DASAR AERODINAMIKA HUKUM PERGERAKAN UDARA DAN VARIABEL DASAR AERODINAMIKA 1 Hukum Pergerakan Udara. • a. Hukum Newton I. Fvertikal = 0 ; FHorisontal = 0 ; MCG = 0 • b. Hukum Newton II a = F/m F= m.a • c. Hukum Newton III. Reaksi /Aksi = - reaksi 2 Atmosfir. • Pada ketinggian tertentu terjadi perubahan : 1 Tekanan 2 Temperatur 3 Kelembaban 4 Kekentalan 5 Kerapatan udara. 3 Komposisi Udara. : Komposisi gas di dalam udara adalah sebagai berikut : 1. Gas Nitrogen (78 %), 2. Gas Oksigen (21 %), 3. Gas-gas lainnya yang terdiri (1%). a. Argon, b. Karbon Dioksida, c. Hidrogen, d. Helium, e. Neon dll. 4 • Prosentase ini adalah diukur dari volume, tidak dari prosentase berat. • jumlah oksigen pada komposisi udara sangat berpengaruh terhadap pembakaran pada engine pesawat terbang. • Di dunia penerbangan gas helium digunakan untuk pengisian Balon Udara • gas Hidrogen sangat berbahaya dapat digunakan sebagai bom atom. 5 Variabel-variabel dasar Aerodinamika • Variabel-variabel yang sering digunakan dalam membahas aerodinamik adalah : 1. tekanan, 2. kerapatan udara, 3. temperatur 4. kecepatan aliran udara. 6 Tekanan Udara. • Tekanan adalah gaya normal per satuan luas area pada permukaan di mana waktu rata-rata perubahan momentum molekul gas bertubrukan pada permukaan. • didefinisikan sebagai gaya per satuan luas maka luasnya permukaannya tidak harus 1 m2 atau ft2 • Untuk mengukur tekanan udara dipergunakan alat yang disebut Barometer atau Manometer 7 Lanjutan • Barometer dipergunakan untuk mengukur tekanan udara di dalam ruangan yang terbuka • Manometer digunakan untuk mengukur tekanan udara di dalam ruangan yang tertutup • Pressure (p), untuk tekanan pada permukaan laut (p0) adalah 2116 lbs/ft2 • tekanan pada ketinggian 18000 ft besarnya adalah 1057 lbs/ft2 (setengah dari P0) sehingga 18000 ft disebut sebagai Half Of The Atmosphere 8 Lanjutan • Ratio Tekanan (Pressure Ratio) :merupakan perbandingan tekanan udara suatu ketinggian dengan tekanan udara dipermukaan laut ( ) (Delta). • Tekanan Udara dinyatakan dalam : Kg/cm2 , Cm Hg, Inch Hg, lbs/ft2 (Psf), N/m2 (Pascal), N/mm2 (Mpa), Lb/in2 (Psi) 9 Temperatur Udara. • Perubahan Temperatur Udara yang disebabkan oleh kenaikan ketinggian secara garis besarnya adalah sebagai berikut : 1) Temperatur pada permukaan laut : + l50 C dari permukaan laut sampai dengan 11 Km temperatur akan turun 6,5 0 C untuk setiap kenaikan satu Km. 2) Temperatur diatas ketinggian 11 Km sampai dengan 20 Km. selalu konstan pada temperatur -56,5 0 C. 3) Pada ketinggian diatas 20 Km sampai dengan 32 Km temperatur akan naik 10 C untuk setiap kenaikan satu Km 10 Lanjutan • kenyamanan penerbangan diperlukan temperatur sekitar 200 C sampai 230 C • Perbandingan Ambient Air Temperature dengan Standard Sea Level Air Temperature disebut Temperature Ratio () • Temperatur T gas adalah berbanding lurus dengan ratarata energi kinetik molekul dalam fluida. EK = 3/2 k T di mana k adalah konstanta Boltzman 11 Kelembaban Udara (Humidity). • Banyak sedikitnya uap air di dalam udara akan mempengaruhi besar kecilnya kelembaban udara. • Kelembaban disebut Absolut Massa uap air untuk tiap satuan volume • Kelembaban Relatif adalah perbandingan antara tekanan bagian uap air dengan tekanan uap air absolut • Kelembaban udara relatif 60 % artinya adalah pada temperatur tertentu udara mengandung 60 % uap air yang diperlukan untuk membuat udara tersebut jenuh. • Kelembaban yang baik bagi kenyamanan dan kesehatan manusia adalah sekitar 55 %. 