AME(Aplikasi Mekanika Energ.
Jurnal Ilmiah Teknik Mesin 7 .
, pp 46-52 Volume 7 dan Nomor September 2021 Anwar dan Yamin A 2021 pp 46-52 Website: http://ejournal.
uika-bogor.
id/index.
php/ame/index ANALISIS SIMULASI PERFORMA AERODINAMIS MINI UNMANNED AERIAL
VEHICLE DENGAN SOFTWARE COMPUTATIONAL FLUIDS DYNAMIC
Fikri Khairul Anwar1.
Mohammad Yamin1* Fakultas Teknologi Industri.
Universitas Gunadarma.
Indonesia, 16452
ABSTRAK
Pesawat tanpa awak (Unmanned Aerial Vehicl.
saat ini menjadi bahan penelitian yang sedang ramai dibicarakan dan semakin banyak digunakan untuk berbagai macam fungsi.
Dalam penelitian ini, pesawat tanpa awak akan didesain dengan optimasi berdasar nilai Maximum Take Off Weight .
erat saat melakukan Takeof.
berdasarkan dari konfigurasi fuselage dasar, konfigurasi sayap, konfigurasi ekor, dan posisi baling - baling.
Hasil perancangan pesawat tanpa awak ini kemudian dianalisis secara aerodinamik dengan menggunakan metode Computational Fluid Dynamic dengan variasi angle of attack.
Pada hasil analisis aerodinamis menghasilkan CL= 3099,09 dan CD = 1310,86 pada angle of attack 15o.
Kata kunci : computational fluids dynamic.
konfigurasi desain.
pesawat tanpa awak.
sudut serang
ABSTRACT
Unmanned Aerial Vehicle is currently being discussed and increasingly used for various functions.
this journal, unmanned aircraft will be designed with optimization based on the value of Maximum Take-Off Weight based on the basic fuselage configuration, wing configuration, tail configuration, and propeller position.
The results of this drone design are then analyzed aerodynamically using the Computational Fluid Dynamic method with a variation of the angle of attack.
The results of the aerodynamic analysis resulted in CL = 3099.
09 and CD = 1310.
86 at an angle of attack of 15o.
keywords : agle of attack.
computational fluids dynamic.
configuration design.
unmanned aerial Vehicle PENDAHULUAN Pesawat tanpa awak atau UAV (Unmanned Aerial Vehicl.
saat ini semakin banyak digunakan untuk berbagai macam kepentingan.
Banyaknya penggunaan pesawat tanpa awak ini mendorong banyak negara untuk mengembangkan pesawat ini untuk mengatur ruang udara di masing Ae masing Kementerian perhubungan saat ini telah berusaha untuk mengatur segala kegiatan tentang pengoperasian pesawat tanpa awak ini.
Perkembangan teknologi membuat pesawat ini juga mulai banyak diterapakan pada berbagai kebutuhan penduduk sipil.
Berbagai fungsi dari pesawat tanpa awak ini yaitu antara lain digunakan untuk pemetaan bidang tanah, pengekspolarasian bahan tambang, pemetaan daerah pertanian, pemetaan daerah industri, dan pengawasan batas Ae batas negara.
Namun penggunaan terbesar pesawat tanpa awak atau UAV yaitu pada bidang militer.
Berdasarkan jenisnya, pesawat tanpa awak memiliki dua jenis, yaitu multicopter dan fixed wing.
Fixed wing memiliki bentuk seperti pesawat terbang biasa yang memiliki sistem sayap.
Tipe fixed wing memerlukan desain aerodinamika pada sayap dan badannya sehingga memerlukan perancangan yang cukup sulit.
Multicopter yaitu jenis pesawat tanpa awak seperti drone biasanya yang memanfaatkan putaran baling Ae baling untuk terbang.
Multicopter dibagi menjadi dua yaitu single-rotor dan multi-rotor.
Tipe single-rotor berbentuk seperti helikopter menggunakan baling Ae baling tunggal, sedangkan multi-rotor menggunakan 3 sampai 8 baling Ae baling.
