Tugas Akhir Bidang Studi Desain
SAMSU HIDAYAT 2106 100 020 Dosen Pembimbing Dr. Ir. AGUS SIGIT PRAMONO, DEA.
Latar Belakang y Roket Pengorbit Satelit (RPS) membutuhkan roket yang
dapat diluncurkan berulang kali y Peluncuran HSFTB V2 mengalami beban aerodinamika pada sayap y Struktur pesawat yang digunakan berbahan komposit karena ringan namun memiliki karakteristik yang handal
Perumusan Masalah y Simulasi tegangan yang terjadi pada sayap HSFTB V2
akibat tekanan dinamik? y Sayap HSFTB V2 mengalami kegagalan desain berdasarkan teori Tsai‐Hill? y Arah serat epoxy yang paling optimal pada sayap HSFTB V2?
Batasan Masalah y HSFTB V2 pada kondisi terbang cruise y Material yang digunakan komposit epoxy y Variasi arah serat adalah 0o, 45o, & 90o y Analisa hanya pada struktur sayap y Analisa tegangan pada sifat makroskopik
Asumsi y HSFTB V2 pada kondisi terbang stabil dengan ketinggian
sea‐level (500m) y Sifat mekanik dianggap sama dengan standar properties material y Tebal permukaan sayap merata dengan ketebalan 3mm y Gaya angkat statik
Tujuan
Manfaat
y Membandingkan
y Memberikan masukan
kekuatan lapisan komposit dengan arah serat 0o, 45o, & 90o dalam menerima tegangan
berupa arah serat komposit epoxy sayap HSFTB V2 yang paling optimal untuk menahan tegangan yang terjadi
Tinjauan Pustaka y Ronald G. P. & Robertus H. T.
‐ Menganalisa tegangan pada tabung roket RWX‐200 ‐ Material carbon epoxy T300/5208 dengan tebal 6mm sebanyak 30 laminat Æ Hasil Laminat sudut 90o telah mengalami kegagalan berdasarkan kriteria tegangan maksimum dengan pembebanan : ‐ Beban aksial 100KN/mm ‐ Tekanan ruang bakar 94 kg/cm2 9 Untuk menghindari kegagalan, maka diperlukan penambahan laminat sudut 0o yang menahan arah radial 9
Tinjauan Pustaka y O. Schrenk
Menganalisa metode pendekatan lift distribution pada sayap berhingga Æ Hasil 9 nbn
Tinjauan Pustaka y Prof. David J. O.
‐ Menganalisa performance aerodinamika pada sayap dengan λ=1 dan 3x104
9α=15o
Metodologi
Metodologi MISDAT y Input:
‐ Variasi output yang diinginkan beserta variabel yang mempengaruhi ‐ Konfigurasi geometri luar pesawat y Output: ‐ CL, CD, dan CM
Metodologi Output MISDAT mach number
CL 0.01 -5
0.05
-6.85
0.1
0.15
0.2
-6.85 -6.844 -6.922 -6.978
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
-7.02 -7.054 -7.098 -7.151 -7.221 -7.301 -7.404 -7.523 -7.384 -7.529
-4.5 -6.144 -6.145 -6.142 -6.215 -6.268 -6.307 -6.344 -6.386 -6.438 -6.504
-6.58 -6.676 -6.787 -6.664 -6.801
-4 -5.441 -5.443 -5.441 -5.508 -5.558 -5.597 -5.633 -5.676 -5.724 -5.785 -5.854 -5.941 -6.041 -5.935
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
-7.73 -8.101 -8.447 -8.943 -9.701 -6.99 -7.317 -7.631
-6.06 -6.233
-8.08 -8.764
-6.52 -6.804 -7.207 -7.821
-3.5 -4.742 -4.744 -4.743 -4.803 -4.849 -4.887 -4.923 -4.964 -5.009 -5.063 -5.124 -5.201 -5.291 -5.201 -5.313 -5.467 -5.715 -5.967 -6.323 -6.866 -3 -4.046 -4.048 -4.048 -4.101 -4.143 -4.178 -4.212 -2.5 -3.355 -3.357 -3.359 -3.404
angle of attack (α)
-2
CL
-4.25
-3.44 -3.472 -3.501 -3.534
-4.29 -4.338 -4.393 -3.57 -3.612
-4.46 -4.539 -4.464 -4.563 -4.697 -4.906 -5.124 -5.432 -5.901
-3.66 -3.718 -3.785 -3.724 -3.809 -3.924 -4.094 -4.277 -4.535 -4.929
