STUDI PERANCANGAN STEERING SYSTEM PADA UNMANNED SURFACE ATTACK BOAT (USAB) 9 METER BERBASIS MICRO CONTROLLER Oleh : Guntur Donny Nugroho Pembimbing : 1. Ir. Agoes Santoso, M.Sc, M.Phil, Ceng. 2. Ir. Soemartojo WA Jurusan Teknik Sistem Perkapalan FTK-ITS Abstrak Paradigma lama yang terbentuk dari dulu, perang diidentikkan dengan tentara di garis depan pertempuran yang didukung artileri dari belakang. Kini seiring dengan perkembangan teknologi yang begitu canggih, paradigma lama itu berangsur-angsur berubah menjadi paradigma baru yaitu dikendalikan dari jarak jauh dengan menggunakan remote controller. Salah satu konsepnya adalah Unmanned Surface Vehicles (USV) atau lebih dikenal dengan sebutan kapal tanpa awak. Vehicles ini mempunyai beberapa fungsi, salah satunya didalam medan pertempuran digunakan sebagai pengintai musuh dan juga digunakan sebagai mesin penghancur target sasaran karena sudah dilengkapi dengan kamera berteknologi tinggi dan dapat pula dipersenjatai dengan rudal-rudal penghancur yang mempunyai daya ledak maksimal. Oleh karena itu penulis memiliki ide untuk merancang konsep USV baru bernama Unmanned Surface Attack Boat (USAB), dalam skripsi ini yang dirancang adalah steering system dan pemilihan tipe rudder. Kata Kunci : USV, Steering System, Rudder
1. PENDAHULUAN Latar Belakang Indonesia merupakan Negara kepulauan yang memiliki beribu-ribu pulau dengan berbagai potensinya yang masih belum dikembangkan secara maksimal. Untuk menjaga kedaulatan NKRI dari ancaman negara tetangga yang melakukan illegal fishing ataupun klaim sepihak atas pulau terluar, dibutuhkan sarana pengamanan yang memadai misalnya pengadaan kapal patroli yang cukup banyak, karena sebenarnya TNI AL membutuhkan : Kapal tempur cepat kelas menengah ringan dan MTB (Motor Torpedo Boat) yang stealth (anti radar) Kapal selam ringan dengan awak kapal maksimal 12 orang yang bisa memuat banyak amunisi baik rudal maupun torpedo Kapal patroli cepat tanpa awak yang bisa dikendalikan dan dipersenjatai dengan rudal, senapan mesin, ataupun torpedo
Ranjau laut system kendali jarak jauh yang langsung aktif apabila terdeteksi musuh yang masuk wilayah territorial (Wikipedia, ”Indonesia Military Force”. 2009) Namun melihat situasi yang ada di Indonesia sekarang, baik dari segi SDM, sarana dan prasarana, serta budget yang dimilki, TNI AL masih banyak membutuhkan kelengkapan armada berteknologi tinggi untuk lebih meningkatkan pertahanan nasional. Sehubungan dengan hal tersebut, penulis yang berasal dari Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan ITS, berencana merancang bangun Steering System sebuah kapal tanpa awak yang difungsikan sebagai kapal serbu cepat dengan ukuran panjang kapal 9 meter yang diberi nama USAB (Unmanned Surface Attack Boat) untuk dioperasikan di wilayah perairan Indonesia. Rancang bangun untuk pemilihan Main Hull USAB ini juga sedang dikerjakan oleh tim lain dari Jurusan Teknik Sistem Perkapalan, FTK – ITS.
USAB adalah suatu konsep baru yang dikembangkan dari USV (Unmanned Surface Vehicles). Maka dengan adanya kapal patroli tanpa awak, SDM yang dibutuhkan tidak begitu banyak dan efisiensi waktu pun akan meningkat. Berdasarkan pemikiran di atas, maka pada Skripsi yang berjudul “Studi Perancangan Steering System pada Unmanned Surface Attack Boat (USAB) 9 Meter Berbasis Micro Controller” ini akan dilakukan perancangan steering system dengan melakukan optimasi principal dimension terlebih dahulu, kemudian melakukan perhitungan, memilih dan membuat design rudder, serta menentukan spesifikasi system hidrolis yang dipakai pada USAB.
