Jurnal Teknologi Kedirgantaraan.
Vol.
IV No.
Juli 2019.
P-ISSN 2528-2778.
E-ISSN 2684-9704 DOI : https://doi.
org/10.
35894/jtk.
PENGARUH PEMODELAN SMOOTH PARTICLE
HYDRODYNAMICS UNTUK APLIKASI SIMULASI NUMERIK
BIRD STRIKE DI LEADING EDGE
Sahril Afandi S*.
Freddy Franciscus.
Muhammad Faisal Afrianto Program Studi Teknik Penerbangan.
Fakultas Teknologi Kedirgantaraan.
Universitas Dirgantara Marsekal Suryadarma Komplek Bandara Halim Perdanakusuma.
Jakarta 13610.
Indonesia *Corresponding Author : sahrilafandi@universitassuryadarma.
Abstrak - Kecelakaan karena tabrak burung sering terjadi pada operasi penerbangan serta pada saat musim migrasinya burung-burung, hal ini dapat menyebabkan kegagalan struktur serta mengancam keselamatan penerbangan.
Efek yang terjadi pada komponen struktur pesawat yang terkena tumbukan tabrak burung ini umumnya berupa deformasi penyok (Den.
atau berlubangnya lapisan kulit pesawat serta struktur lainnya.
Penelitian ini membahas tabrak burung pada Leading Edge dengan metode SPH .
mooth particle hydrodinamic.
berbasis metode komputasi numeric elemen hingga .
inite element metho.
Struktur Leading Edge diasumsikan hanya terdiri dari skin dengan memvariasikan 4 kecepatan burung yaitu: 75 m/s, 100 m/s, 125 m/s dan 150 m/s, serta 2 variasi sudut sebesar 0o dan 45o.
Hasil simulasi menunjukan deformasi Leading Edge meningkat dengan bertambahnya kecepatan, serta gaya impact lebih tinggi pada arah tumbukan 0o untuk tiap kecepatan yang sama.
Gaya impact maksimum pada tiap kecepatan untuk arah tumbukan 0o dan 45o pada rentang 6 Ae 17 kN dan 3 Ae 12 kN.
Sementara hasil displacement maksimum pada tiap kecepatan untuk arah tumbukan 0 o dan 45o pada rentang 148 Ae 336 mm dan 89 Ae 198 mm.
Kata Kunci : Tabrak Burung.
Leading Edge.
Finite Element Method.
SPH (Smooth Particle Hydrodinamic.
Abstract - Accidents due to bird strike often occur in flight operations and during the migratory period of birds, this can cause structural failure and threaten flight safety.
The effect that occurs on the structural components of the aircraft affected by the collision of the bird hit is generally in the form of dent deformation or the perforation of the plane's skin layer and other structures.
This study discusses bird strike in Leading Edge with SPH .
mooth particle hydrodinamic.
method based on finite element method.
Leading Edge structure is assumed to only consist of skin by varying 4 bird speeds, namely: 75 m / s, 100 m / s, 125 m / s and 150 m / s, and 2 angular variations of 0 o and 45o.
The simulation results show the deformation of Leading Edge increases with increasing speed, and the impact force is higher in the direction of the 0o collision for each of the same speed.
The maximum impact force at each speed for the collision direction is 0 o and 45o in the range of 6 - 17 kN and 3 - 12 kN.
While the maximum displacement results at each speed for collision directions are 0o and 45o in the range 148 - 336 mm and 89 - 198 mm.
Keywords : Bird Strike.
Leading Edge.
Finite Element Method.
SPH (Smooth Particle Hydrodynamic.
PENDAHULUAN
Kasus Tabrak Burung biasa juga disebut Bird Hit atau BASH (Bird Aircraft Strike Hazar.
Tabrak burung adalah yang signifikan keselamatan penerbangan.
Komponen pesawat yang banyak mengalami kejadian tabrak burung diantaranya leading edge, windshield, fuselage, engine inlet dan tail empennage sebanyak 77.