Mohammad Ariyanto,dkk telah mendesain pesawat tanpa awak dengan biaya yang sangat murah * Penulis korespondensi Email: mohay@staff.
Diterima 19 Januari 2021.
Penerimaan hasil revisi 03 Juni 2021.
Disetujui 07 Juni 2021 Tersedia online September 2021 AME (Aplikasi Mekanika dan Energ.
: Jurnal Ilmiah Teknik Mesin A 2021 AME(Aplikasi Mekanika dan Energ.
: Jurnal Ilmiah Teknik Mesin 7 .
, pp 46-52 Anwar dan Yamin A 2021 dengan penambahan sistem control parameter.
Berdasarkan uji terbang.
UAV yang dikembangkan berhasil terbang secara otonom mengikuti perintah Hasil penelitiannya menunjukkan bahwa material berbiaya rendah dapat digunakan sebagai bagian bodi dari UAV sayap tetap.
Dalam penulisan kali ini, pembahasan akan berfokus mengenai perancangan mini UAV dengan menganalisis performa aerodinamis menggunakan variasi sudut serang pada sayap.
Pada penulisan aerodinamis yang sangat baik dengan variasi sudut serang yang tepat.
METODE PENELITIAN
Pada perancangan mini UAV ini menggunakan metode computer aided engineering dengan Pada perancangan ini menggunakan konfigurasi pada nilai maximum TakeOff Weight (MTOW) dengan konsep desain mini UAV standar.
Untuk menganalisa aerodinamis pada mini UAV ini digunakan metode CFD .
omputational Fluid Dynami.
Variasi yang digunakan pada Analisa aerodinamis pada mini UAV ini yaitu menggunakan variasi pada Angle of Attack 3o, 5o, 7o, 9o, 11o, 13o, dan KONFIGURASI DESAIN Pada perancangan ini menggunakan metode VDI 2222 dengan konfigurasi desain berdasarkan hasil nilai MTOW (Maximum Takeoff Weigh.
dengan membandingkan nilai paling tinggi pada setiap konfigurasinya pada setiap bagian inti pada UAV tersebut.
Pada hasil perancangan ini terdapat komponen Ae komponen utama pada mini UAV atara lain seperti dibawah ini.
Perancangan Fuselage Pada perancangan fuselage ini ada tiga konfigurasi desain yang digunakan namun konfigurasi fuselage konvensional yang dipilih karena pada konfigurasi konvensional ini sayap dan ekor pada UAV mudah dipsangkan dibandingkan dengan konfigurasi yang lain.
Berikut dibawah ini merupakan Tabel 1 perbandingan pada konfigurasi fuselage.
Tabel 1 Konfigurasi Desain Fuselage.
Parameter desain Fuselage Fuselage Fuselage Canard Flying wing Stabilitas Massa Total Kemudahan A .
eigh x valu.
Setelah selesai mendesain fuselage tersebut didapatlah bentuk fuselage yang diinginkan dalam hal fuselage tersebut memiliki Panjang sekitar 1,8 meter.
Gambar 2 Desain Fuselage Gambar 1 Diagram Alir Proses Simulasi AME(Aplikasi Mekanika dan Energ.
: Jurnal Ilmiah Teknik Mesin 7 .
, pp 46-52 Anwar dan Yamin A 2021 Perancangan sayap Pada perancangan sayap ini menggunakan jenis sayap monoplane yaitu UAV dengan satu set sayap dan menggunakan jenis airfoil seri 4 yaitu jenis NACA4415.
Airfoil NACA4415 ini sudah memiliki gaya angkat Ketika berada pada posisi angle of attack 0o dengan maksimum gaya angkat pada angle of attack 15o jadi sangat cocok Ketika digunakan pada perancangan mini UAV NACA4415 juga memiliki maksimum chamber 4%, posisi chamber maksimum 40%, dan ketebalan 15%.
Proses menggunakan bantuan airfoiltools untuk menentukan titik kordinat airfoil NACA4415 yang tepat.