Luaran yang diharapkan 1.
2.
Steering system yang memungkinkan diaplikasikan pada USAB berdasarkan tipe rudder yang sudah dihitung dan dirancang. Penulisan Skripsi ini bertujuan untuk membuat riset tentang perkembangan kapal-kapal serbu cepat tanpa awak di Indonesia. Dan tujuan akhir yang diharapkan adalah dapat memproduksi secara nyata kapal patroli cepat tanpa awak yang mungkin merupakan suatu terobosan untuk pertama kalinya di Indonesia. .
2. TINJAUAN PUSTAKA Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah tertulis diatas maka perumusan masalah yang terbentuk adalah bagaimana membuat perancangan steering system pada konsep baru kapal tanpa awak yaitu USAB (Unmanned Surface Attack Boat).
Batasan Masalah Dari permasalahan yang harus diselesaikan perlu adanya pembatasan masalah serta ruang lingkup agar mempermudah pada saat melakukan analisa dan permasalahan tidak melebar, batasan tersebut adalah : 1. Dalam studi perancangan ini hanya sebatas perhitungan rudder berdasarkan rules Bureau Veritas (BV). 2. Steering Gear yang digunakan adalah Sistem Hidrolis. 3. Tidak menganalisa system propulsi ataupun system yang lainnya. 4. Otomatisasi menggunakan micro controller hanya sebatasreferensi dan tidak perlu dibahas secara detail. 5. Tidak mengkaji analisa ekonomis.
Tujuan Studi ini mempunyai tujuan untuk merancang steering gear pada USAB dan mengetahui force terbesar yang diterima rudder dari beberapa variasi angle.
Deskripsi Kapal Patroli Karakteristik utama kapal patroli sesuai dengan fungsi utamanya yaitu menjaga keamanan dan kedaulatan suatu wilayah perairan negara tertentu, adalah memiliki speed yang tinggi, mempunyai system persenjataan yang cukup lengkap yaitu rudal, senapan mesin, maupun torpedo. Bentuk lambung juga mempengaruhi ketangguhan kapal patroli saat harus melewati ombak dan cuaca yang ekstrim. Maka seharusnya setiap negara mempunyai armada kapal yang memadai. Namun kenyataan yang ada di Indonesia khususnya daerah Banda Aceh, kapal patroli yang dimiliki Satuan Polisi Air Polda Aceh hanya mampu mencapai jarak 12 mil dan tidak mampu menjangkau Zona Ekonomi Eksklusif (ZEE) yang mencapai 200 mil, itu dikarenakan karena kapal patroli mereka masih tergolong kelas C. (http://wordpress Berita Politik Indonesia >> Kapal Patroli Tak Tembus ZEE)
Gambar 1. Kapal Patroli milik Indonesia
Assymetric War Paradigma lama yang terbentuk dari dulu, perang diidentikkan dengan tentara di garis depan pertempuran. Kini seiring dengan perkembangan teknologi yang begitu canggih, paradigm lama itu berangsur-angsur berubah menjadi paradigma baru yaitu dilakukan dari jarak jauh dengan menggunakan remote controller. Salah satu konsepnya adalah Unmanned Survace Vehicles (USV) atau lebih dikenal dengan sebutan kapal tanpa awak. Vehicles ini dalam medan pertempuran selain digunakan sebagai pengintai musuh juga digunakan sebagai mesin penghancur target sasaran karena sudah dilengkapi dengan kamera berteknologi tinggi dan dapat pula dipersenjatai dengan rudal-rudal penghancur yang mempunyai daya ledak maksimal. Sedangkan definisi dari Asymmetric War adalah perang yang tidak seimbang antara dua kubu dikarenakan perbedaan kelengkapan armada ataupun equipment yang dimiliki, itu bisa terjadi karena faktor budget.
