi Aeronautika ......................... III-27
Gambar III. 38 Benda Uji Dalam Seksi Uji ................................................. III-27
Gambar III. 39 Alat Pembaca Drag, Lift, dan Momen ............................... III-28
Gambar III. 40 Manometer Program Studi Aeronautika ............................ III-28
Gambar IV. 1 Jig Anhedral Untuk Root ........................................................ IV-1 Gambar IV. 2 Jig Anhedral Untuk Tip........................................................... IV-1
Gambar IV. 3 Penimbangan dan Menentukan CG Pesawat Model ............. IV-2 Gambar IV. 4 Penimbangan dan Menentukan CG Pesawat Model ............. IV-3 Gambar IV. 5 Benda Uji ................................................................................. IV-4 Gambar IV. 6 Grafik CL VS α .......................................................................IV-10 Gambar IV. 7 Grafik CD VS Alpha ..............................................................IV-10 Gambar IV. 8 Grafik Cm VS Alpha .............................................................IV-11 Gambar IV. 9 Grafik CL&CD VS Alpha (Kaji Numerik) ...........................IV-13 Gambar IV. 10 Grafik CM VS Alpha (Kaji Numerik) ................................IV-14 Gambar IV. 11 Trimming Sistem Penggerak ..............................................IV-15 Gambar IV. 12 Pesawat Akan Test Flight ...................................................IV-16 Gambar IV. 13 Landing Gear Yang Patah Setelah Pengujian ...................IV-16
ix
DAFTAR TABEL
Tabel IV. 1 Tabel Data Hasil Eksperimen ..................................................... IV-7
Tabel IV. 2 Data Hasil Perhitungan ............................................................... IV-8
Tabel IV. 3 Data Yang Didapat Dengan Kaji Numerik ..............................IV-12
x
DAFTAR NOMENKLATUR
a
Speed of Sound/ KecepatanSuara
AR
Aspect Ratio
b
Wingspan
c
Chord Length/ Panjang Chord
CD
Drag Coefficient/ Koefisien Gaya Hambat
CDi
Induced Drag Coefficient/ Koefisien Gaya HambatImbas
CL
Lift Coefficient/ Koefisien Gaya Angkat
CM
Moment Coefficient/ KoefisienMomen
D
Drag/ Gaya Hambat
e
Span Efficiency
h
Height/ Tinggi
L
Lift/ Gaya Angkat
M
Moment/ Momen
Ma
Mach Number
S
Wing Area/ LuasSayap
T
Thrust / Gaya Dorong
V
Velocity/ Kecepatan
V∞
Freestream Velocity/ KecepatanUdaraBebas
W
Weight / Gaya Berat
α
Angle of Attack/ SudutSerang
αeff
Effective Angle of Attack/ SudutSerangEfektif
αi
Induced Angle of Attack/ SudutSerangImbas
π
Phi/ 3,14
xi
ABSTRAK
Indonesia merupakan Negara kepulauan yang tidak pernah terlepas dari kebutuhan transportasi, terutama transportasi laut dan udara dalam penyeberangan antar pulau. Dalam pengembangannya, system transportasi di Indonesia cukup baik. Namun jenis transportasi yang digunakan sering kali
menjadi kurang efisien. Di beberapa negara, sudah banyak dikembangkan system transportasi yang bernama Wing In Ground Effect Aircraft (WIG).
Transportasi
ini
terus dikembangkan
karena
cukup efisien
dalam
pengoperasiannya. Tugas akhir ini merancang model pesawat Wing In Ground Effect yang terbang dengan memanfaatkan prinsip Ground effect dan juga melakukan pengkajian secara eksperimental pada airfoil pesawat model tersebut dengan menggunakan wind tunnel dan melakukan test flight. Dari pengkajian secara eksperimental didapatkan koefisien-koefisien aerodinamika yang berperan terhadap model benda uji tersebut. Diantaranya didapatkan koefisien gaya angkat (CL), koefisien gaya hambat (CD), koefisien momen (CM). Selain itu pengaruh yang besar akan terlihat pada karakteristik dari benda uji tersebut apabila terdapat kondisi yang berbeda pada saat pengujian. Contohnya kecepatan, kecepatan akan mempengaruhi bentuk karakteristik dari benda uji jika kondisinya berbeda, sepeti yang penulis dan rekan penulis lakukan.
xii
ABSTRACT
Indonesia is an archipelago that is never detached from the needs of the transportation, especially sea and air transport in inter-island crossings. Transportation system in Indonesia is quite good in its development. But the
type of transport used is often less in efficiency. In some countries, transportation system called Aircraft Wing In Ground Effect (WIG) have been developed. Transportation continues to be developed because it is quite
efficient in its operation. This final project as designed models of Wing In Ground Effect aircraft which it can flies using ground effect principle and also perform experimentally assessment on the model aircraft airfoil by using wind tunnel and test flight.. From the experimentally
assessment, can be
obtained the
aerodynamic coefficients that contribute to the aircraft model. Among obtained lift coefficient (CL), drag coefficient (CD), and moment coefficient (CM). Other than, it will see that a big influence about the characteristic from speciment if there are different conditions at the time of testing. For example speed, the speed will affect the characteristic of speciment if the conditions are different, a case which the author and my partner do.
xiii
Thanks god for helping, guiding, and loving every moment, i know
there is no mountain is too high to climb, and no ocean too deep to dive, but that is all imposible without your help.
For my beloved mom, dad, brother, all of my family, and all of my friend, your all my inspiration, my spirit, and my everything. I’ll never forget for you all help and pray. I love you from the deepest of my heart.
BIODATA PENULIS
Nama
: Drajad Eko Widodo
Tempat, tanggal lahir
: Bandung, 14 Oktober 1991
Agama
: Islam
Golongan Darah
:O
Jenis Kelamin
: Laki-laki
Alamat
: Jl. Sukapura No.189 Kiaracondong, Bandung
Telepon
: 0856-2436-0606
E-mail
:
[email protected]
Pengalaman pendidikan : 1. Program Studi Teknik Aeronautika Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Bandung (2009-2012)
2. SMAN 10 Bandung
(2006-2009)
3. SMPN 30 Bandung
(2003-2006)
4. SD Kartika XI-10 Bnadung
(1997-2003)