Hasil pada perancangan sayap UAV ini seperti gambar dibawah ini.
Tabel 3 menunjukkan perbandingan antara ketiga ekor tersebut.
Konfigurasi ekor konvensional adalah konfigurasi yang paling umum digunakan di UAV.
Konfigurasi ini mudah dibuat karena memiliki struktur yang sederhana, ringan, dan bertenaga.
Pada pengaturan ini, konfigurasi ekor yang dipilih adalah konfigurasi konvensional.
Tabel 3 Konfigurasi Bentuk Ekor UAV Parameter desain Kemudahan proses 0,4 T-Tail V-Tail Bobot struktur Performa Total A .
eigh x valu.
Gambar 3 Desain Sayap UAV Aspek rasio yang dihasilkan pada perancangan sayap ini yaitu sebesar 13,33.
Ada tiga konfigurasi posisi yang digunakan pada penempatan sayap.
Kemudian dipilih posisi sayap mid wing.
Tabel 2 merupakan konfigurasi untuk posisi sayap UAV.
Pada perancangan ini menghasilkan empennage dengan jenis conventional tail dengan struktur horizontal stabilizer yang memiliki panjang sekitar 160 cm dan vertical stabilizer dengan tinggi 65 cm.
Tabel 2 Konfigurasi Posisi Sayap Pesawat Parameter desain High Wing Mid Wing Low Wing Gambar 4 Ekor pada UAV Kemudahan Ground Clearance 0,2 Total Stabilitas A .
eigh x valu.
Perancangan Empennage Pada proses perancangan ekor .
terdiri dari horizontal stabilizer dan vertikal stabilizer.
Pada perancangan empennage ini digunakan airfoil NACA4412 karena airfoil tersebut memiliki ketebalan yang lebih tipis dari NACA 4415.
Perancangan Propeller Pada proses perancangan propeller digunakan sebagai mesin penggerak pada UAV Propeller ini terdiri dari 3 baling dengan diameter 80 cm.
Propeller ini diharapkan dapat menggerakkan UAV ini hingga mencapai tinggi maksimum yang sesuai.
Empat lokasi baling - baling dipertimbangkan dalam pemilihan lokasi baling-baling.
Konfigurasi pendorong memiliki motor yang terletak di depan badan pesawat.
Mirip dengan konfigurasi traktor, posisi sumbu propeller sejajar dengan sumbu simetri badan pesawat .
ecara longitudina.
sehingga jarak dari tepi baling-baling ke tanah .
round clearanc.
menjadi cukup tinggi.
Ini meminimalisir resiko baling-baling rusak saat mendarat.
AME(Aplikasi Mekanika dan Energ.
: Jurnal Ilmiah Teknik Mesin 7 .
, pp 46-52 Anwar dan Yamin A 2021 Tabel 4 Posisi Penempatan Propeller Parameter Pusher Tractor Twin Engine Mid Engine Kemudahan 0,3 Massa Ground Gambar 6 Hasil Perancangan Mini UAV Clearance Total A .
ANALISA DAN PEMBAHASAN
Berikut ini merupakan hasil perancangan propeller sebagai mesin penggerak pada UAV ini.
Gambar 5 Propeller pada UAV Setelah semua komponen pada mini UAV tersebut di assembly, maka didapatkan hasil berupa mini UAV dengan misi pengintaian yang memiliki desain yang sederhana namun sangat bermanfaat untuk dunia penebangan khususnya pada bidang pertahanan.
Pada hasil perancangan ini memiliki massa total UAV ini yaitu seberat 14,91944 kg pada evaluasi yang ditunjukan pada software solidworks dengan menggunakan material dari kayu balsa pada seluruh bodi UAV dan menggunakan material Aluminium alloy seri 1060 pada propeller.
Setelah proses desain selesai, maka dilakukan analisis performa aerodinamis dengan variasi angle of attack.
Analisa Aerodinamis Analisa aerodinamis ini menggunakan metode computational fluids dynamic dengan menggunakan software solidworks.