12 Kekentalan Udara (Viscosity). • Kekentalan udara pada suatu daerah dipengaruhi oleh keadaan temperatur setempat • Pada daerah yang makin tinggi temperaturnya, viscosity makin kecil berarti kemampuan bergerak makin tinggi. • Koefisien Kekentalan Udara Absolut ditulis dengan notasi (miu). 13 Kerapatan Udara (Density). • kerapatan udara didefinisikan sebagai massa per satuan volume udara. • Kerapatan udara notasinya adalah (rho) dengan dimensi slug/ft3 atau kg/m3, (1 slug = 1 lb.sec2/ft). • Perbandingan antara ambient air density dan density pada sea level conditions disebut density ratio dengan notasi (sigma). Pressure Ratio Density Ratio = Temperature Ratio 14 Kecepatan aliran. • Prinsip utama aerodinamika adalah pergerakan fluida. • Pengertian kecepatan fluida akan sama dengan bila benda bergerak pada fluida yang diam 15 International Standard Atmosphere (ISA). • diperlukan untuk menghindari kesalahankesalahan perhitungan, karena kondisi udara dalam atmosfir tidak selalu sama, selalu berubah setiap saat • besaran standard antara lain tekanan, temperatur, kerapatan udara dan kecepatan suara dikaitkan dengan perbedaan ketinggian dari permukaan air laut 16 Pembagian Lapisan Udara. • Pembagian Lapisan Udara yang terdapat di Bumi adalah sebagai berikut : a. Troposfir (Ketinggian mencapai 11.000 16.000 m) b. Stratosfir (Ketinggian mencapai 80.000 110.000 m) c. Ionosfir (Ketinggian antara 110.000 500.000 m) e. Exosfir (Ketinggian antara 500.000 1.000.000 m) 17 BAB II DASAR AERODINAMIKA AIRCRAFT TERMINOLOGI 18 Aircraft Terminologi a. b. c. d. e. Aeroprofil Terminologi (airfoil terminologi). Wing Planform Terminologi. Control Surface. Sumbu-sumbu Pesawat Terbang. Gerakan Dasar Pesawat Terbang 19 Aeroprofil Terminologi a. Chord Line. Adalah garis lurus yang menghubungkan Leading Edge dan Trailling Edge. b. Chord. Jarak antara Leading Edge dengan Trailling Edge c. Mean Camber Line adalah garis lengkung yang ditarik diantara Lower dan Upper Surface (permukaan bawah dan atas). d. Maksimum Thickness. Jarak yang terbesar/terjauh antara Upper Surface dan Lower Surface. e. Maksimum Camber. Jarak yang terbesar antara Mean Camber Line dengan Chord Line. 20 f. Leading Edge (LE). Titik terdepan dari Aeroprofil. g. Trailling Edge (TE). Titik yang paling belakang dari Aeroprofil. h. Radius Leading Edge. Jari-jari lingkaran yang melalui LE. i. Upper Surface. Garis lengkung disebelah atas aeroprofil (permukaan atas airfoil). 21 j. Lower Surface. Garis Lengkung disebelah bawah aeroprofil. (permukaan bawah airfoil). k. Angle of Attack. Sudut antara Relative Wind dengan Chord Line. Notasinya ditulis (alpha). l. Lift. Komponen Aerodynamic Force yang tegak lurus dengan Relative Wind. m. Drag. Komponen Aerodynamic Force yang sejajar dengan Relative Wind. 22 Aeroprofil Terminologi 23 Wing Planform Terminologi a. Span (b). Span adalah bentang panjang sayap yang diukur dari wing tip ke wing tip (ujung sayap ke ujung sayap). b. Chord (c). Chord adalah panjang geometis sayap yang diukur dari leading edge sampai trailing edge. c. Leading Edge (LE). Leading edge adalah titik (posisi) paling depan dari geometri sayap. d. Trailing Edge (TE). Trailing edge adalah titik (posisi) paling belakang dari geometri sayap. e. Luas sayap (S). Luas sayap adalah luas seluruh permukaan sayap yang merupakan perkalian dari chord dengan span, S = b x c. f. Aspect Ratio (AR). Aspect ratio adalah perbandingan antara span dengan chord sayap atau perbandingan antara kuadrat span dengan luas sayap. 