20

ME

DI

A

DI

RG

AN

TA

RA

AKTUALITA

Eko Budi Purwanto - Peneliti Pusat Teknologi PenerbanganE-mail : ekobudi1310@gmail.com; eko.budi@lapan.go.id

Algoritma Rancang Bangun LSU-05Desing Requirement and Objective (DR&O)

Langkah awal dalam rancang bangun sebuah Unmanned Aerial Vehicle (UAV) adalah menentukan visi dan misi, yang dirumuskan oleh pejabat pengambil keputusan dalam proyek. Terkait dengan rancang bangun Lapan Surveilance UAV seri 05 (LSU-05) diputuskan bahwa misi LSU-05 adalah untuk pengujian peralatan ilmiah dan melakukan observasi daerah di bawah jalur terbangnya pada kondisi terbang jelajah (cruise) atau pada keadaan loiter. Untuk itu profil misi dimulai dengan take-off, climb, masuk fase cruise, dan diakhiri dengan decent kemudian landing, seperti ditampilkan di bawah ini.

Diagram Alir Rancang Bangun LSU-05

Istilah algoritma mulai dikenalkan oleh seorang ilmuwan Persia bernama Abu Ja’far Muhammad Musa Al-

Khowarizmi yang hidup antara tahun 780 – 850 di Bagdad – Irak. Definisi operasional algoritma adalah sekelompok aturan yang berisi langkah-langkah dalam sebuah prosedur penyelesaian perhitungan oleh manusia atau mesin (komputer). Greeks merupakan salah satu tonggak penting perjalanan aplikasi algoritma. Pada masa itu dibuat algoritma Euclid’s yang digunakan untuk menghitung pembagi terbesar antara dua bilangan bulat (integer).

Terkait dengan penelitian dan pengembangan pesawat tanpa awak di Pustekbang, dirancang proyek rancang bangun LSU-05 dengan diagram alir (flow chart) seperti terlihat pada gambar.

Pada tahapan studi literatur, dipe- lajari dan dibandingkan pesawat-pesawat tanpa awak yang mirip dengan LSU-05 yang akan dibangun. Hal ini perlu dilakukan karena rancang bangun LSU-05 bukanlah

yang pertama di dunia. Keuntungan dari studi banding adalah tidak belajar dari nol dan mendapat perkiraan awal terkait dengan bentuk, konfigurasi, dimensi geometris, konsep operasi, komponen pelengkap lainnya. Kelebihan dan kekurangan dari pesawat sejenis yang sudah ada menjadi tolok ukur dalam pengambilan keputusan teknis yang akan digunakan. Hasil studi terhadap pesawat pembanding digunakan sebagai masukan dalam desain dan implementasi LSU-05. Termasuk penyusunan sistem propulsi, sistem kendali, sistem autonomous, sistem payload dan pendukungnya. Diharapkan LSU-05 lebih sempurna dari pesawat sejenis yang sudah ada.

Perhitungan berat total pesawat waktu tinggal landas yang disebut takeoff weight (WTO) menjadi acuan awal dalam menghitung nilai variabel lainnya. WTO ad alah jum lah dari berat kosong operasional pesawat

[Sumber : progress report LSU-05 2014]

Vol. 9 No. 3 September 2014

21

ME

DI

A

DI

RG

AN

TA

RA

AKTUALITA

Vol. 9 No. 3 September 2014

22

AKTUALITA

ditambah berat muatan, dan bahan bakar. Berdasarkan harga WTO tersebut, selanjutnya dihitung berapa luas sayap dan gaya dorong yang dibutuhkan agar pesawat mengudara. Dengan tetap memperhatikan misi dijalankan, maka LSU-01 harus mampu membawa beban 30 kg dengan jarak tempuh minimal 200 km. Hasil desain dan perbandingan terhadap pesawat sejenis, dinyatakan bahwa LSU-05 dengan berat 750,8 kg merupakan pesawat pertama dikelasnya.