Unmanned Surface Vehicles (USV) Design Protector (USV) Protector USV dikembangkan oleh Rafael Israel Advanced Defense Systems dalam menanggapi munculnya ancaman teroris terhadap aset maritim , dan merupakan USV tempur pertama yang telah beroperasi. Protector USV ini memiliki panjang 9 meter (30 kaki), dengan kemampuan dapat mengintai secara sembunyi – sembunyi, cepat dan sangat mudah bermanuver. Struktur kapal yang aerodinamis, dan desain platform modular memungkinkan untuk dikonfigurasi ulang
untuk memenuhi persyaratan perubahan misi, seperti perlindungan kekuatan, anti-teror, pengawasan dan pengintaian, serta untuk peperangan. Lambung kapal berbentuk V, dengan bagian karet memberikan stabilitas dan daya tahan. Memiliki mesin diesel tunggal dan propulsi water jet, memungkinkan kecepatan hingga 50 knot (92,6 km / jam; 57,5 mph). Protector USV ini memberikan peningkatan pengawasan, identifikasi dan kemampuan intersepsi dengan dilengkapi Mini-Typhoon Stabilized Weapon System, TOPLITE Electro Optic dan sistem penargetan dengan kemampuan siang dan malam melalui penggunaan perangkat Forward Looking Infrared, dan ditambah dengan pengukur jarak laser. Protector USV ini dikendalikan dari jauh dan dapat dioperasikan dengan bimbingan dari seorang komandan dan operator yang berada di darat atau di kapal lain. Hal ini memungkinkan untuk menjadikannya sebagai baris pertama pada pertahanan.
Gambar 2. Kapal Patroli milik Indonesia
Black Eyes Sea (BES) Amerika Serikat sebagai negara adidaya memiliki teritorial yang membutuhkan pertahanan tingkat tinggi. Pemerintah Amerika Serikat baru-baru ini mengembangkan USV yang diberi nama BES (Black Eyes Sea) yang di-design oleh George Boucly. BES mempunyai panjang 6 meter dengan 3 water jet sebagai tenaga penggerak, mampu melaju dengan kecepatan maksimal mencapai 70 knot. BES juga dilengkapi dengan kamera pengintai, pemindai serta sonar. (http://woldnews.com BES The Unmanned Craft For Sea Surveillance - Future Technology Design)
Gambar 3 BES (Black Eyed Sea) USV milik Amerika Serikat
normal pada setiap kemudi.gaya tersebut membuat pergerakan tertentu dari kapal menuju kearah pusat. Sesudah perubahan letak kemudi membentuk sudut dari sumbu tangent maka gerakan kapal akan mengarah pada gerakan lama dari titk berat kapal dan berputar mengelilingi titik itu. Jadi luas putaran territorial gerakan kapal tersebut disebut sirkulasi. Waktu sirkulasi periode (phase) :
terbagi
dalam
tiga
Periode pertama : mulai saat kemudi diputar sehingga membentuk sudut kemudi, sampai saat kapal mulai berputar. (waktunya relatif kecil, dianggap = 0)
Gambar 4 Kamera Pengintai dan Pemindai BES (Black Eyed Sea)
Kemudi Kapal (Rudder) Banyak macam alat-alat mekanis yang dipakai untuk menentukan dan mengatur arah haluan atau manouvering kapal, salah satunya adalah kemudi. Fungsi kemudi
Gambar 6 Sirkulasi Periode Pertama
Periode kedua : mulai pada saat ini kecepatan sudut putar bertambah sampai pada saat kecepatan sudut konstan
Gambar 7 Sirkulasi Periode Kedua Gambar 5 Rudder