24 g. Wing Tip chord (CT). Wing tip chord adalah besaran chord yang diukur pada ujung luar sayap. h. Wing Root chord (CR). Wing root chord adalah besaran chord yang diukur pada bidang simetri pesawat (bagian tengah sayap). i. Taper Ratio (). Taper ratio adalah perbandingan antara wing tip chord dan wing root chord. j. Sweep Angle (). Sweep angle adalah besaran sudut kemiringan sayap yang diukur dari garis 25% chord dan tegak lurus dengan center line. Dalam istilah lain juga dikenal adanya sweep angle leading edge (LE) yaitu sudut sweep yang diukur dari leading edge sayap dengan garis tegak lurus bidang simetri sayap. k. Mean Aerodinamic Chord (MAC). Mean aerodinamic chord adalah chord yang ditarik secara geographicall center dari luas sayap. l. Sudut Dehidral (). Sudut dehidral adalah besaran sudut kemiringan sayap terhadap garis horisontal. 25 TNI AU TNI AU c b cR c b S = Wing area [m2 ; ft2] b = span wing [m ; ft] c = chord sayap [m ; ft] AR = Aspect Ratio AR = b/c = b2/S CR = Root wing Chord [m ; ft] CT = Wing Tip Chord [m ; ft] = Taper Ratio = CT/CR = Sweep angle [degree] = Sudut dehedral sayap 26 Control Surface a. Bidang kemudi guling (Aileron). Aileron terdapat di kiri dan kanan sayap pesawat terbang dan digerakan oleh stick control aileron digerakkan dengan jalan menggerakkan batang kemudi, misalnya ke kiri, maka aileron bagian kiri akan naik, sebaliknya aileron bagian kanan akan turun 27 aileron 28 b. Bidang kemudi tinggi (Elevator). Elevator ini dipasang pada bagian belakang bidang horisontal stabilisator dan dipasang pada sebelah kanan dan kiri. Kedua bagian elevator tersebut bergerak ke atas dan ke bawah membentuk sudut bukaan, sehingga terjadi tendensi hidung pesawat terbang akan turun . 29 Elevator 30 c. Bidang kemudi arah (Rudder). -Rudder ini dipasang di belakang bidang vertical stabilisator (vertical stabilizer). -Rudder adalah bagian control surface yang dipergunakan untuk mengontrol stabilitas arah (directional stability). 31 PERGERAKAN RUDDER - - Pergerakan pedal rudder bagian kanan ke depan maka bidang rudder akan bergerak ke sebelah kanan. Demikian sebaliknya, bila pedal rudder kiri digerakkan ke depan, maka pesawat terbang akan berputar mengelilingi sumbu tegak ke arah kiri. 32 Sumbu-sumbu Pesawat Terbang a. Sumbu Memanjang (Longitudinal Axis) garis lurus merentang dari depan ke belakang melalui titik berat pesawat terbang (Centre of Gravity) b. Sumbu Melintang (Lateral Axis) garis lurus melintang pesawat terbang. c. Sumbu Tegak (Vertical Axis) garis lurus dan berdiri tegak lurus terhadap bidang yang dibentuk oleh sumbu memanjang dan sumbu melintang 33 Sumbu-sumbu dan Gerakan Pesawat Terbang 34 Gerakan Dasar Pesawat Terbang a. Gerakan berguling (Rolling dan Banking) gerakan pesawat terbang yang mengelilingi sumbu memanjang. b. Gerakan berputar (Yawing) gerakan pesawat terbang yang mengelilingi sumbu tegak (vertical axis) c. Gerakan naik-turun (Pitching) gerakan pesawat terbang yang mengelilingi sumbu melintang (lateral axis) 35 DASAR AERODINAMIKA bab iii ALIRAN UDARA DAN PENGUKURAN KECEPATAN UDARA 36 ALIRAN UDARA DAN PENGUKURAN KECEPATAN UDARA Terjadinya gaya-gaya pada pesawat terbang dapat diketahui dari aliran udara. Air Speed. Kecepatan pesawat terbang relatif terhadap udara Ground Speed. Kecepatan arus udara terhadap bumi 37 Aliran Udara. • aliran udara merupakan lintasan dari tiap butir-butir udara, yang mana merupakan tangens untuk setiap titik-titik yang berimpit dengan arah vektor kecepatan. • aliran udara tetap (Steady state Flow), aliran udara tersebut tidak berubah dengan perubahan waktu • aliran udara tidak tetap (UnsteadyFlow) maka arus tersebut merupakan fungsi dari waktu 38 Gesekan Permukaan (Skin Friction) Besarnya terrgantung dari : • • • • • Keadaan permukaan benda. Kecepatan Udara yang mengalir. Letak benda terhadap arah aliran udara. Kerapatan udara (). Kekentalan Udara (). 