bab ii - perpustakaan digital...
Post on 16-Mar-2019
215 Views
Preview:
TRANSCRIPT
II-1
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Gaya-Gaya pada pesawat terbang
Gaya-gaya utama yang berlaku pada pesawat terbang pada saat
terbang dalam keadaan lurus dan datar (straight and level flight). Serta
dalam keadaan kecepatan tetap ialah:
1. Weight (Gaya Berat / W), yaitu gaya yang didapat dari
penjumlahan berat pesawat dan berat muatan pesawat itu sendiri.
Weight merupakan vector yang mengarah vertikal ke bawah melalui
center of gravity dari pesawat.
2. Thrust (Gaya Dorong / T), yaitu gaya yang dihasilkan oleh
powerplant. Gaya ini berlawanan dengan gaya hambat, dan secara
umum gaya ini beraksi paralel dengan sumbu longitudinal.
3. Lift (Gaya Angkat / L), yaitu gaya yang dihasilkan oleh efek
dinamis dari udara, dan beraksi tegak lurus terhadap angin relatif
melalui center of pressure dari sayap.
4. Drag (Gaya Hambat / D), yaitu gaya ke belakang. disebabkan oleh
gangguan aliran udara oleh sayap, fuselage, dan objek-objek lain.
Drag kebalikan dari thrust, dan beraksi kebelakang paralel dengan
arah angin relatif (relative wind).
Drag terdiri dari 2 komponen, yaitu Profile drag dan Induced Drag.
Dimana koefisiennya dapat didefinisikan sebagai:
(1)
II-2
Dimana CD merupakan koefisien gaya hambat, CDp Adalah
koefisien gaya hambat profile, dan CDi merupakan koefisien gaya
hambat imbas.
Gambar II. 1 Gaya-gaya yang bekerja pada pesawat (modelairplane.cadblog.net)
2.1.1 Profile Drag
Profile drag merupakan gaya hambat yang disebabkan oleh
pergerakan benda padat dalam suatu medium fluida. Gaya hambat ini terdiri
dari:
1. Form Drag yaitu merupakan gaya hambat yang timbul akibat
bentuk dari benda. Ukuran dan bentuk dari benda merupakan
pertimbangan utama. Form drag dapat diminimalisir dengan
pembuatan bentuk benda yang aerodinamis.
Gambar II. 2 Contoh form drag pada berbagai bentuk (rotorhead8900.wordpress.com)
II-3
2. Skin Friction Drag yaitu gaya hambat yang diakibatkan oleh
gesekan antara aliran udara dengan permukaan benda (skin).
Ketika aliran udara melewati objek, molekul udara yang terdekat
dengan permukaan bergerak secara stasioner dengan permukaan.
Semakin jauh dari permukaan, molekul udara akan bergerak lebih
cepat, hingga pada bagian terluar lapisan udara, molekul tersebut
akhirnya bergerak dengan kecepatan yang sama dengan aliran
udara relatif.
Gambar II. 3 Skin Friction Drag (www.kasravi.com)
Pada pesawat terbang, profile drag tergolong cukup kecil, maka
tidak begitu berpengaruh pada penerbangan. Namun profile drag tetap
merupakan bagian dari gaya hambat (drag). Sehingga dalam aerodinamika,
hal ini tetap diperhitungkan.
2.1.2 Induced Drag
Induced drag atau gaya hambat imbas, merupakan gaya hambat yang
muncul akibat adanya imbasan terhadap gaya angkat. Pada dasarnya, gaya
hambat inilah yang berpengaruh besar terhadap penerbangan, sehingga para
desainer pesawat terbang selalu berusaha agar induced drag yang terjadi
pada pesawat terbang menjadi seminimal mungkin.
II-4
Saat pesawat /sayap terbang di udara, pada bagian lower surface
terdapat udara bertekanan tinggi, dan pada bagian upper surface, terdapat
udara bertekanan rendah. Beda tekanan ini mengakibatkan terjadinya
“kebocoran” (leak) melalui tip sehingga membentuk aliran udara melingkar
seperti pusaran udara yang disebut wingtip vortex. Pada trailing edge sayap,
wingtip vortex tersebut akan mengarah kebawah. Peristiwa ini disebut
downwash.
Gambar II. 4 Skema dari wing tip vortex (Anderson, John D : 1984)
Efek downwash mengakibatkan adanya pergeseran sudut serang
(angle of attack). Sudut yang dihasilkan antara kecepatan freestream (V∞)
dengan angin relatif (relative wind) disebut sudut serang imbas (induced
angle of attack (αi)). Akibat adanya sudut ini, arah gaya angkat (lift) pun
bergeser ke belakang, sehingga arah lift menjadi tegak lurus terhadap angin
relatif. Gaya yang ditimbulkan akibat pergeseran ini ialah induced drag.
Untuk lebih jelasnya, dapat terlihat pada Gambar II.5
Gambar II. 5 Induced Drag (Anderson, John D : 1984)
II-5
Koefisien Induced drag dapat dihitung dengan rumus:
(2)
Dimana Cl adalah koefisien lift, e adalah span efficiency dan AR
adalah Aspect ratio dari sayap.