Secara umum yang dimaksud tabrak burung adalah terjadinya kontak antara makhluk hidup.
Hal ini menimbulkan kerusakan komponen pesawat seperti penyok .
atau berlubang.
II.
Deformasi perubahan bentuk karena pembebanan yang melebihi kekuatan luluh .
ield strengt.
suatu material.
Hal tersebut menyebabkan deformasi tidak dapat kembali ke awal bentuk semula.
Pembebanan menghasilkan nilai true stress dan true strain yang diilustrasikan dalam bentuk grafik dapat dilihat pada Gambar 2.
LANDASAN TEORI
Tumbukan antara burung dan komponen struktur menunjukkan burung mengalami deformasi yang besar dan cenderung mengikuti bentuk permukaan Hal ini terjadi ketika tegangan yang ditimbulkan pada saat tumbukan yield stress dari komponen struktur lebih besar dari yield stress di material burung.
Perilaku material burung tersebut dikenal Aosoft bodyAo kekuatan/kekakuan material burung yang komponen struktur yang menjadi target Gambar 2.
1 Grafik Tegangan Terghadap Regangan .
Penelitian awal tentang fenomena tabrak burung pada bidang datar telah dilakukan oleh Wilbeck dan Barber .
Perilaku tumbukan terdiri dari empat tahap: .
initial shock saat tumbukan awal, .
shock tumbukan menurun, .
aliran deformasi steady dan, .
penurunan Gambar 2.
Perilaku material burung yang menyerupai fluida ketika tumbukan dapat dihitung secara analitik menggunakan teori hidrodinamika.
Keterbatasan metode analitik karena geometri dan material yang kompleks, pendekatan analisis tabrak burung dikembangkan menggunakan metode numerik yaitu dengan metode elemen hingga.
Teori Hidrodinamika Sifat Elastis Plastis Elastis plastis, elastis adalah perubahan bentuk karena pembebanan yang tidak melebihi kekuatan luluh .
ield strengt.
suatu material.
Deformasi elastis atau modulus youngAos merupakan properti mekanik yang mengukur kekakuan material untuk mengalami deformasi elastis ketika tegangan diaplikasikan pada material tersebut.
Gambar 2.
2 Ilustrasi gelombang shock dan release pada tumbukan soft body dengan rigid wall Metode Elemen Hingga i.
Metode numerik yang umum digunakan berbasis metode elemen Pendekatan simulasi untuk tabrak burung yang dilakukan menggunakan Lagrangian Modeling Method.
Eulerian Modeling Method.
Arbitary Lagrangian Ae Eulerian Method (ALE) dan Smooth Particle Hydrodynamics (SPH) seperti Gambar Pendekatan metode Smooth Particle Hydrodynamics METODE PENELITIAN Penelitian ini dimulai dengan melakukan studi literatur untuk memahami permasalahan yang akan dihadapi.
Dari studi literatur akan didapatkan beberapa data yang selanjutnya akan dilakukan simulasi model struktur Leading Edge pada software berbasis metode elemen Simulasi yang dilakukan dengan membuat dimensi sebagai berikut :
Tabel 3.
1 Geometri STA Sayap Pesawat STA-span sayap Panjang Root Panjang Tip Ketebalan Plat Gambar 2.
3 Pendekatan metode elemen hingga kasus Bird Strike .
Karakteristik Smooth Particle Hydrodynamics metode komputasi yang digunakan untuk kontinum, seperti mekanika padat dan aliran fluida.
Metode ini adalah metode Lagrangian meshfree .
erkoordinasi untuk bergerak dengan fluid.
, dan resolusi metode dapat dengan mudah disesuaikan sehubungan dengan variable seperti densitas, sehingga masing-masing nodal mengikuti respon struktur ketika terjadi pembebanan, baik berupa gerak maupun Setiap partikel memiliki massa, kecepatan dan hukum material yang terdapat pada masing-masing partikel Pada penelitian ini metode yang digunakan adalah pendekatan dengan Smooth Particle Hydrodynamics (SPH) Gambar 2.