39 Lapisan Batas (Boundary Layer) • Boundary Layer adalah batas dari lapisan udara yang mengalir melalui sebuah benda dengan kecepatan lapisan udara dari yang terkecil sampai suatu daerah yang mempunyai kecepatan lapisan yang maksimum (kecepatan lapisan udara yang berubah-ubah dengan lapisan udara yang konstan) 40 Aliran Udara Laminar (Laminar Air Flow) • aliran udara yang mengalir berupa lapisanlapisan udara yang rata serta sejajar dengan permukaan benda disebut aliran udara laminar. 41 Aliran Udara Turbulen (Turbulence Air Flow) • Aliran udara turbulen merupkan aliran udara yang tidak rata dan kasar dan membentuk sudut yang besar terhadap arah aliran udara , membentuk aliran udara dengan lapisan-lapisan udara yang tidak teratur dan berubah arah (berpusar). 42 Aliran Udara Laminar dan Turbulen pada Sebuah Airfoil • udara yang mengalir pada sebuah airfoil maka akan didapatkan aliran udara laminar mulai dari Leading Edge kearah belakang airfoil dan aliran akan berubah menjadi aliran udara turbulen disuatu titik yang disebut Titik Separasi (Separation Point). Gambar 3. 6 : Aliran Udara Laminar dan Turbulent 43 Massa Arus Udara (Mass Air Flow) Aliran udara yang kembali ke depan Dinding yang berlobang-lobang Kipas Angin Motor Listrik Aliran udara Sarang Tawon Kolektor terowongan angin (Wind Tunel , Aero Tunel) dengan luas penampang (A) yang berbeda-beda ,apabila massa udara yang masuk ke dalam dan keluar dari terowongan angin tetap (steady state flow) maka debit aliran udara (volumetric flow) itu juga sama 44 • Berlaku rumus: * Volumetric Flow = A x V = Ft 2 x Ft / Sec = Ft 3 / Sec *Mass Air Flow =Volumetric Flow x Density =A x V x = Ft 3 / Sec = Slugs / Sec x Slugs / Ft3 45 Persamaan Kontinuitas (Continuity Equation) • massa udara yang masuk terowongan angin adalah konstan untuk setiap penampang pada terowongan angin maka persamaannya yg berlaku adalah 1 A 1 V 1 = 2 A2V 2 = 3 A 3 V 3 = Mass Air Flow • untuk semua kecepatan pada steady-state flow dengan tidak ada perubahan density sehingga density pada persamaan diatas dapat dihilangkan sehingga : A1 V1 = A2 V2 = Konstan A3 V3 = 46 Persamaan Bernoulli (Bernoulli Equation) • Menyatakan bahwa aliran udara yang bergerak laminar dan bersifat aliran udara yang tetap (steady state flow), tidak dapat ditekan (incompressibility) dan tidak bersifat kental (nonviscous) Energi Potensial mxgx h + + Energi Kinetis + Energi Tekan ½xmxV2 + p = = Konstan Konstan • Karena dalam aliran udara ini tidak ada perbedaan ketinggian atau h = 0 , maka Teori Bernoulli menjadi Energi Kinetis + Energi Tekan ½xmxV2 + p = = Konstan Konstan 47 Pipa Venturi (Venturi Tube). • Pada persamaan kontinuitas diketahui kecepatan V1 (bila diketahui V2 ): V2 = A 1 / A2 x V1 • Atau dengan persamaaan bernaulli (dengan memasukkan nilai v2 pada pers diatas ): 2(p p ) V1 1 A 1 ρ A 2 2 2 1 48 Pitot Tube. 49 Pitot Tube merupakan pipa ,terdiri dua bagian pipa besar dgn beberapa lubang-lubang kecil (Static Port) di mana pipa besar ini dihubungkan oleh flexible hoses ke Static Chamber yang terdapat di dalam Airspeed Indicator Dasar yang digunakan pada pitot tube adalah pers. Bernoulli: • Dimana menyatakan bahwq dynamic pressure adalah : q = Ptot - Ps Damana : q = Dynamic Pressure Ps = Static Pressure Ptot = Total Pressure (Head Pressure). 