H.45
Penelitian dan pengembangan sistem thrust vectoring dan thrust stand pengujian thrust vectoring Roket padat D230/RX-2020
Sofyan, ST, MT
Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional 2012
LATAR BELAKANG
• Kondisi yang menjadi latar belakang kegiatan litbangyasa Apliksasi thrust vectoring merupakan aplikasi yang penting dalam bidang peroketan dan satelit. Aplikasi ini sangat dibutuhkan untuk pengendalian roket yang membawa satelit menuju orbit, thruster satelit untuk mengarahkan pergerakan satelit, dan pengendalian misil untuk mencari target. Oleh karena itu perlu dikembangkan sistem thrust vectoring dan teknik pengujian thrust vectoring. • Kebutuhan pengembangan ilmu pengetahuan yang perlu dipenuhi Dinamika Fluida Mekanika dan Struktur Komposit dan Material Tahan Panas • Kebutuhan metode – peralatan teknologi yang perlu dipenuhi Metode produksi material komposit Peralatan plasma coating
1
PERMASALAHAN
• Pertanyaan Penelitian yang menjadi pijakan perlunya kegiatan litbangyasa Bagaimana cara mendisain mekanisme thrust vectoring yang dapat diterapakan pada roket padat D230/RX-2020 dengan menggunakan sistem jet vane thrust vectorring
2
METODOLOGI
• Ruang Lingkup Kegiatan Kegiatan tahun 2012 diarahkan pada desain sistem jet vane thrust vectoring untuk pengujian coldflow dan pengujian sistem kendali
• Fokus Kegiatan Kegiatan penelitian pada tahun 2012 difokuskan pada rancangan bangun thrust vectoring dengan menggunakan sistem jet vane pada roket dengan mempertimbangkan faktor pemanfaatan dan kompleksitas desain. Dari pengembangan ini diharapkan diperoleh pemahaman yang baik tentang konsep thrust vectoring dan dapat digunakan untuk pengembangan tipe thrust vectoring lainnya di masa mendatang. Pada tahun 2012 penelitian dan pengembangan nosel dengan perangkat thrust vectoring diarahkan untuk pengujian coldflow. Pengujian coldflow ini juga ditujukan untuk melakukan validasi desain sebelum dilakukan pengujian hotflow. 3
METODOLOGI • Desain Penelitian Desain analitik vane dan validasi desain dengan simulasi dinamika fluida komputasional (CFD). Pada kegiatan ini, desain analitik vane dilakukan dengan mempertimbangkan karakteristik aerodinamika vane. Dari hasil desain analitik dan simulas dinamika fluida komputasional, dipilih vane yang memberikan karakteristik paling optimum secara aerodinamik. Desain mekanik perangkat thrust vectoring. Dari hasil desain analitik dan simulasi dinamika fluida komputasional vane, ditentukan spesifikasi servo motor penggerak yang akan digunakan dan desain mekanik yang mampu menahan beban aerodinamika. Desain prototipe nosel yang dilengkapi perangkat thrust vectoring dengan menggunakan jet vane. Setelah data karakteristik aerodinamik disinkronkan, maka dilakukan desain dan prototipe nosel yang dilengkapi mekanisme thrust vectoring Tim Pelaksana Insentif Peningkatan Produktivitas Litbang 2012
4
METODOLOGI – TAHAPAN PELAKSANAAN KEGIATAN Kajian beberapa sistem thrust vectoring
Pemilihan sistem thrust vectoring yang akan dikembangkan pada tahun 2012
Kajian konsep dasar sistem thrust vectoring dengan menggunakan jet vane
Kajian sistem mekanik jet vane thrust vectoring.