Simulasi Penentuan Nilai Parameter dan Konfigurasi LSU-05

Konfigurasi pesawat adalah tata

letak dan bentuk umum dari pesawat yang ingin dibangun. Contoh, apakah pesawat yang dibangun menggunakan mesin jet atau mesin propeller dan penempatannya di bagian hidung atau di belakang. Didasarkan pada beberapa pertimbangan, pemilihan konfigurasi ini penting agar pesawat dapat menjalankan misi yang sudah ditentukan dalam DR&O. Secara umum rancang bangun sebuah pesawat akan dipengaruhi oleh konfigurasi pesawat generasi sebelumnya. Begitu juga LSU-05 dipengaruhi konfigurasi LSU-03, LSU-02 yang sudah ada dan sukses menjalankan misinya.

Diagram alir perhitungan dan pemilihan konfigurasi komponen fuselage dan sayap ditampilkan pada

gambar berikut ini. Perhitungan parameter dinamika terbang LSU-05 menggunakan piranti lunak XFLR5, Datcom dan Matlab. Salah satu hasil per hitu ngan men ggun akan XFLR5 ditampilkan sebagai berikut.

Hasil perhitungan nilai parameter dinamika terbang LSU-05 [sumber : progress report LSU-05 2014]

Diagram alir perhitungan dan pembuatan sayap dan fuselage

Penjelasan fungsi dari tiap-tiap bagian LSU-05 diuraikan di bawah ini.

1. Fuselage (badan pesawat) pada LSU-05 memiliki ciri sebagai berikut:

a. Bentuk stream line dengan per- potongan segi enam, meruncing pada bagian nose, bagian belakang dengan upswept dan posisi engine merapat ke atas.

b. Bagian depan fuselage diisi oleh muatan sebesar 30 kg, bagian tengah berisi tangki bahan bakar, bagian bawah fuselage akan dilengkapi tempat muatan di luar badan pesawat.

c. Sistem elektronik, kendali, radio dan lainnya di dalam fuselage, sedangkan landing gear menyatu dengan fuselage dengan posisi fix.

Vol. 9 No. 3 September 2014

23

AKTUALITAUntuk mendapatkan struktur

yang bagus, digunakan dua kasus pembebanan (statik dan simetrik) untuk terbang manuver dan hard landing. Kasus pembebanan statik digunakan untuk analisis pengukuran tanpa memasukan faktor gaya tekan aerodina- mik berupa gaya hambat (drag) dan ben- ding moment dari thrus line akibat su- dut pasang mesin. Kasus pembebanan simetrik untuk analisis pengukuran tanpa memasukan torsi pada struktur fuselage. Kedua kasus pembebanan diaplikasikan secara terpisah, dan struktur fuselage yang dihasilkan dapat dilihat pada gambar berikut.

2. Wing (sayap) adalah salah satu bagian penting dari sebuah pesawat karena men opan g se mua beba n, d an menghasilkan gaya angkat (lift) agar pesawat bisa terbang di udara. Ketika pesawat terbang maka sayap akan mendapat beban akibat gaya-gaya aerodinamika, bahan bakar, dan beban berat struktur pesawat itu sendiri. Oleh karena itu struktur sayap pesawat harus kuat namun ringan.Sayap LSU-05 mempunyai ciri-ciri

sebagai berikut:

a. Geometri tapered yang berfungsi sebagai pembangkit gaya angkat dan pembawa beban muatan.

b. Terletak di bagian atas fuselage dan terpasang pada mounting yang menempel pada fuselage.

c. Terdapat aileron dan flap untuk mengatur sikap lateral dan terbang pada kecepatan rendah.

d. Terpasang tail boom yang menghubungkan pesawat dengan bagian ekor (empenage).

Berdasarkan simulasi, pengujian dan perhitungan struktur sayap, disimpulkan dapat bahwa air foil sayap LSU-05 adalah NACA4415 dengan panjang bentangan sayap (wing span) 550cm.