50 Kesalahan-kesalahan Pengukuran Kecepatan dapat terjadi pada Airspeed Indicator sehingga perlu diadakan koreksi. Kesalahan tersebut adalah a. pembuatannya tidak dapat sempurna. b. Kesalahan posisi dan disain. c. adanya perubahan tekanan atmosfir , karena perubahan ketinggian dan kecepatan yang sangat cepat. d. kecerobohan pemeliharaan instrument (terjadinya kebocoran pada flexible hoses atau tersumbatnya saluran). 51 Istilah–Istilah Airspeed (Airspeed Conversion). • Indicated Airspeed (IAS atau Vi):kecepatan pesawat terbang pembacaan pada instrumen Airspeed Indicator. • Basic Airspeed (BAS atau Vb): kecepatan pesawat terbang yang telah diadakan koreksi pada IAS karena faktor kesalahan instrumen. • Calibrated Airspeed (CAS atau Vc): kecepatan pesawat terbang yang didapatkan dari koreksi karena adanya kesalahan letak dari posisi Pitot Tube terhadap gerakan pesawat terbang. • Equivalent Airspeed (EAS atau Ve): kecepatan pesawat terbang didapatkan dari koreksi akibat pengaruh sifat fisik udara yang compressibility. • True Airspeed (TAS atau V):kecepatan pesawat terbang yang sebenarnya. berdasarkan 52 bab iv DASAR AERODINAMIKA GAYA ANGKAT 53 Teori Sayap • aliran udara bag atas lebih cepat dengan tekanan statisnya rendah • aliran udara bag bawah airfoil tekanan udara statisnya lebih besar, • perbedaan distribusi tekanan berpengaruh terhadap luas (S) , menyebabkan terjadinya gaya ke atas (Aerodynamic Force) atau disebut pula dengan sebutan Total Reaction. 54 Pembagian Tekanan Udara di Airfoil Percobaan di Wind Tunnel • cairan di tabung-tabung awalnya tingginya sama. • Begitu airfoil dialiri udara, ketinggian cairan di tabung-tabung berubah sesuai dengan tekanan udara (static pressure) pada setiap lubang. • Dengan pengujian berulang dengan menggunakan angle of attack yang berbeda akan tampak perubahan pressure distribution • Perubahan angle of attack menyebabkan perubahan besarnya lift 55 Centre Of Pressure • Merupakan titik pada Chord Line yang merupakan titik tangkap dari Resultant Force (Total Reaction), dimana letaknya tergantung dengan perubahan Angle Of Attack. • Beberapa literatur menyatakan letak CoP sama dengan letak Centre of lift ataupun centre of gravity. • AoA berubah besar maka CoP akan bergerak ke depan kearah Leading Edge • Pada AOA tertentu (lebih besar dari 16 0 ) maka CoP akan bergerak kebelakang kembali. • Tetapi kejadiannya berlainan pada plat datar bila AOA membesar maka CP akan bergerak kebelakang. 56 Aerodynamic Centre (AC). • Merupakan suatu titik diairfoil dimana secara teoritis dianggap CoP posisinya selalu tetap walaupun AOA berubah-rubah besarnya • Didasarkan pada perhitungan Aerodinamika yang serasa menyulitkan karena adanya perubahan sudut serang akan merubah besarnya Lift dan gaya-gaya yang lainnya, tentunya posisi Centre of Pressure 57 Aerodynamic Force • Merupakan gaya yang terjadi pada sebuah airfoil terdiri dari Lift dan Drag • Besarnya dapat berubah-rubah tergantung daripada beberapa variable. a. Airstream Velocity (V) b. Airstream density () c. Surface Area (S) d. Shape or profile of the surface e. Angle of Attack () f. Viscosity effects