Kajian material tahan panas pelapis jet vane yang diakhiri dengan pemilihan material tahan panas
desain analitik sistem jet vane thrust vectoring
desain sistem mekanik jet vane thrust vectoring
Simulasi dinamika fluida komputasional jet vane dalam keadaan statik maupun dinamik
analisis hasil simulasi dinamika fluida komputasional (CFD)
Tim Pelaksana Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa 2012
5
METODOLOGI – PERKEMBANGAN HASIL KEGIATAN
• Desain, simulasi, dan analisis performa vane 0.3
_
Kurva _ vs
0.2 wedge0.09 biconvek simetri 0.09
0.1
wedge0.1 biconvek simetri 0.1
0 -10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
wedge 0.11 biconvek simetri 0.11
-0.1
wedge 0.12 bikonvek simetri 0.12
-0.2
-0.3
Kurva koefisien gaya angkat vs sudut serang Tim Pelaksana Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa 2012
6
METODOLOGI – PERKEMBANGAN HASIL KEGIATAN
• Desain, simulasi, dan analisis performa vane 0.07
Kurva _
_
vs
0.06 wedge0.09
0.05
biconvek simetri 0.09 wedge0.1
0.04
biconvek simetri 0.1 wedge 0.11
0.03
biconvek simetri 0.11 0.02
wedge 0.12 bikonvek simetri 0.12
0.01 0 -10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
Kurva koefisien gaya hambat vs sudut serang Tim Pelaksana Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa 2012
7
METODOLOGI – PERKEMBANGAN HASIL KEGIATAN
• Desain, simulasi, dan analisis performa vane Input simulasi CFD
Tekanan exit nosel = 1.047 bar Tekanan exit nosel = 1559.81 Kelvin Bilangan Mach exit nosel = 3.03 Konstanta gas = 332.578 J/(Kg.K) Konstanta panas spesifik = 1.2
Tim Pelaksana Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa 2012
8
METODOLOGI – PERKEMBANGAN HASIL KEGIATAN
• Desain, simulasi, dan analisis performa vane
Tim Pelaksana Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa 2012
9
METODOLOGI – PERKEMBANGAN HASIL KEGIATAN
• Desain, simulasi, dan analisis performa vane CL 0.250
Grafik CL Vs α
0.200
Wedge Simetri 0.09 0.150 Wedge Simetri 0.12 0.100 Wedge Simetri 0.09 Analitik
0.050
0.000 0.00
α 2.00
4.00
6.00
8.00
Wedge Simetri 0.12 Analitik
10.00
Grafik koefisien gaya dorong vs sudut serang Tim Pelaksana Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa 2012
10
METODOLOGI – PERKEMBANGAN HASIL KEGIATAN
• Desain, simulasi, dan analisis performa vane CD0.050 0.045
Grafik CD Vs α
0.040 0.035 0.030
Wedge Simetri 0.09
0.025
Wedge Simetri 0.12
0.020
Wedge Simetri 0.09 Analitik
0.015
Wedge Simetri 0.12 Analitik
0.010 0.005 0.000 0.00
α 2.00
4.00
6.00
8.00
10.00
Grafik perbandingan koefisien gaya dorong vs sudut serang analitik terhadap numerik Tim Pelaksana Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa 2012
11
METODOLOGI – PERKEMBANGAN HASIL KEGIATAN
• Desain, simulasi, dan analisis performa vane Model simulasi CFD Defleksi vane 0 deg
Tim Pelaksana Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa 2012
12
METODOLOGI – PERKEMBANGAN HASIL KEGIATAN
• Desain, simulasi, dan analisis performa vane Hasil simulasi CFD Defleksi vane 0 deg – Tekanan statik
Tim Pelaksana Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa 2012
13
METODOLOGI – PERKEMBANGAN HASIL KEGIATAN
• Desain, simulasi, dan analisis performa vane Hasil simulasi CFD Defleksi vane 0 deg – Bilangan Mach
Tim Pelaksana Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa 2012
14
METODOLOGI – PERKEMBANGAN HASIL KEGIATAN
• Desain, simulasi, dan analisis performa vane Hasil simulasi CFD untuk beberapa sudut defleksi vane
Angle of Deflection Thrust (ton) 0 2.146 4 2.145 8 2.137 12 2.129
Tim Pelaksana Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa 2012
Mx (Nm) 0.112 0.145 0.899 0.776
My (Nm) -1.367 -117.275 -224.740 -338.096
Mz (Nm) -0.202 -0.077 -0.050 -0.093
15
METODOLOGI – PERKEMBANGAN HASIL KEGIATAN
• Desain, simulasi, dan analisis performa vane Hasil untuk beberapa sudut defleksi vane
Tim Pelaksana Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa 2012
16
METODOLOGI – PERKEMBANGAN HASIL KEGIATAN
• Desain, simulasi, dan analisis performa vane Hasil untuk beberapa sudut defleksi vane
17
METODOLOGI – PERKEMBANGAN HASIL KEGIATAN
• Desain, simulasi, dan analisis performa vane Hasil untuk beberapa sudut defleksi vane