Sayap terbuat dari kombinasi rangka dan kayu balsa dengan dimensi dan struktur kerangka disajikan pada gambar di bawah ini.

3. Twin Boom (batang ekor) adalah dua batang yang menghubungkan bagian ekor dengan sayap pesawat. Posisi dan fungsi twin boom adalah: a. Terpasang disayap untuk

memberikan pengaturan CG pesawat dengan konsep pusher prop yang baik.

b. Untuk menghubungkan antara sayap dengan ekor.

4. Horizontal tail dan vertical tail

a. Horizontal tail berbentuk straight menggunakan NACA0012 dan geometri persegi panjang,

Bentuk sayap yang dihasilkan dari perhitungan, digambar menggunakan SolidWork

Struktur fuselage LSU-05 [sumber gambar teknis LSU-05]

Airfoil NACA 4415 untuk sayap LSU-05

Airfoil NACA 0012 dan penampang geometris horizontal tail LSU-05

Vol. 9 No. 3 September 2014

berfungsi memberi kestabilan longitudinal. Pada horizontal tail (HTP) terdapat elevator yang berfungsi mengatur sikap longitudinal pesawat.

b. Vertical tail berbentuk swept taper menggunakan NACA0012 berfungsi memberi kestabilan direksional. Pada vertical tail (VTP) terdapat rudder yang berfungsi mengatur sikap direksional pesawat. Gaya-gaya aerodinamik yang membebani vertical tail adalah distribusi tekanan, distribusi lift sepanjang VTP.

5. Engine (Mesin) adalah komponen untuk menghasilkan gaya dorong (thrust) yang pemilihannya harus tepat dan efisien dan sesuai dengan DR & O. Gaya dorong yang dihasilkan mesin tergantung pada dimensi propeller dan harus memenuhi kebutuhan minimum. Kriteria penentuan engine antara lain:· Daya putar atau daya poros (shaft power) yang

dihasilkan untuk memutar propeller harus mencapai kecepatan putar maksimum sekitar 14 HP.

· Gaya dorong harus sesuai untuk melakukan terbang jelajah (cruise), menanjak (climb) dan lepas landas (take off).

· Berat total engine 5 kg dengan posisi peletakan di bagian belakang badan pesawat.

· Engine harus tahan terhadap perubahan temperatur.

Dari hasil studi diputuskan bahwa LSU-05 menggunakan mesin MVVS 116, diameter propeller 30 x 10 dan 28 x 10 dengan spesifikasi disajikan pada tabel berikut ini. Selanjutnya dilakuk an t est perf orma mes in menggunakan test bed yang sudah dip ersi apka n un tuk mengetah ui ketahanan mesin, putaran maksimum, daya dorong dan sebagainya.

24

ME

DI

A

DI

RG

AN

TA

RA

AKTUALITA

Airfoil NACA 0012 dan bentuk geometris vertical tail LSU-05.

Mesin MVVS 116 cc untuk LSU-05 dan pengujian pada test bed

Vol. 9 No. 3 September 2014

25

AKTUALITAKonfigurasi LSU-05

Hasil pertimbangan teknis dan non teknis, dipilih konfigurasi pusher prop twin boom artinya LSU-05 menggunakan mesin piston propeler pendorong dan batang ekor kembar. Pesawat memiliki konsep sayap tapered high

Konfigurasi teknik tree view LSU-05 [sumber : progress report LSU-05 2014]

Implementasinya

Mock up LSU-05 di hanggar Bidang Propulsi pada saat acara open house HUT Lapan 2013

wing dengan sudut hedral. Untuk ekor menggunakan konsep boom mounted dengan horizontal tail terpasang sejajar boom, sedangkan vertical tail terpasang pada bagian atas boom. Setelah tiap-tiap komponen disatukan, diperoleh struktur LSU-05 yang diperlihatkan pada gambar berikut ini.

Vol. 9 No. 3 September 2014