g. Compressibility effects 58 Faktor-faktor Penting di Aerodynamic Force Faktor-faktor Penting di Aerodynamic Force (FAF) antara lain: -Surface Area (ft2 ; m2) (S) -Dynamic pressure of airstream (q) (1/2 V2) -Coeficient Aerodynamic Force (CAF) Dirumuskan: FAF = CAF . q . S (Lbs ; Newton) 59 Lift Force (Gaya Angkat) • Komponen aerodynamic force yang tegak lurus dengan relative wind adalah Lift L = CL ½ V2 S 60 Hubungan AOA dengan Kecepatan Pesawat Terbang • Kecepatan dan CL adalah merupakan variable yang paling effektif yang harus dikontrol oleh penerbang untuk mempertahankan Lift. • Penerbang harus mempertahankan konstan lift bila kecepatan berkurang tetapi ketinggian harus tetap (level flight) dengan cara memperbesar AOAp , untuk memperbesar CL L = ½ V 2 S CL 61 BAB V DASAR AERODINAMIKA GAYA HAMBAT 62 Gaya Hambat Persamaan Gaya Hambat • Drag komponen aerodynamic force yang sejajar Relative Wind dan arahnya berlawanan dengan arah gerak pesawat. • Kerugian: -menurunnya efisiensi -menurunnya performa pesawat. 63 • Drag pada pesbang subsonic: - parasite drag. - induce drag. • Drag pada pesbang supersonic: - parasite drag. - wave drag. 64 Parasite Drag • Merupakan drag yang ditimbulkan o/ bagian pesbang yang tidak hasilkan lift. • Faktor yang menyebabkan: - pemindahan udara ( krn pergerakan pesbang) - adanya turbulensi pada aliran udara - kehalusan permukaan, bentuk, ukuran, design. 65 Aeroprofil Drag • Drag yang dihasilkan oleh benda di pesbang yang menghasilkan lift. • Benda2 yang menghsailkan lift: -Wing. -Horstab. -Canard. -dll. 66 • Pd Gb. diatas, pada airfoil terdapat perbedaan distribusi tekanan shg timbul gaya ke atas (Aerodynamic Force) atau Total Reaction. Gaya ini merupakan uraian dua komponen gaya angkat (lift) dan yang sejajar dengan aliran udara / relative wind yang disebut gaya hambat (drag). 67 Induce Drag • Drag yang ditimbulkan krn aliran udara di sayap, khususnya (wing tip) terjadi aliran yang mengalir dari bawah keatas (free vortex) dan pesawat terbang itu sendiri bergerak kedepan • Induce drag terjadi karena adanya down wash velocity. 68 • Down wash velocity Suatu keadaan dimana aliran bertekanan tinggi akan masuk ke bagian yang bertekanan rendah pada sayap yang berspan terbatas, dengan adanya aliran udara yang searah dengan relative wind, maka aliran yang masuk ke upper wing akan dibelokkan, dan akan timbul induce drag. 69 F Total Reaction I L I Di • Dengan adanya down wash velocity ini maka arah free streem akan dibelokkan shg AoA akan berubah yang besarnya: CL AR 70 • Sehingga besarnya induce drag yang ada adalah: CDi = CL x Δα • Penurunan dari rumus sebelumnnnya didapatkan: CDi CL 2 AR Dimana: CDi= Induce drag CL = koefisien lift AR= Aspek ratio 71 Sehingga perubahan AoA menjadi: = 0 + I Dimana: = 0 = I = Wing Angle of Attack Aeroprofil (Section) AoA Induced Angle of Attack 72 Total Drag (DT) • Merupakan komponen Aerodynamic Force yang sejajar dengan Flight Path atau Relative Wind dan tidak perlu sejajar dengan Thrust Vector dan merupakan penjumlahan drag yang terjadi DT = CDP + CDi DT = ½ V2 S CDi 73 Coefficient of Drag (CD) CD = CF Sin 74 Lift/Drag Ratio • perbandingan antara Lift dan Drag yang disebut dengan Lift/Drag Ratio • Pesawat terbang dengan harga L/D ratio yang lebih besar akan lebih effisien dari pada yang harga L/D ratio lebih kecil • Rumus yang digunakan untuk menentukan L/D adalah: 2 L D ρ V S CL CL 1 ρ V2 S C CD 2 D 1 2 75 Pembagian Type Pesawat Terbang menurut Harga