2.2 Ground Effect
Ground effect merupakan fenomena ketika perangkat penghasil gaya
angkat (lift), seperti sayap, bergerak dengan sangat dekat terhadap
permukaan tanah. Hal ini menyebabkan adanya peningkatan rasio antara lift
dengan drag (lift-to-drag ratio). Fenomena ini dapat menghasilkan
penambahan efisiensi aerodinamik pada benda yang terlibat.
Secara teori, saat pesawat / sayap terbang sangat dekat dengan
permukaan tanah, terjadi interupsi wingtip vortices serta downwash
dibelakang sayap terhadap permukaan. Semakin rendah pesawat tersebut
terbang, wingtip vortices menjadi semakin tak terbentuk. Hal ini
menyebabkan induced drag menurun. Tentunya hal ini akan menyebabkan
gaya dorong (thrust) yang dibutuhkan menjadi lebih kecil dibandingkan
dalam kondisi out of ground effect.
Pada dasarnya, ground effect terbagi menjadi dua pendekatan, yaitu
Chord Dominated Ground Effect dan Span Dominated Ground Effect.
.
2.2.1 Chord Dominated Ground Effect (CDGE)
Pada CDGE, parameter utama yang dipertimbangkan ialah rasio
antara ketinggian (height) dengan chord. Hal ini disebut juga height- to-
chord ratio (h/c). Ketinggian di sini merupakan ketinggian antara
permukaan tanah dan airfoil atau sayap. Penambahan gaya angkat
disebabkan adanya pembentukan bantalan udara (air cushion) yang
II-6
diakibatkan oleh peningkatan tekanan statis saat adanya penurunan
ketinggian.
Gambar II. 6 Airfoil pada kondisi out of ground (a) dan in ground effect (b) (Junde, Jiang : 2006)
Pada Gambar II.6 terlihat perbedaan antara airfoil dengan kondisi
tidak berada dalam ground effect (a) dan airfoil yang berada dalam ground
effect (b). Secara teori, apabila ketinggian semakin mendekati 0, aliran udara
menjadi stagnan, dan menghasilkan tekanan statik tertinggi.
Menurut Rozhdestvensky(2000)[1], Sebuah plat dengan span tak
terhingga pada adanya ground effect ekstrim (h/c < 10%), CL dan CM dapat
dinyatakan dengan rumus:
(3)
(4)
Rumus (3) berlaku berlaku bila titik referensi momen terletak pada
leading edge airfoil. Letak center of pressure (cp) dapat dinyatakan dengan:
(5)
Berbeda pada kondisi out of ground, center of pressure airfoil
simetris terletak pada ¼ chord.
.
II-7
2.2.2 Span Dominated Ground Effect (SDGE)
Dalam pendekatan SDGE, terdapat parameter lain yang dikenal
sebagai Height-to-Span ratio. Gaya hambat (drag) total adalah penjumlahan
antara Profile Drag dan Induced Drag. Pada SDGE, induced drag akan
berkurang karena pusaran udara (vortices) terbatasi oleh permukaan.
Sehingga, pada saat kekuatan vortex menurun, sayap akan seolah-olah
memiliki aspect ratio (AR) yang tinggi karena bentangan sayap (wingspan)
efektif nya bertambah, walaupun secara geometrik tetap.
Dimana AR dapat didefinisikan:
(6)
Dimana b merupakan panjang bentang sayap (wingspan) dan S
merupakan luas sayap.
Gambar II. 7 Kekuatan vortex pada pesawat saat terbang dalam kondisi yang berbeda.(Junde, Jiang : 2006).
Berdasarkan rumus induced drag (2), Rozhdestvensky(2000)[1]
menunjukkan bahwa hubungan ketinggian dengan Induced Drag ialah:
(7)
II-8
Dari rumus (6) dapat ditunjukkan bahwa induced drag berkurang
secara linear terhadap penurunan ketinggian.
2.3 Wing In Ground Effect Aircraft
Wing in Ground Effect Aircraft (WIG) merupakan pesawat yang
memanfaatkan prinsip ground effect untuk terbang. Prinsip WIG hampir
sama dengan hovercraft. Prinsip sederhananya, saat pesawat ini terbang,
pesawat ini seolah-olah seperti “ditopang” oleh udara. Beberapa orang
menyebutnya air cushion (bantalan udara). Pada saat terbang, penumpang
akan merasa seperti melayang (floating).
Pada awalnya, WIG selalu didesain hanya untuk terbang pada
kondisi ground effect. Setiap WIG tidak bisa melakukan free flight (terbang
dengan out of ground effect). Maka dari itu, WIG biasanya digunakan untuk
penerbangan jarak pendek dalam transportasi antarpulau. Namun, dalam
pengembangannya, beberapa WIG dapat menambah ketinggian terbangnya.
Dewasa ini, International Maritime Organization membagi WIG
menjadi 3 tipe:
WIG Tipe A : merupakan pesawat yang tersertifikasi untuk operasi
hanya pada ground effect.
WIG Tipe B : merupakan pesawat yang tersertifikasi untuk operasi
diluar pengaruh ground effect namun tinggi terbang
tidak lebih dari 150 m diatas permukaan.