Pada analisa aerodinamis ini ada beberapa variasi angle of attack yang digunakan yaitu antara lain 3o, 5o, 7o, 9o,11o, 13o, dan 15o sesuai dengan yang dilakukan oleh peneliti Hasil analisis ini menyatakan bahwa mini UAV dengan massa total 14,91944 kg dapat menghasilkan koefisien lift paling tinggi dan koefisien drag paling tinggi pada variasi angle of attack 15o.
Hasil analisa aerodinamis pada seluruh bagian pesawat bisa dilihat pada tabel
Tabel 5 Hasil Analisis Aerodinamis Terhadap Koefisien Lift dan Koefisien Drag
dengan Variasi Angle of Attack
AoA
CL/CD
Pada tabel diatas dapat dilihat perbandingan koefisien lift dan koefisien drag yang ada pada variasi angle of attack.
Kemudian dapat dikatakan bahwa pada variasi angle of attack 15o AME(Aplikasi Mekanika dan Energ.
: Jurnal Ilmiah Teknik Mesin 7 .
, pp 46-52 Anwar dan Yamin A 2021 memiliki koefisien lift paling tinggi.
Sedangakan Ketika dilihat dengan perbandingan koefisien lift/drag polar maka yang terbaik ada pada variasi angle of attack 5o.
Perbandingan koefisien lift/drag polar dapat dilihat pada gambar grafik dibawah ini.
Gambar 8 Gaya lift/Drag Polar pada Setiap Variasi Angle of Attack Gambar 7 Grafik Koefisien Lift/Drag Polar Pada grafik yang terlihat pada gambar 7 ini menunjukan koefisien lift/drag polar yang terjadi memiliki yang cukup baik dengan hasil koefisien lift/drag polar yang terbaik pada variasi angle of attack 5o.
Tabel 6 merupakan analisis aerodinamis terhadap gaya lift dan gaya drag yang dihasilkan oleh mini UAV.
Pada mini UAV dengan massa total 14,91944 kg ini dapat menghasilkan gaya lift paling besar yaitu sekitar 53,8046 N pada variasi angle of attack 15o dengan gaya drag sebesar 18,2264 N.
Tabel 6 Hasil Analisa Aerodinamis Terhadap Gaya
Lift dan Gaya Drag
AoA
Drag
Lift
L/D
Adapun perbandingan gaya lift/drag polar yang terbaik dihasilkan pada variasi angle of attack 5o.
Dapat dilihat pada gambar 8 didapatkan hasil terbaik yang dihasilkan oleh mini UAV ini yaitu pada perbandingan gaya lift/drag polar pada variasi angle of attack 5o.
Pada gambar 8 menjelaskan bahwa gaya lift/drag polar yang terdapat pada setiap variasi angle of attack.
Perbandingan gaya lift/drag polar terbaik terjadi pada variasi angle of attack 5o.
Pada analisis aerodinamis ini terdapat distribusi teknanan dan distribusi kecepatan yang dapat ditampilkan disekitar UAV.
Distribsi tekanan disini dapat diliat dengan menggunakan cut plot pressure pada analisis aliran pada software solidworks.
Berikut dibawah ini distribusi tekanan yang terjadi disekitar UAV.
Tabel 7 Distribusi Tekanan Disekitar UAV Dengan Beberapa Variasi Angle of Attack AoA Pressure Distribution Gambar 9 Grafik Distribusi Tekanan Berikut dapat dilihat pada gambar 9 merupakan plotting distribusi tekanan dan distribusi kecepatan variasi angle of attack 5o, yaitu sebagai berikut.
AME(Aplikasi Mekanika dan Energ.
: Jurnal Ilmiah Teknik Mesin 7 .
