STUDI KOMPUTASIONAL NACA 2412 PADA VARIASI SUDUT PENGGUNAAN SINGLE SLOTTED FLAP DAN FIXED SLOT DENGAN SOFTWARE FLUENT 6.2.16
Skripsi
Untuk Memenuhi Persyaratan Mencapai Derajat Sarjana Strata 1 (S1)
Disusun oleh: AMALIA WULANDARI NIM : 05050005
JURUSAN TEKNIK PENERBANGAN SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI ADISUTJIPTO YOGYAKARTA 2010
LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING
Skripsi dengan judul:
STUDI KOMPUTASIONAL NACA 2412 PADA VARIASI SUDUT PENGGUNAAN SINGLE SLOTTED FLAP DAN FIXED SLOT DENGAN SOFTWARE FLUENT 6.2.16
Yang dipersiapkan oleh: nama
: Amalia Wulandari
nomor mahasiswa
: 05050005
jurusan
: Teknik Penerbangan
telah memenuhi persyaratan dan siap untuk diujikan
Disetujui pada tanggal 3 Juni 2010
Dosen Pembimbing I
Dosen Pembimbing II
M. Ardi Cahyono, ST. MT.
Kareseno KS., INZ. SE. MM.
ii
LEMBAR PENGESAHAN
STUDI KOMPUTASIONAL NACA 2412 PADA VARIASI SUDUT PENGGUNAAN SINGLE SLOTTED FLAP DAN FIXED SLOT DENGAN SOFTWARE FLUENT 6.2.16 Yang dipersiapkan dan disusun oleh: AMALIA WULANDARI NIM : 05050005 Telah dipertahankan di depan Tim Penguji Skripsi pada tanggal 17 Juni 2010 dan dinyatakan telah memenuhi syarat guna memperoleh Gelar Sarjana Teknik Susunan Tim Penguji Nama Lengkap
Tanda Tangan
Ketua Penguji
: M. Ardi Cahyono, ST. MT
………………
Penguji I
: Karseno KS., INZ. SE. MM.
………………
Penguji II
: Ir. Djarot Wahju S., MT.
………………
Penguji III
: Ir. Heru Yudanarsa
……………… Yogyakarta, 8 Juli 2010
Jurusan Teknik Penerbangan Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto Ketua Jurusan,
Ir. Djarot Wahju Santoso, MT. iii
PERNYATAAN
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya: nama
: Amalia Wulandari
nomor mahasiswa
: 05050005
jurusan
: Teknik Penerbangan
judul skripsi
: Studi Komputasional NACA 2412 pada Variasi Sudut Penggunaan Single Slotted Flap dan Fixed Slot dengan Software Fluent 6.2.16
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, 31 Mei 2010 Yang Menyatakan,
AMALIA WULANDARI NIM : 05050005
iv
LEMBAR PERSEMBAHAN
Skripsi ini saya persembahkan untuk Adik tercinta, Bayu Atma W.
v
KATA PENGANTAR Alhamdulillah, puji syukur kehadirat Allah SWT. yang memberi rahmat dan hidayah-Nya kepada penulis, karena dengan rahmat dan hidayah-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Skripsi ini disusun sebagai salah satu syarat akademis untuk menyelesaikan pendidikan S-1 Program Studi Teknik Penerbangan Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto Yogyakarta. Dalam kesempatan ini, penulis juga ingin mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah mendukung penyelesaian skripsi ini, karena tanpa dukungan tersebut, penulis tidak mungkin dapat menyelesaikan skripsi dengan baik. Oleh karena itu, penulis ingin berterima kasih kepada: 1. Allah SWT.; 2. Kedua orang tua, 3. Kakak-kakak dan adik tercinta; 4. Bapak Ir. Suyitmadi, MT. selaku Ketua Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto; 5. Bapak Ir. Djarot Wahju S., MT. selaku Ketua Jurusan Teknik Penerbangan; 6. Bapak M. Ardi Cahyono, ST. MT. selaku dosen pembimbing; 7. Bapak Karseno KS., INZ. SE. MM. selaku dosen pembimbing; 8. Rekan-rekan mahasiswa TP A angkatan 2005 atas semangat dan dukungannya; serta semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu.