L/Dmax • Pembagian Type Pesawat Terbang menurut Harga L/Dmax adalah: a. High Performance sailplane 25 --- 40 b. Typical patrol atau Transport 12 --- 20 c. High Performance Bomber 20 --- 25 d. Propeller Powered Trainer 10 --- 15 e. Jet Trainer 14 --- 16 f. Transonic Fighter 10 --- 13 g. Supersonic Fighter 4 --- 9 76 BAB VI DASAR AERODINAMIKA KLASIFIKASI AIRFOIL DAN REYNOLDS NUMBER 77 KLASIFIKASI AIRFOIL • Klasifikasi airfoil menunjukan macam atau bentuk sebuah airfoil dengan penomoran airfoil • beberapa negara produksi pesawat terbang membuat aturan sendiri , CONTOH: Inggris RAF (Royal Aircraf Factory) skrg menjadi RAE (Royal Aircraft Establishment), Jerman Gonttingen \ Amerika (1926) Clark Y. • Tahun 1935 dikeluarkan National Advisory Committee For Aeronautics (NACA) yang menggunakan angka-angka dan huruf. 78 Sistim Penomoran NACA • NACA sistim 4 angka : 1) 2) 3) Angka pertama adalah camber maksimum dalam prosen dari panjang chord (Chord Line). Angka kedua adalah letak camber maksimum dari leading edge dan dinyatakan dalam persepuluh dari panjang Chord Line. Dua angka terakhir menyatakkan tebal airfoil dalam prosen dari panjang Chord Line. Contoh : NACA 4 4 15 4 x 1% = 0,04 Chord Camber maksimum 4 x 10% C = 0,4 Chord Jarak camber maksimum. dari Leading Edge 15 x 1% C = 0,15 Chord Tebal maksimum 79 • NACA sistim 5 angka 1. Angka pertama menunjukkan 3/2 koefisien lift dan dinyatakan dalam persepuluh, selain itu angka pertama ini menunjukkan camber maksimum dan dinyatakan dalam persen dari panjang chord line. 2. Angka kedua dan ketiga bersama-sama menunjukkan dua kali jarak camber maximum dari leading edge dan dinyatakan dalam persen kali panjang chord line. 3. Dua angka terakhir menunjukkan tebal maksimum dan dinyatakan dalam persen kali panjang chord line. Contoh : NACA 2 3 0 1 2 2 x 3/2 x 1/10 =0,3 CL optimal 2 x 1 % Chord = 0,02 C Camber maksimum 30 x ½ % Chord = 0,15 C Jarak Camber Maksimum dari Leading Edge 12 x 1 % Chord = 0,12 C Tebal Maksimum 80 • NACA sistim 6 angka Airfoil NACA seri 6 mempunyai Camber Line yang memberikan keseragaman distribusi beban gaya normal dari Leading Edge sampai pada suatu tempat dengan jarak X dari Leading Edge dan pembebanan menurun secara linier dari tempat itu sampai ke Trailing Edge. Contoh : 1) NACA 6 4, 2 – 2 15 6, menyatakan seri airfoil 4 x 10 % Chord = 0,4 C Posisi minimal pressure dari LE 2 x 10 % = 0,2 CL desain koefisien lift untuk airfoil 2 x 10 % = 0,2 koefisien lift desain 15 x 1 % Chord = 0,15 C TebalMaksimum 81 Reynolds number • Reynolds number pada dasarnya merupakan perbandingan antara gaya inersia dengan gaya viscous/kekentalan RN = ρ.V l μ = Inertia force Viscous force Dimana : RN = Bilangan Reynold (tanpa dimensi) = Density udara (kg/m3) V = Kecepatan udara (m/det) = Koefisien viscositas (kg/m.det) l = Panjang model uji (airfoil, flat datar dsb.) 82 • Bilangan Reynold tinggi maka aliran udara bergerak dgn kecepatan yang besar sehingga dengan perbandingan ini dapat terlihat bagaimana mulusnya aliran udara diatas permukaan Sayap, jika dibandingkan aliran dengan bilangan Reynolds yang lebih rendah. 83 Pusaran (Vortices). • Trailing Edge Vortices. pertemuan aliran pada upper dan lower wing, maka pada Trailing Edge (TE.) sayap, menghasilkan pusaran (VORTEX) sepanjang TE. • Wing Tip Vortices (Free Vortices). Kedua aliran udara pada upper dan lower wing di daerah trailing edge dari ujung sayap saling bertemu dan menghasilkan pusaran udara (VORTEX), dinamakan Wing Tip Vortices. 