WIG Tipe C : merupakan pesawat yang tersertifikasi untuk operasi
diluar pengaruh ground effect dan dapat terbang lebih
dari 150 m diatas permukaan.
Ketiga tipe ini, dikhususkan untuk WIG dengan penumpang 12 orang
atau lebih.
II-9
Selain itu, WIG juga dapat terbagi menjadi 3 tipe berdasarkan
konfigurasi sayapnya yaitu Ekranoplan Wings, Tandem Wings, dan Inverted
Delta Wings.
2.3.1 Ram Wing
Merupakan konsep paling awal dalam pembuatan Wing In Ground
Effect Aircraft. Konfigurasi ini cenderung memiliki Aspect Ratio (AR)
rendah dengan penampang sayap yang mendekati bentuk persegi. Selain itu,
pesawat bertipe ini, memiliki horizontal stabilizer besar yang dipasang pada
out of ground, hal ini bertujuan untuk memberikan keseimbangan yang
diperlukan. Pesawat yang menggunakan konfigurasi ini ialah µSky-1.
Gambar II. 8 µSky-1 (www.se-technology.com)
2.3.2 Ekranoplan Wings
Pertama kali didesain oleh Rostislav Alexeyev. Sayap berjenis ini
cenderung lebih pendek dibandingkan sayap berjenis lain. Contoh WIG
yang menggunakan prinsip ekranoplan adalah Korabl Maket atau sering
disebut juga Caspian Sea Monster.
II-10
Gambar II. 9 Caspian Sea Monster (Qihui, Lee : 2006)
2.3.3 Tandem Wings
Konfigurasi ini dikembangkan oleh orang Jerman bernama Gunther
Jörg. Konfigurasi ini menggunakan 2 buah sayap kecil yang dipasang dalam
satu baris. Konfigurasi jenis ini juga cukup baik dalam stabilitas, dan
pesawat yang menggunakan sayap jenis ini tidak membutuhkan horizontal
stabilizer lagi. Contoh pesawat yang memiliki konfigurasi ini ialah
Skimmerfoil (Jorg VI).
Gambar II. 10 Jörg VI dan Jörg II (www.se-technology.com)
II-11
2.3.4 Inverted Delta Wings
Dikembangkan oleh Alexander Lippisch. Sayap pesawat ini
berbentuk delta, namun dibalik. Beberapa eksperimen menyatakan bahwa
WIG jenis ini memiliki kestabilan yang lebih baik dibandingkan jenis lain.
Contoh WIG yang menggunakan sayap bertipe ini adalah Lippisch X-114.
Gambar II. 11 Lippisch X-114 (Junde, Jiang : 2006)
2.3.5 Keunggulan Wing In Ground Effect Aircraft
Wing in ground effect aircraft memiliki keunggulan sebagai berikut:
1. Secara teori, wing in ground effect aircraft memiliki efisiensi fuel
yang lebih besar, karena lift-induced drag yang dihasilkan cukup
kecil dibandingkan pesawat out-of-ground effect.
2. Faktor keselamatan cukup baik, karena pesawat terbang cukup
dekat dengan air, sehingga saat terjadi engine failure pada saat
terbang, pesawat dapat mendarat dengan cukup aman.
3. Tidak memerlukan bandara untuk take off dan landing.
2.3.6 Kelemahan Wing In Ground Effect Aircraft
Walaupun begitu, Wing in ground effect aircraft pun memiliki
kelemahan. Diantaranya sebagai berikut:
II-12
1. Cara menerbangkan pesawat cukup sulit, terutama apabila
melakukan turning dan banking. Banking yang berlebihan akan
mengakibatkan ujung sayap terbentur permukaan air.
2. Berbahaya apabila digunakan di laut / perairan pada saat terjadi
gelombang yang cukup tinggi (untuk tipe A).
3. Sulit digunakan pada wilayah perairan yang ramai oleh kapal
berkecepatan lambat. Hal ini dikhususkan pada pesawat yang
beroperasi pada In Ground Effect.
2.4 CATIA
CATIA (Computer Aided Three-dimensional Interactive
Application), merupakan sebuah program yang menyajikan
CAD/CAM/CAE. Program ini dibuat dan dikembangkan oleh perusahaan
Perancis yaitu Dassault Systemes. Program ini banyak digunakan dalam
industry penerbangan, otomotif, serta industry-industri lainnya. Selain
digunakan untuk desain dan styling, Software ini pun dapat melakukan
analisis, simulasi produk, dan juga dihubungkan langsung dengan beberapa
alat industri manufaktur.
2.5 NUMECA FINE™/Open
NUMECA FINE™/Open merupakan sebuah perangkat lunak
(software) CFD (Computational Fluid Dynamics) keluaran perusahaan
Numeca International. Software ini digunakan untuk melakukan analisis
terhadap benda yang dirancang, Baik gaya-gaya yang bekerja, hingga
properti-properti lain yang berpengaruh terhadap benda tersebut. Selain itu,
software ini juga dapat menyajikan berbagai simulasi pada produk yang
dianalisis.
top related