adalah memberikan balance pada kapal baik dalam putaran maupun arah gerak lurus. Sirkulasi kapal Perubahan letak kemudi kapal kesamping kiri atau kanan maka akan terjadi gaya tekanan
Periode ketiga : Periode ketiga mulai saat keseimbangan tercapai percepatan sudut dan percepatan tangensial; V1 kedua-duanya akan berhenti dan gaya sentrifugal diimbangi oleh gaya-gaya tahanan air. Jari-jari lengkungan R menjadi konstan dan akhirnya titik G akan
keluar dari turning circle, maka periode ketiga akan berakhir. Phase ketiga dicapai sesudah haluan mencapai sudut kira-kira 150o dari arah mulamula. Pada waktu kapal berputar akan terlihat suatu titik yang seakan-akan titik tersebut tidak ikut berputar. Titik itu disebut “centre of pivoting”
Pn =
2
10 . 942 . F .V s 0 . 195
2
sin
(untuk kapal-
0 ,305 sin
kapal lambat)
Pn =
5 , 293 . F .V s 0 .2
2
sin
2
(untuk kapal
0 ,3 sin
cepat α> 25o dan Vs>20knot). Rumus lain dalam satuan inggris Pn = k.A1,04.Vs1,85 (lbs)
Gaya Normal Kemudi
Dimana:
Besarnya gaya yang bekerja pada kemudi menurut “Guler” adalah :
A= luas daun kemudi (ft2) Vs=
kecepatan
kapal
dalam ft/det. F v sin α (Kg) 2
Pn = k
2
k= koefisien tergantung
g
dari : Dimana:
K = Koefisien ∂ = Berat 1 m3 air yang melewati kemudi (bd.air) g = 9,81 m/det F = Luas kemudi V = kecepatan kemudi α
= sudut kemudi oleh
“rankie” Pn = 11F.V2 sin2α (Kg). Pengaruh baling-baling terhadap kemudi berdasarkan “rankie’s formula” dengan koreksi-koresi oleh midden dorf menghasilkan :
α
10⁰
15⁰
20⁰
30⁰
35⁰
k
0,55
0,78
1
1,35
1,52
Sedangkan menurut Bureau Veritas (BV) gaya yang berlaku pada rudder dapat diketahui dengan rumus : CR = 132 nR A V r1 r2 r3 Dimana : CR nR tabel 4.1) A (m2) V r1
= rudder force = navigation coef. (lihat = total area rudder blade = service speed = shape factor, yaitu :
r1 = Untuk sciling vessel dan paddel bonts Pn = 11 F (1,1V)2sin2α (kg). Untuk screw vessel Pn = 11F(1,2V)2sin2α (Kg). Sedangkan menurut Yoessel, gaya normal dirumuskan
sedangkan,
λ=
sumbu putar kemudi. Tergantung pada letak tangkap lift terhadap kemudi Kemudi setengah balansir, bagian atas sayap kemudi termasuk kemudi biasa, bagian bawah merupakan kemudi balansir, sedangkan bagian atas dan bawah merupakan satu bagian). 2. Dipandang dari sulfies (sepaut linggi), dibagi: Kemudi meletak Kemudi menggantung Kemudi setengah menggantung Gambar 8 Geometri Rudder Blade
Pengaruh badan kapal pada kerja kemudi Pada gerakan maju kapal, pengaruh ini sangat tergantung pada dua faktor : 1. Adanya aliran arus 2. Adanya belokan arus pada bidang horisontal Misalnya : Pengaruh semua faktor yang terjadi dalam percobaan kecepatan yang telah dilakukan pada model-model kapal yang mempunyai 1 atau 2 baling-baling menghasilkan kenyataan bahwa pengaruh yang paling besar pada kemudi adalah adanya “aliran arus” laut dimana aliran tersenut dapat memperkecil gaya yang bekerja pada kemudi sampai sekitar 60%. Bentuk dari kemudi tidak begitu memberikan perubahan pengaruh aliarn arus pada kemudi. Kecepatan air bersama-sama dengan letak kemudi, dapat dihitung dengan rumus VH = Vo (I-y)