Tim Pelaksana Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa 2012
18
METODOLOGI – PERKEMBANGAN HASIL KEGIATAN
• Desain Mekanik Jet Vane
Tim Pelaksana Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa 2012
19
METODOLOGI – PERKEMBANGAN HASIL KEGIATAN
• Desain thrust stand 6 derajad kebebasan
Tim Pelaksana Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa 2012
20
SINERGI KOORDINASI
• Lingkup dan bentuk koordinasi yang dilakukan kerja sama desain, analisis dan simulasi CFD profil vane dan konfigurasi vane • Nama lembaga yang diajak koordinasi Politeknik Negeri Bandung • Strategi pelaksanaan koordinasi Penawaran topik tugas akhir kepada mahasiswa yang berkaitan dengan riset Rencana pembuatan Nota kesepahaman dengan Politeknik Negeri Bandung. Penjajakan kerja sama dengan Institut Teknologi Bandung • Signifikansi capaian koordinasi yang dilakukan Dari kerja sama telah dihasilkan desain, simulasi dan analisis performa vane dan performa roket akibat adanya vane di bagian belakang nosel roket
Tim Pelaksana Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa 2012
21
PEMANFAATAN HASIL KEGIATAN
• Kerangka dan strategi pemanfaatan hasil kegiatan Diharapkan dalam beberapa tahun ke depan, sistem thrust vectoring yang dihasilkan dapat diaplikasikan pada roket kendali atau lebih khususnya roket pertahanan. Misil yang menggunakan sistem thrust vectoring menggunakan jet vane dapat digunakan untuk sistem pertahanan dari kapal militer terhadap serangan yang menuju kapal militer (ship self defence role). • Wujud - bentuk pemanfaatan hasil kegiatan Hasil penelitian tahun 2012 diarahkan untuk pengembangan prototipe nosel dengan jet vane thrust vectoring untuk pengujian sistem kendali vane dan bila memungkinkan akan digunakan pada pengujian coldflow dengan mengguanakan terowongan angin supersonik kecil. • Data (jumlah dan demografi) pihak yang memanfaatkan hasil kegiatan Hasil penelitian belum dimanfaatkan karena merupakan penelitian baru • Signifikansi pemanfaatan yang dirasakan pihak penerima manfaat hasil kegiatan Hasil penelitian belum dimanfaatkan karena merupakan penelitian baru 22
POTENSI PENGEMBANGAN KE DEPAN
• Rancangan Pengembangan ke depan Pada masa yang akan datang, hasil penelitian ini dapat diarahkan untuk pengembangan misil • Strategi Pengembangan ke depan Sebagai langkah awal, pengembangan perangkat thrust vectoring dapat dillakukan dengan mengacu pada misil yang sudah dibuat dan sudah terbukti kehandalannya misalnya misil Sea Sparrow dan misil Sidewinder. Kedua misil tersebut menggunakan jet vane sebagai perangkat thrust vectoring. Misil Sea Sparrow adalah misil pertahanan yag dapat digunakan sebagai misil dari permukaan ke udara (surface to air) dan misil dari permukaan ke permukaan (surface to surface).
Tim Pelaksana Insentif Peningkatan Kemampuan Peneliti dan Perekayasa 2012
23
Rencana ke Depan - Tahapan Pengembangan ke depan No
Kegiatan
Target waktu penyelesaian
1
Rancang bangun sistem kendali vane untuk pengujian coldflow
Januari 2013
2
Desain dan pembuatan thrust stand pengujian hotflow
Januari 2013
3
Desain mekanik jet vane untuk pengujian hotflow
Juni 2013
4
Kajian lebih mendalam tentang materila tahan panas
Juni 2013
5
Rancang bangun sistem kendali vane untuk pengujian hotflow
Juni 2013
6 7
Pembuatan prototipe nosel dengan thrust vectoring untuk pengujian hotflow Penyempurnaan desain dan pembuatan thrust stand pengujian pengujian hotflow
Agustus 2013 September 2013
8
Pengujian hotflow nosel dengan perangkat thrust vectoring
Desember 2013
9
Perbaikan desain nosel yang dilengkapi thrust vectoring
Juni 2014
10
Pengujian hotflow nosel yang dilengkapi dengan perangkat thrust vectoring hasil penyempurnaan desain
Oktober 2014
11
Rancang bangun sistem kendali vane untuk pengujian terbang
Desember 2014
12
Penyempurnaan desain mekanik untuk persiapan uji terbang
Juni 2015
13
Uji terbang roket yang sudah dilengkapi perangkat thrust vectoring
Desember 2015
FOTO KEGIATAN
FOTO HASIL KEGIATAN
Prototipe nosel dengan jet vane thrust vectoring
25
logo lembaga
TERIMA KASIH Sofyan, ST, MT Dr. Bagus Hayatul Jihad Hudoro, ST Herry Purnomo, ST Ahmad Jamaludin, ST