Gambar 3.
1 Airfoil NACA 653-218 Gambar 3.
2 Model struktur leading edge yang sudah dipotong dan disederhanakan untuk lebih memfokuskan pada titik deformasi terjadinya tumbukan dengan burung Tabel 3.
2 Geometri Simulasi Burung Radius Panjang Panjang Total Massa Gambar 2.
4 Simulasi bird strike pada plat rigid dengan impactor SPH .
0,057 0,114 0,228 Gambar 4.
1 Grafik tumbukan sudut 0O dengan kecepatan 75m/s Gambar 3.
3 Model burung untuk simulasi Data material yang digunaan untuk simulasi ini adalah material Aluminium 2024 T4 untuk model Leading Edge serta burung dengan kondisi sebenarnya memiliki karakteristik khusus terdiri dari tulang, darah, dan daging.
Dalam simulasi ini, glatin digunakan sebagai pengganti burung yang mana dapat menyerupai kecepatan tinggi.
Penggunaan glatin persamaan kondisi air secara akurat dan daging burung.
Glatin memiliki kepadat sekitar 0,938 gcm -3, karena lebih dari 90% mengandung air.
Gambar 4.
2 Grafik tumbukan sudut 0O dengan kecepatan 100m/s Tabel 3.
3 Data Material Struktur Leading Edge .
dan Model Burung .
Gambar 4.
3 Grafik tumbukan sudut 0O dengan kecepatan 125m/s Gambar 4.
4 Grafik tumbukan sudut 0O dengan kecepatan 150m/s Gamba 3.
4 Pemodelan pada simulasi IV.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Force and Time Analisis Bird Hit atau Bird Strike menggunakan 8 variasi, 4 kecepatan 75 m/s, 100 m/s, 125 m/s, 150 m/s dan 2 variasi sudut 0o dan 45o.
Hasil simulasi berupa diagram data force vs time sebagai berikut :
Gambar 4.
5 Grafik tumbukan sudut 45O dengan kecepatan 75m/s Gambar 4.
6 Grafik tumbukan sudut 45O dengan kecepatan 100m/s Gambar 4.
9 Visualisasi tabrak burung sudut 0O kecepatan 150m/s.
Displacement/magnitute dan Stress/Mises Gambar 4.
7 Grafik tumbukan sudut 45O dengan kecepatan 125m/s Gambar 4.
10 Visualisasi tabrak burung sudut 45O kecepatan 150m/s.
Displacement/magnitute dan Stress/Mises Dari hasil simulasi yang dilakukan pada setiap model, resultan gaya dapat dilihat pada Tabel 4.
Gambar 4.
8 Grafik tumbukan sudut 45O dengan kecepatan 150m/s Tabel 4.
1 Perbandingan force dan Dari Gambar 4.
1 hingga Gambar 8 grafik force vs time menunjukkan deformasi yang terjadi tidaklah sama pada setiap model.
Dari hasil simulasi yang dilakukan pada setiap model, resultan gaya dapat diketahui adanya perubahan gaya dan di sisi lain menunjukkan adanya perubahan bentuk pada model leading edge.
Visualisasi perubahan deformasi pada tumbukan setiap kecepatan dan arah sudut 0o dengan kecepatan 150 m/s memiliki gaya maksimal sebesar 17,24 kN yang ditunjukkan pada Gambar 4.
9 dan Gambar 4.
KESIMPULAN
Berdasarkan hingga untuk kasus tumbukan pada 8 model Leading Edge, maka didapatkan hasil nilai force.
Pada model dengan sudut 0o kecepatan 150 m/s menerima gaya paling besar yaitu 17,24 kN.
DAFTAR PUSTAKA