3. Dipandang dari konstruksinya, dibagi: Kemudi plat (satu lapis plat) Kemudi berongga. Kemudi special (khusus).
Sistem Hidrolis Hidrolis adalah sebuah sistem tenaga fluida yang merupakan salah salah satu sistem yang memindahkan dan mengontrol energi yang menggunakan gaya tekan fluida dalam hal ini fluida cair. Sistem dan prinsip kerja hidrolis ini hampir sama dengan prinsip kerja dan sistem pada sistem pneumatis. Perbedaan diantara kedua sistem tersebut hanya pada jenis fluida yang digunakan. Pada sistem pneumatis, fluida yang digunakan adalah fluida udara. Sedangkan pada sistem hidrolis, fluida yang digunakan adalah fluida cair yang memiliki kekentalan zat cair tertentu. Hydroulic actuator ini memiliki dua sistem gerak atau motion. Yaitu single acting motion dan double acting motion. Keduanya hanya dibedakan oleh rangkaian kerja sistem. Sistem pada hidrolis ini mempunyai tiga rangkaian kerja yaitu working cilynder, control devices dan power unit.
Vo = Kecepatan kapal Y kapal
= Koefisien aliran air pada buritan
Penurunan tekanan Gaya yang bekerja pada torak hidrolis dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut :
Bentuk Geometris Kemudi 1. Dipandang dari letak sayap kemudi terhadap porosnya, maka kemudi dibagi : Kemudi biasa, dimana semua luas kemudi terletak dibelakang sumbu putar kemudi Kemudi balansir, dimana luas sayap kemudi terbagi dua, bagian dimuka sumbu putar kemudi dan dibelakang
P=
F A
dimana : A = luas penampang bidang kompresi pada torak F = perbedaan tekanan maka : F = P . A ..............(N)
Kapasitas Aliran Fluida Dengan luas penampang bidang kompresi, kecepatan aktuator dapat diperoleh dengan persamaan sebagai berikut : V=
l t
Pengubah analog-ke-digital
..............(m/s)
Sedangkan untuk kapasitas aliran dapat didapatkan dari persamaan sebagai berikut : Q = V . A..............(m3/s) Dimana : V A kompresi (m2)
= kecepatan fluida (m/s) = luas penampang bidang Gambar 9. Micro Controller ATmega8
Sedangkan power (P) yang dihasilkan adalah : Power = F . v..............(Nm/s) Dimana : F v
= gaya (N) = kecepatan fluida (m/s)
Selain itu, P juga dapat dicari dengan persamaan : P (kW) P (kW) dan t (s)
= [T(N/m) . ω(rad/s)]/1000 atau = [T(N/m) . N(rpm)]/9550 = 1 / N(rev/min)
Micro Controller Micro Controller adalah sistem mikroprosesor lengkap yang terkandung di dalam sebuah chip. Mikrokontroler berbeda dari mikroprosesor serba guna yang digunakan dalam sebuah PC, karena sebuah mikrokontroler umumnya telah berisi komponen pendukung sistem minimal mikroprosesor, yakni memori dan interface I/O. Mikrokontroller yang paling sering digunakan adalah tipe ATmega8. Berbeda dengan CPU serba-guna, mikrokontroler tidak selalu memerlukan memori eksternal, sehingga mikrokontroler dapat dibuat lebih murah dalam kemasan yang lebih kecil dengan jumlah pin yang lebih sedikit. Sebuah chip mikrokontroler umumnya memiliki fitur: Central Processing Unit - mulai dari prosesor 4-bit yang sederhana hingga prosesor kinerja tinggi 64-bit. Input/output antarmuka jaringan seperti port serial (UART) Periferal seperti timer dan watchdog RAM untuk penyimpanan data Pembangkit clock - biasanya berupa resonator rangkaian RC
3. METODOLOGI PENELITIAN Pendahuluan Pada bab ini akan diuraikan langkahlangkah sistematis yang dilakukan dalam studi perancangan ini. Metodologi merupakan kerangka dasar dari tahapan penyelesaian skripsi. Metodologi penulisan skripsi mencakup semua kegiatan yang akan dilaksanakan untuk memcahkan masalah dan melakukan proses analisa terhadap permasalahan yang dibahas pada skripsi ini.
Tahapan Pengerjaan Skripsi Selama pengerjaan skripsi ini, penulis membagi dalam beberapa tahap pengerjaan. Antara lain :
1. Identifikasi Permasalahan Merupakan hasil identifikasi terhadap permasalahan yang diangkat dalam pengerjaan skripsi. Dari hasil identifikasi masalah dapat ditentukan langkah-langkah yang harus dilakukan dalam pengerjaan beserta metode yang diterapkan dalam menyelesaikan masalah yang ada.