, pp 46-52
Anwar dan Yamin A 2021
Tabel 8 Kecepatan Minimun Pada Setiap Variasi
Angle Of Attack
AOA
Kecepatan Lift
Drag
L/D
(A)
(B)
Gambar 10 Plotting Flow Trajectorie (A) Distribusi Tekanan (B) Distribusi Kecepatan Pada Variasi AoA Pada gambar 10 dapat dijelaskan bahwa distribusi kecepatan dan distribusi tekanan yang terjadi pada mini UAV tersebut.
Untuk distribusi kecepatan yang terjadi disekitar mini UAV terjadi hambatan kecepatan yang disebabkan oleh Sebagian kecil bodi UAV.
Untuk distribusi tekanan yang terjadi disekitar mini UAV tersebut tidak terlalu berbeda disetiap bagian pada mini UAV tersebut.
Analisis Performa Aerodinamis Pada setiap angle of attack sayap mini UAV ini pasti memiliki kecepatan minimun yang berbeda Ae beda sayap melakukan take off.
Pada setiap variasi angle of attack ini, kecepatan minimun yang digunakan agar dapat mengangkat mini UAV berbeda Ae beda.
Berikut dibawah ini merupakan tabel kecepatan minimum pada setiap variasi angle of attack agar dapat mengangkat mini UAV.
Pada Tabel 8 dapat dijelaskan bahwa setiap variasi angle of attack ini memiliki kecepatan minimum yang berbeda Ae beda untuk dapat mengangkat mini UAV Semakin besar sudut yang digunakan pada sayap ini, maka semakin kecil pula kecepatan yang dibutuhkan untuk dapat mengangkat mini UAV ini.
Pada tabel 8 ini dikatakan bahwa pada sayap tanpa menggunakan angle of attack atau pada angle of attack 0o, menghasilkan kecepatan minimum sebesar 26 m/s untuk dapat mengangkat mini UAV.
Sedangakan pada variasi angle of attack 15o menghasilkan kecepatan minimum sebesar 20 m/s untuk mengangkat mini UAV.
Range yang di hasilkan pada variasi angle of attack 0o hingga 15o ini yaitu sekitar 6 m/s, itu merupakan perbandingan yang sangat signifikan untuk setiap variasi angle of attack Berikut pada gambar 11 merupakan hasil gambar grafik yang dapat diambil pada analisa performa aerodinamis ini.
Gambar 11 Grafik L/D Polar Terhadap Angle of Attack Pada gambar 11 ini menjelaskan mengenai perbandingan gaya lift/drag polar pada setiap variasi sudut serang.
Pada gay alif/drag polar dengan variasi angle of attack 15o memiliki gaya lift/drag polar dengan hasil yang paling tinggi.
AME(Aplikasi Mekanika dan Energ.
: Jurnal Ilmiah Teknik Mesin 7 .
, pp 46-52
Anwar dan Yamin A 2021
REFERENSI
Aryanto Muhammad.
Setiawan D Joga.
Prabowo
Gambar 12 Grafik Lift dan Drag Terhadap Kecepatan Pada gambar 12 dapat dijelaskan bahwa gaya lift
dan gaya drag yang dihasilkan pada setiap variasi
sudut serang ini memiliki peningkatan disetiap variasi
KESIMPULAN DAN SARAN
Setelah dilakukan pengujian mengenai proses perancangan mini UAV dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut.
Pada desain perancangan mini UAV ini menghasilkan mini UAV dengan massa total 14,91944 kg yang memiliki fuselage dengan Panjang 1,8 meter, bentangan sayap sepanjang 4 meter dengan aspek rasio sebesar 13,33 , dan untuk empennage ini memiliki vertical stabilizier sebesar 65 cm dan horizontal stabilizier sepanjang 160 cm.
Pada hasil analisis simulasi aerodinamis dengan mendapatkan hasil massa total 14,91944 Kg didapatkan hasil performa aerodinamis dengan koefisien lift tertinggi yaitu pada variasi angle of attack 15o dengan minimum dsitribusi tekanan 5943 Pa.
Pada Koefisien lift/drag polar didapatkan hasil performa aerodinamis terbaik pada angle of attack 5o.
UCAPAN TERIMA KASIH