vi
Demikian yang dapat saya sampaikan. Penulis memohon maaf jika dalam penyusunan skripsi ini masih terdapat kekurangan. Karena kesempurnaan hanya milik Allah SWT. dan penulis tentu masih memiliki banyak kekurangan. Oleh karena itu, saran-saran dari rekan-rekan sangat diharapkan. Semoga skripsi yang penulis susun dapat bermanfaat bagi pembaca pada umumnya, dan bermanfaat bagi penulis khususnya. Yogyakarta, 31 Mei 2010
Penulis
vii
STUDI KOMPUTASIONAL NACA 2412 PADA VARIASI SUDUT PENGGUNAAN SINGLE SLOTTED FLAP DAN FIXED SLOT DENGAN SOFTWARE FLUENT 6.2.16
Oleh: Amalia Wulandari 05050005 ABSTRAK Penambahan lift airfoil dapat dilakukan dengan penambahan camber, namun bila sayap didisain dengan camber besar akan sangat tidak efisien untuk fasa cruising. Camber dapat ditingkatkan dengan menggunakan peralatan mekanikal yang dipasangkan pada nose maupun di bagian belakang sayap. Peralatan ini disebut dengan high lift devices. Untuk melihat pengaruh yang ditimbulkan karena penggunaan high lift devices pada airfoil penulis melakukan pengujian secara komputasional dengan software Fluent. Dari komputasi didapatkan nilai-nilai Cl dan Cd airfoil yang disimulasikan pada model-model uji di tiap kenaikan angle of attack hingga mengalami stall. Fluent sendiri adalah salah satu software menghitungan dan simulasi aliran fluida. Sedangkan high lift devices yang dipilih adalah single slotted flap dan leading edge device dengan tipe fixed slot. Nilai-nilai Cl dan Cd kemudian dimunculkan dalam bentuk grafik. Hasil penelitian menunjukan bahwa dengan high lift devices, nilai Clmax meningkat demikian pula dengan Cd. Clmax tertinggi diperoleh dengan menggunakan fixed slot dan slotted flap defleksi 40°, ΔClmax mencapai 1,2. Dengan Fluent, kontur kecepatan dan distribusi tekanan, vektor aliran, juga dapat divisualkan. Kata kunci : airfoil, coefficient lift, fixed slot, Fluent, slotted flap. viii
DAFTAR ISI JUDUL SKRIPSI
i
LEMBAR PERSETUJUAN PEMBIMBING
ii
LEMBAR PENGESAHAN
iii
LEMBAR PERNYATAAN
iv
LEMBAR PERSEMBAHAN
v
KATA PENGANTAR
vi
ABSTRAK
viii
DAFTAR ISI
ix
DAFTAR GAMBAR
xii
DAFTAR TABEL
xvi
DAFTAR GRAFIK
xvii
DAFTAR SIMBOL
xvii
DAFTAR LAMPIRAN
xix
BAB I
PENDAHULUAN
1
1.1. Latar belakang Masalah
1
1.2. Rumusan Masalah
3
1.3. Tujuan Penulisan
3
1.4. Batasan Masalah
4
1.5. Manfaat Penelitian
4
1.6. Sistematika Penulisan
5
ix
BAB II
LANDASAN TEORI
6
2.1. Airfoil
6
2.2. Lift (Gaya Angkat)
8
2.3. High Lift Devices
15
2.4. Leading Edge Device
20
2.5. Slotted Flap
21
2.6. Aliran Viskos pada HLD
22
2.7. Computational Fluid Dynamics (CFD)
23
2.8. Gambit
27
2.10. Fluent
28
BAB III METODE PENELITIAN
29
3.1. Objek Penelitian
29
3.2. Teknik Pengumpulan Data
31
3.3. Software yang Digunakan
32
3.4. Model Uji
33
3.5. Model Turbulensi
34
3.6. Tahap-Tahap Penyelesaian Masalah Aerodinamika dengan CFD
36
BAB IV ANALISIS DAN PEMBAHASAN
39
4.1. Umum
39
4.2. Langkah-langkah Pengerjaan
39
4.3. Data Hasil Perhitungan dengan CFD
66
4.4. Pembahasan
71
x