2. Studi Literatur Pada tahap ini dilakukan studi literatur terhadap berbagai referensi terkait dengan topik penelitian. Studi pustaka ini dimaksudkan untuk mencari konsep dan metode yang tepat untuk menyelesaikan masalah yang telah dirumuskan pada tahap sebelumnyadan untuk mewujudkan tujuan yang dimaksudkan. Studi pustaka ini juga termasuk mencari referensi dan dasar-dasar
teori terkait atau hasil studi/penelitian yang telah dilakukan sebelumnya.
Sedangkan saran merupakan hal-hal apa saja yang dapat dijadikan masukan dan perbaikan untuk kedepannya.
3. Pengumpulan Data Selama penulisan skripsi ini penulis melakukan pengumpulan data untuk pengerjaan skripsi. Data yang didapat untuk menunjang pengerjaan skripsi ini diperoleh dari internet, jurnal, maupun kumpulan artikel yang terkait. Data yang diambil adalah sebatas data principal dimension kapal-kapal pembanding USV (Unmanned Surface Vehicles) yang sudah ada untuk melakukan optimasi pada tahap selanjutnya.
4. ANALISA DAN PEMBAHASAN Data USV Setelah dilakukan survey dan pencarian data melalui literature, maka diperoleh data dan spesifikasi USV yang sudah ada sebelumnya untuk melakukan optimasi principal dimension, sebagai berikut :
4. Optimasi Principal Dimension Menentukan principal dimension dari Unmanned Surface Attack Boat (USAB) yang akan dirancang sesuai dengan tujuan yang dimaksud. USAB ini didesain akan mampu beroperasi pada cuaca dan ombak ekstrim dengan kecepatan tinggi. Pada pengerjaan optimasi principal dimension dilakukan dengan cara regresi linier.
5. Perhitungan & Pemilihan Rudder Setelah mendapatkan principal dimension yang sesuai dari regresi linier, maka selanjutnya dilakukan perhitungan serta pemilihan rudder berdasarkan SOLAS dan regulasi yang berlaku lainnya.
REKAPITULASI DATA KAPAL PEMBANDING Nama kapal
Disp
L(m)
B(m)
T(m)
H(m)
Vs
BHP
Rafael
4.97
9
3
0.48
1.65
50
450
Sea Hunter
5.3
9.28
3.20
0.54
1.74
43
450
Odyssey
6
9.8
3.3
0.62
2.4
40
440
Challanger
5.4
10
2.70
0.56
1.6
40
660
Silver Marlin
5.7
10.6
3.50
0.60
1.90
44
315
Extreme
2.5
11.3
3.2
0.53
2.2
50
440
33SC
3.4
10.4
2.4
0.6
1.7
54
650
Seastar
6
11
3.5
0.60
2.3
45
940
Inspector 24
1.89
7.9
2.40
0.58
1.3
35
209
Deagel
4.8
11
3.35
0.9
2.1
35
440
Tabel 1 Rekapitulasi data kapal pembanding
6. Variasi Angle Rudder Variasi angle rudder dilakukan untuk mengetahui besar force pada tiap-tiap angle, yaitu 0˚; 7,5˚; 15˚; 22,5˚ dan 30˚. Simulasi variasi angle rudder menggunakan software ANSYS CFD.
4.1.1 Grafik T-Vs
7. Perhitungan Sistem Hidrolis Steering gear yang digunakan USAB disini adalah berupa sistem hidrolis, dalam tahap ini dilakukan perhitungan dan pemilihan spesifikasi sistem hidrolis. .