-2.67 -2.673 -2.675 -2.712 -2.743 -2.768 -2.793 -2.821 -2.851 -2.886 -2.926 -2.974 -3.029 -2.983 -3.053 -3.147 -3.279 -3.426 -3.634 -3.951
-1.5 -1.993 -1.996 -1.998 -2.027
-2.05
-2.07 -2.089 -2.111 -2.134 -2.162 -2.193 -2.229 -2.272 -2.238 -2.293 -2.365 -2.461 -2.572 -2.729 -2.968
-1 -1.324 -1.326 -1.328 -1.348 -1.364 -1.377
-1.39 -1.405 -1.421
-0.5 -0.661 -0.662 -0.663 -0.673 -0.681 -0.687 -0.694 -0.701
-1.44 -1.461 -1.486 -1.515 -1.493 -1.529 -1.579 -1.641 -1.715
-0.71 -0.719
-0.73 -0.743 -0.757 -0.746 -0.765
-0.79
-0.82 -0.858
-1.82
-1.98
-0.91
-0.99
0.5
0.661
0.662
0.663
0.673
0.681
0.687
0.694
0.701
0.71
0.719
0.73
0.743
0.757
0.746
0.765
0.79
0.82
0.858
0.91
0.99
1
1.324
1.326
1.328
1.348
1.364
1.377
1.39
1.405
1.421
1.44
1.461
1.486
1.515
1.493
1.529
1.579
1.641
1.715
1.82
1.98
1.5
1.993
1.996
1.998
2.027
2.05
2.07
2.089
2.111
2.134
2.162
2.193
2.229
2.272
2.238
2.293
2.365
2.461
2.572
2.729
2.968
2
2.67
2.673
2.675
2.712
2.743
2.768
2.793
2.821
2.851
2.886
2.926
2.974
3.029
2.983
3.053
3.147
3.279
3.426
3.634
3.951
2.5
3.355
3.357
3.359
3.404
3.44
3.472
3.501
3.534
3.57
3.612
3.66
3.718
3.785
3.724
3.809
3.924
4.094
4.277
4.535
4.929 5.901
3
4.046
4.048
4.048
4.101
4.143
4.178
4.212
4.25
4.29
4.338
4.393
4.46
4.539
4.464
4.563
4.697
4.906
5.124
5.432
3.5
4.742
4.744
4.743
4.803
4.849
4.887
4.923
4.964
5.009
5.063
5.124
5.201
5.291
5.201
5.313
5.467
5.715
5.967
6.323
6.866
4
5.441
5.443
5.441
5.508
5.558
5.597
5.633
5.676
5.724
5.785
5.854
5.941
6.041
5.935
6.06
6.233
6.52
6.804
7.207
7.821
4.5
6.144
6.145
6.142
6.215
6.268
6.307
6.344
6.386
6.438
6.504
6.58
6.676
6.787
6.664
6.801
6.99
7.317
7.631
8.08
8.764
5
6.85
6.85
6.844
6.922
6.978
7.02
7.054
7.098
7.151
7.221
7.301
7.404
7.523
7.384
7.529
7.73
8.101
8.447
8.943
9.701
sudut serang
0.01
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8
0.85
0.9
0.95
‐1.5
0.661
0.662
0.663
0.673
0.681
0.687
0.694
0.701
0.71
0.719
0.73
0.743
0.757
0.746
0.765
0.79
0.82
0.858
0.91
0.99
‐1
1.324
1.326
1.328
1.348
1.364
1.377
1.39
1.405
1.421
1.44
1.461
1.486
1.515
1.493
1.529
1.579
1.641
1.715
1.82
1.98
‐0.5
1.993
1.996
1.998
2.027
2.05
2.07
2.089
2.111
2.134
2.162
2.193
2.229
2.272
2.238
2.293
2.365
2.461
2.572
2.729
2.968
0 (sudut pasang)
2.67
2.673
2.675
2.712
2.743
2.768
2.793
2.821
2.851
2.886
2.926
2.974
3.029
2.983
3.053
3.147
3.279
3.426
3.634
3.951
0.5
3.355
3.357
3.359
3.404
3.44
3.472
3.501
3.534
3.57
3.612
3.66
3.718
3.785
3.724
3.809
3.924
4.094
4.277
4.535
4.929
1
4.046
4.048
4.048
4.101
4.143
4.178
4.212
4.25
4.29
4.338
4.393
4.46
4.539
4.464
4.563
4.697
4.906
5.124
5.432
5.901
1.5
4.742
4.744
4.743
4.803
4.849
4.887
4.923
4.964
5.009
5.063
5.124
5.201
5.291
5.201
5.313
5.467
5.715
5.967
6.323
6.866
2
5.441
5.443
5.441
5.508
5.558
5.597
5.633
5.676
5.724
5.785
5.854
5.941
6.041
5.935
6.06
6.233
6.52
6.804
7.207
7.821
2.5
6.144
6.145
6.142
6.215
6.268
6.307
6.344
6.386
6.438
6.504
6.58
6.676
6.787
6.664
6.801
6.99
7.317
7.631
8.08
8.764
3
6.85
6.85
6.844
6.922
6.978
7.02
7.054
7.098
7.151
7.221
7.301
7.404
7.523
7.384
7.529
7.73
8.101
8.447
8.943
9.701
Metodologi Distribusi Gaya Angkat
y Massa Jenis Udara
y Luas Penampang
y Coefficient of Lift
Bawah Sayap y Kecepatan Objek
‐ Kecepatan suara ‐ Mach number
y Distribusi Lift
‐ Jarak per span 15,7cm ‐ Distribusi gaya berat sayap