BAB V
PENUTUP
89
5.1. Kesimpulan
89
5.2. Saran
90
DAFTAR PUSTAKA
91
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Terminologi Airfoil
6
Gambar 2.2
Variasi coefficient lift terhadap angle of attack
9
Gambar 2.3
Wake pada airfoil
10
Gambar 2.4
Cl vs α airfoil NACA 2412
11
Gambar 2.5
Data eksperimen Cd airfoil NACA 2412
12
Gambar 2.6
Gaya-gaya yang bekerja pada airfoil
13
Gambar 2.7
Distribusi tekanan di airfoil
14
Gambar 2.8
Plain flap
17
Gambar 2.9
Split flap
18
Gambar 2.10
Single slotted flap
18
Gambar 2.11
Fowler flap
19
Gambar 2.12
Krueger flap
19
Gambar 2.13 (a) Aliran udara pada leading edge slat
20
Gambar 2.13 (b) Perbandingan kurva Cl vs α pada plain airfoil, airfoil dengan flap, dan airfoil dengan flap dan slat
20
Gambar 2.14
Boundary layer di sekitar flap
21
Gambar 2.15
Aliran viskos pada airfoil dengan HLD
22
Gambar 2.16
Stream tube
24
Gambar 2.17 (a) Stream tube dan elemen untuk persamaan momentum
25
Gambar 2.17 (b) Gaya pada elemen massa fluida
25
Gambar 2.18
Volum kendali untuk persamaan energi
26
Gambar 3.1
NACA 2412 dengan flap 0,25c
30
xii
Gambar 3.2
Parameter slotted flap
30
Gambar 3.3
Fixed slot pada permodelan dengan Gambit
31
Gambar 3.4
NACA 2412 clear (tanpa HLD)
33
Gambar 3.5
NACA 2412 dengan flap 20°
33
Gambar 3.6
NACA 2412 dengan fixed slot
34
Gambar 3.7
NACA 2412 dengan fixed slot dan flap 30°
34
Gambar 4.1
Tampilan awal Javafoil
40
Gambar 4.2
Airfoil yang dibentuk Javafoil
40
Gambar 4.3
Titik-titik koordinat airfoil NACA 2412
41
Gambar 4.4
Menjalankan Gambit
41
Gambar 4.5
Tampilan awal Gambit
42
Gambar 4.6
Mengimport data ke Gambit
42
Gambar 4.7
Membuat garis lengkung (nurbs)
43
Gambar 4.8
Titik-titik koordinat yang dihubungkan dengan garis
43
Gambar 4.9
Membuat titik
44
Gambar 4.10
Memotong garis dengan titik
45
Gambar 4.11
Flap yang dibentuk pada Gambit
46
Gambar 4.12
Membuat titik pada garis
46
Gambar 4.13
Slat yang dibentuk pada Gambit
47
Gambar 4.14
Membuat bidang
48
Gambar 4.15
Slat – Main Airfoil - Flap
48
Gambar 4.16
Garis-garis topologi
49
Gambar 4.17
Garis-garis topologi khusus untuk airfoil dengan HLD
50
xiii
Gambar 4.18
Membuat mesh garis
51
Gambar 4.19
Mesh Garis topologi
52
Gambar 4.20
Mesh bidang aliran freestream
53
Gambar 4.21
Examine mesh
53
Gambar 4.22
Grouping
54
Gambar 4.23
Mendefinisikan bounday types
54
Gambar 4.24
Mengeksport mesh
55
Gambar 4.25
Memilih versi solver
55
Gambar 4.26
Grid check
56
Gambar 4.27
Memilih solver
57
Gambar 4.28
Mengaktifkan persamaan energi
57
Gambar 4.29
Mengaktifkan model viskositas
58
Gambar 4.30
Mendefinisikan material udara
58
Gambar 4.31
Mendefinisikan boundary condition
59
Gambar 4.32
Inisial nilai-nilai pada freestream
60
Gambar 4.33
Mengaktifkan window iterasi
61
Gambar 4.34
Mengaktifkan windows coefficient lift dan coefficient drag
62
Gambar 4.35
Nilai-nilai referensi
63
Gambar 4.36
Iterasi
64
Gambar 4.37
Menampilkan hasil dalam bentuk gambar
64
Gambar 4.38
Kontur Kecepatan Airfoil NACA 2412 (α = 14)
65
Gambar 4.39