8. Analisa Dan Pembahasan Tahapan terakhir setelah melakukan langkahlangkah diatas yaitu menganalisa dan validasi semua data yang telah didaptkan. Grafik 1 T-Vs
9. Kesimpulan dan Saran Kesimpulan diambil berdasarkan analisa data dan perhitungan yang dilakukan sebelumnya. Kesimpulan ini berisi tentang ringkasan dan poin-poin penting dalam pengerjaan skripsi.
y = Vs= T=
0.001x2 - 0.113x + 3.267 40 0.347
Dengan Vs 40 knot maka didapatkan T = 0,347
4.1.2 Grafik BHP-Vs
Grafik 4 L-Vs
Grafik 2 BHP-Vs
-1.190x2 + 115.9x - 2247.
y = Vs Bhp=
40 485.00
Dengan Vs 40 knot maka didapatkan BHP = 485
y = Vs = LOA =
-0.004x2 + 0.405x + 0.186 40 9.6
L disini yang dimaksud adalah LOA, yaitu sebesar 9,6 m
4.1.5 Grafik B-Vs
4.1.3 Grafik Disp-Vs
Grafik 5 B-Vs Grafik 3 Disp-Vs y = Vs = Disp=
2
-0.027x + 2.384x - 46.38 40 5.78
y = Vs= B=
-0.007x2 + 0.636x - 10.56 40 3.68
Maka nilai B yang diperoleh adalah 3,68 m
Displacement yang didapatkan adalah 5,78
4.1.6 Grafik H-Vs 4.1.4 Grafik L-Vs
Perhitungan Rudder
Grafik 6 H-Vs y = Vs= H=
-0.003x2 + 0.287x - 4.447 40 2.23
Gambar 11 Preliminary Design Rudder
H yang didapatkan adalah 2,23 m
A = A1+A2 Dimana A = total area rudder blade (m2) Maka : A = A1+A2
Design USAB
57cm2 + 55cm2 = 112 cm2
Principal Dimension of USAB : LOA
:
9,6 meter
Lwl
:
7,62 meter
Lpp
:
7,46 meter
B
:
2,85 meter
T
:
0,65 meter
Cb
:
0,32
ß
:
25
LCG
:
3,12 meter
Vs
:
40 knot
Gambar 10 Design USAB menggunakan Maxsurf Pro
= 1,12 m2
Rudder Force CR = 132 nR A V r1 r2 r3 Namun untuk mencari rudder force berikut harus ditemukan dulu parameter-parameter yang berkaitan. Dimana : CR nR tabel 4.1) A (m2) V r1
= rudder force = navigation coef. (lihat = total area rudder blade = service speed = shape factor, yaitu :
Maka : r1 = b1 r1 = 28,31
= 48,12 r2 = b2
Gambar 12 Luasan AF pada Rudder
Luasan AF didapatkan dari desain pada AutoCAD berdasarkan bentuk geometri rudder blade pada rules BV. Maka diperoleh nilai AF = 27 cm2
r2 = 28,31
= 71,34 Kemudian mencari CR1 dan CR2dengan rumus : CR1 = CR .
λ=
= 835. λ=
= 257 N
= 1,76 Maka r1 =
CR2 = CR .
= 1,25
Karena USAB menggunakan rudder dibelakang propeller maka diambil coefficient r3 = 1,15 Navigation Notation Navigation Coefficient nR Unrestricted navigation 1,00 Summer Zone 0,95 Tropical Zone 0,85 Coastal Area 0,85 Sheltered Area 0,75 Tabel 2 Navigation Coefficient (r1)
CR = 132 nR A V r1 r2 r3 = 132. 0,85. 1,12. 5,14. 1,25. 0,9. 1,15 = 835,64 N
= 409 N Setelah itu baru bisa dihitung MTR nya : MTR1 = CR1 r1 = 275. 48,12 = 13233 N MTR2 = CR2 r2 = 409. 71,34 = 29718 N Maka MTR total adalah :
Rudder Torque MTR total = MTR1 + MTR2 MTR1 = CR1 r1
= 835.
MTR2 = CR2 r2
MTR1 + MTR2 = 13233 + 29718 = 42411 N
Dimana : r = b
Variasi Angle Rudder Force pada rudder angle 15˚ diketahui dari hasil simulasi CFD sebesar 1007 N.