Metodologi Model Geometri y Model yang digunakan untuk analisa adalah setengah
bagian sayap
Metodologi Material Model y Material properties angle ply 0o, 45o, & 90o
Simulasi
Hasil Simulasi Arah serat 0o Mach Number
Stress X (Mpa)
Shear Stress XZ (Mpa)
Stress Z (Mpa)
0.55
2959.2
1579.5
5637.9
0.6
3587
1914.6
6834
0.65
4146.1
2213
7899.1
0.7
4921.5
2626.9
9376.5
0.75
5823.8
3108.5
11096
Arah serat 45o
Arah serat 90o Mach Number
Stress X (Mpa)
Shear Stress XZ (Mpa)
Stress Z (Mpa)
0.55
6952.4
2761.2
5219.2
0.6
8242.4
3273.5
6187.5
0.65
9722.3
3861.3
7298.5
0.7
11564
4592.9
8681.5
0.75
14006
5562.6
10514
Mach Number
Stress X (Mpa)
Shear Stress XZ (Mpa)
Stress Z (Mpa)
0.55
1854.5
3764.9
11664
0.6
2247.9
4563.7
14139
0.65
2598.3
5275.5
16343
0.7
3084.2
6261.5
19399
0.75
3649.7
7409.6
22956
Analisa y Nilai stress maksimal dengan variasi mach number
0,55 hingga 0,75 y Longitudinal dan transversal stress diperhitungkan terhadap tensile ultimate (tarik ataupun kompresi) dan kekuatan geser berdasarkan Tsai‐Hill work theory
Analisa y Analisa berdasarkan teori kegagalan komposit yang
didapatkan pada angle ply 0o, 45o, dan 90o Mach Number
Stress 11 (Mpa)
Shear Stress 12 (Mpa)
Stress 22 (Mpa)
Tsai‐Hill Work Theory
0.55
2959.2
1579.5
5637.9
704.4793844
0.6
3587
1914.6
6834
1035.102281
0.65
4146.1
2213
7899.1
1382.900798
0.7
4921.5
2626.9
9376.5
1948.565344
0.75
5823.8
3108.5
11096
2728.720811
Mach Number
Stress 11 (Mpa)
Shear Stress 12 (Mpa)
Stress 22 (Mpa)
Tsai‐Hill Work Theory
0.55
6952.4
2761.2
5219.2
5815.25366
0.6
8242.4
3273.5
6187.5
8173.195243
0.65
9722.3
3861.3
7298.5
11371.77916
0.7
11564
4592.9
8681.5
16089.73227
0.75
14006
5562.6
10514
23599.24353
Mach Number
Stress 11 (Mpa)
Shear Stress 12 (Mpa)
Stress 22 (Mpa)
Tsai‐Hill Work Theory
0.55
1854.5
3764.9
11664
1455.172827
0.6
2247.9
4563.7
14139
2138.142532
0.65
2598.3
5275.5
16343
2856.683173
0.7
3084.2
6261.5
19399
4024.970239
0.75
3649.7
7409.6
22956
5636.302069
Analisa
Grafik Nilai Tsai‐Hill
25000
Tsai‐Hill Work Theory
20000
15000
Angle Ply 0 deg
Angle Ply 45 deg
10000 Angle Ply 90 deg
5000
0
Mach Number
0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
0.75
0.8 km/jam
Analisa
Perbedaan Nilai Tsai‐ Hill
Mach
Tsai‐Hill work theory
Perbedaan
Perbedaan
Number
0o
45o
90o
0o & 45o (%)
0o & 90o (%)
0.55
704.4794
1455.173
5815.254
51.58792337
87.88566371
0.6
1035.102
2138.143
8173.195
51.58871472
87.33540249
0.65
1382.901
2856.683
11371.78
51.59068353
87.839187
0.7
1948.565
4024.97
16089.73
51.5880807
87.88938615
0.75
2728.721
5636.302
23599.24
51.58668259
88.43725305
Kesimpulan y Æ Kekuatan laminat angle ply 0o dalam menahan beban
yang terjadi pada sayap memiliki perbedaan nilai Tsai‐ Hill % terhadap angle ply 45o Æ Perbedaan nilai Tsai‐Hill work theory antara arah serat 0o dan 90o sebesar % y Arah serat paling optimal dalam menerima gaya angkat saat cruise adalah lapisan komposit dengan angle ply 0o
Saran y Disarankan untuk penelitian selanjutnya dengan
metode sama dan melakukan variasi angle ply yang berbeda‐beda y Selain itu, data‐data yang digunakan diperoleh dari seluruh gaya aerodinamika dan dilengkapi dengan tekanan dinamik pada beberapa area permukaan sayap HSFTB V2
TERIMA KASIH