Boundary layer di awal terjadinya separasi
65
xiv
Gambar 4.40
Kontur kecepatan airfoil
Gambar 4.41
Kontur tekanan pada airfoil dengan angle of attack 72
0°, 4°, 8°, dan 14° Gambar 4.42
Kecepatan aliran dan boundary layer di sekitar slat pada angle of attack 24°
Gambar 4.43
83
Kecepatan aliran pada slotted flap 20° dengan angle of attack 10°
Gambar 4.45
85
Kontur tekanan pada airfoil dengan penggunaan slotted flap dan fixed slot
xv
82
Kontur Tekanan di permukaan airfoil tanpa dan dengan fixed slot
Gambar 4.44
71
88
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1
Koordinat Leading edge Flap
44
Tabel 4.2
Koordinat Slot flap
45
Tabel 4.3
Koordinat slat
47
Tabel 4.4
Titik-titik koordinat batas frestream
49
Tabel 4.5
Garis-garis yang membentuk bidang topologi
50
Tabel 4.6
Data ukuran mesh garis
51
Tabel 4.7
Zone yang didefinisikan untuk tiap group
55
Tabel 4.8
Hasil pengujian untuk Clear Airfoil dan dengan Fixed Slot
66
Tabel 4.9
Hasil pengujian untuk airfoil dengan Flap 10° dan dengan penanbahan Fixed Slot
Tabel 4.10
Hasil pengujian untuk airfoil dengan Flap 20° dan dengan penanbahan Fixed Slot
Tabel 4.11
69
Hasil pengujian untuk airfoil dengan Flap 40° dan dengan penanbahan Fixed Slot
xvi
68
Hasil pengujian untuk airfoil dengan Flap 30° dan dengan penanbahan Fixed Slot
Tabel 4.12
67
70
DAFTAR GRAFIK
Grafik 4.1
Cl vs α, Cd vs α, Cl vs Cd untuk airfoil clear
Grafik 4.2
Cl vs α, Cl vs Cd, Cd vs α untuk penggunaan flap yang didefleksikan 10°
Grafik 4.3
75
Cl vs α, Cl vs Cd, Cd vs α untuk penggunaan flap yang 76
didefleksikan 20° Grafik 4.4
Cl vs α, Cl vs Cd, Cd vs α untuk penggunaan flap yang didefleksikan 30°
Grafik 4.5
78
Cl vs α, Cl vs Cd, Cd vs α untuk penggunaan flap yang didefleksikan 40°
Grafik 4.6
73
79
Cl vs α, Cl vs Cd, Cd vs α untuk clear airfoil dan airfoil hanya dengan fixed slot
81
Grafik 4.7
Cl vs α airfoil dengan defleksi slotted flap
84
Grafik 4.8
Cd vs α airfoil dengan defleksi slotted flap
86
Grafik 4.9
Cl vs α untuk kombinasi defleksi single slotted flap dan 87
fixed slot
xvii
DAFTAR SIMBOL
α
angle of attack (derajat,°)
A
Luas penampang streamtube (m2)
γ
sudut antara sumbu aliran dan sumbu vertical (°, deg)
c
chord (m)
Cd
Coefficient drag
Cl
Coefficient lift
Cpl
Coefficient pressure lower surface
Cpu
Coefficient pressure upper surface
cp
center of pressure
cp , cv
specific heat pada tekanan konstan dan volum konstan
d
drag (N)
g
Percepatan gravitasi (m/s2)
l
lift (N)
µ
viskositas (kg/ms)
ρ
densitas (kg/m3)
p0
tekanan ambien (Pa, N/m)
pL
tekanan lokal (Pa, N/m)
pl
tekanan di lower surface (Pa, N/m)
pu
tekanan di upper surface (Pa, N/m)
q
tekanan dinamik, ½ρv2 (Pa, N/m)
Re
Bilangan Reynold
S
Luas area sayap (m2)
s
panjang lintasan aliran (m)
t
waktu (sec)
V
velocity (m/s)
v
volume (m3)
W
berat (kg)
xviii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran A
Koordinat Airfoil NACA 2412
Lampiran B
Arah Gaya dan Vektor Kecepatan udara
Lampiran C
Distribusi Tekanan Hasil Pengujian
xix