Gambar 16 Hasil setelah simulasi pada angle 22,5˚
Gambar 13 Hasil setelah simulasi pada angle 0˚
Force terbesar ditemukan pada angle 30˚ (ketika rudder bermanuver secara penuh/maksimal) sebesar 8500 N.
Force pada rudder angle 7,5˚ diketahui dari hasil simulasi CFD sebesar 1393 N.
Gambar 17 Hasil setelah simulasi pada angle 30˚ Gambar 14 Hasil setelah simulasi pada angle 7,5˚
Force pada rudder angle 15˚ diketahui dari hasil simulasi CFD sebesar 2873 N.
Berikut tabel rekapitulasi hasil simulasi pada ANSYS CFD dengan memvariasikan angle. Angle (◦) 0 7.5 15 22.5 30
Force (N) 1007 1393 2973 5181 8500
Gambar 15 Hasil setelah simulasi pada angle 15˚
Force pada rudder angle 22,5˚ diketahui dari hasil simulasi CFD sebesar 5181 N.
Grafik 7 Angle vs Force
Dari Grafik Angle vs Force diatas menunjukkan bahwa semakin besar angle rudder ketika kapal bermanuver maka semakin besar pula force (gaya) yang diterima bidang rudder dari aliran air karena luas permukaannya.
Pemilihan Spesifikasi Piston Hidrolis Dengan F = 866,75 kg/cm2 harus dicari piston yang mempunyai spesifikasi yang mampu mengcover force tersebut, maka dipilih piston Taiyo 70/140H-5 yang mempunyai spesifikasi sebagai berikut :
Type 70H-5 mempunyai pressurized area sebesar 19,6cm2 dengan bore 50mm. Maka dari sini dapat dihitung F yang mampu di-cover, yaitu :
8500 N dengan angle 30˚ (rudder berbelok maksimum). 3. Besarnya force dari perhitungan manual berdasarkan rules BV sebesar 835,64 N (asumsi angle pada 0˚), sedangkan force yang diperoleh dari simulasi variasi angle rudder 0˚ sebesar 1007 N. 4. Rated Pressure pada piston sebesar 70 kg/cm2 dengan pressurized area sebesar 19,6 cm2
Saran 1. Adanya perhitungan dan perancangan yang detail mengenai otomatisasi melalui micro controller dengan bantuan software, sehingga USAB dapat dikendalikan dari jarak jauh. 2. Skripsi ini masih jauh dari sempurna, perlu dilakukan riset lebih lanjut untuk perancangan Unmanned Surface Vehicles (USV) khususnya di Indonesia.
F = P.A = 70 . 19,6 = 1372 Sedangkan F dari area rudder ketika angle 30˚ (berbelok maksimal adalah 866 kg/cm2. Maka spesifikasi piston masih memenuhi.
Item/Series
70H-5
Rated Pressure
70kg/cm2
Max. Surge Pressure
105kg/cm2
Proof. Pressure
105kg/cm2
Min. Working Pressure
Less than 3kg/cm2
Operating Temperature
-10ᵒ ~ +80ᵒ C
Max. Operating Speed
300mm/sec
Min. Operating Speed
10mm/sec
Load Pressure Ratio
over than 0,9
Kesimpulan Dari serangkaian langkah perhitungan dan pembahasan diatas, maka kesimpulan yang dapat diambil adalah sebagai berikut : 1. Dari hasil perhitungan manual berdasarkan rules BV didapatkan Rudder Force CR sebesar 835,54 N. 2. Force terbesar yang diperoleh melalui variasi angle dari hasil simulasi sebesar
DAFTAR PUSTAKA Bureau Veritas (BV), Part B – Hull and Stability, Chapter 10 – Hull Outfitting, Section 1 – Rudder. 2005 ABS (American Bureau Shipping) – High Speed Craft. 2001 Wikipedia, The Future of Unmanned Fast Patrol Boat”. 2008 Wikipedia, “Indonesia Military Force”. 2009 (http://worldnews.com BES The Unmanned Craft For Sea Sueveillance(Future Technology Design) (http://wordpress Berita Politik Indonesia >> Kapal Patroli Tak Tembus ZEE