84 BAB VII DASAR AERODINAMIKA STALL 85 Aerodynamic Stall • Kondisi dimana pesawat terbang mempunyai sudut serang besar tetapi harga CL menurun • Terjadi karena Boundary Layer Separation di upper surface shg terjadi aliran udara turbulen sehingga static pressure di upper surface wing menjadi bertambah besar • kecepatan aliran udara berkurang (hilang) shg stall karena sudut serang terlalu besar 86 Stalling Angle of Attack • angle of attack yang lebih besar daripada critical angle of attack ( kritis, CL maksimum) akan menyebabkan stalling AoA • disebut pula dengan stall region 87 Penyebab Terjadinya Stall. • Garis kurva lurus menunjukan sayap masih mempunyai sudut serang dengan aliran udara laminar sampai dengan trailing edge. • Setelah disebelah kanan daerah puncak kurva, mulailah menjadi boundary layer separation yang mengakibatkan aliran udara turbulen. • Apabila sudut serang makin diperbesar maka boundary layer separation akan bergerak kedepan 88 Aeroprofil Pada Beberapa Sudut Serang 89 Stall Warning. • Aerodynamic Stall warning adalah peringatan dini sebelum terjadinya stall pada pesawat terbang • aliran udara turbulen yang menyebabkan timbulnya getaran yang terjadi di pesawat terbang • Getaran ini bisa terjadi di savap pesawat terbang ataupun di horizontal stabilisator 90 • Usaha-usaha yang dibuat untuk tidak terjadi hal diatas adalah sebagai berikut: a. Geometric Twist. b.Aerodynamic Twist. c. Stall Strip d. Wing Fences. e. Mechanical Stall Warning. 91 a. Geometric Twist. METODE yang digunakan: • Dengan membuat daerah pangkal sayap (wing root) stall terlebih dahulu dari daerah ujung sayap (wing tip) • Dengan memberikan pluntiran (twisted), sudut pemasangan sayap (angle of incidence, AoI) di wing root • AoI dibuat lebih besar sekitar 3° dari Aol wing tip sehingga daerah wing root akan stall lebih dahulu karena telah mencapai sudut serang kritis. 92 b. Aerodynamic Twist. • Hampir sama dengan Geometric Twist hanya angle of incidence tidak dibuat berbeda tetapi type aeroprofil yang digunakan sepanjang sayap dibuat berlainan • Perbedaan type aeroprofil menyebabkan besaran sudut serang yang sama akan mempunyai perbedaan CL maksimum yang berlainan • Sehingga daerah wing root mempunyai harga CL maksimum lebih besar. 93 c. Stall Strip • menggunakan stall strip yang dipasang pada leading edge sayap • didaerah dibelakang stall strip akan lebih cepat terjadi boundary layer separation. 94 d. Wing Fences. • Khusus pesawat dengan wing swept back karena tendensi terjadinya stall pada daerah wing tip akibat pengaruh adanya spanwise flow. • Maka dengan adanya wing fences spanwise flow dapat dibatasi alirannya untuk tidak terjadinya turbulen karena boundary layer separation di daerah wing tip. 95 e. Mechanical Stall Warning • 1) • 2) Lift Transducer - Peralatan dipasang di daerah leading edge berupa Flapper Switch - Bila posisi pesawat pada sudut serang besar maka relative wind akan menekan.flapper switch keatas - Sistim warning menyala dan memberitahukan terjadinya stall. Angle of Attack Indicating System. - terdiri dari sebuah probe position yang dipasang di fuselage yang dialiri oleh udara (relative wind) menunjukan besarnya sudut serang pesawat - Memberi warning kepada penerbang secara audio atau getaran pada sistim kemudi (Stick Shaker) ataupun berupa warning light 96 Lift Transducer 97 Stall Recovery. • recover dari stall dilakukan apabila sudut serang terlalu besar harus diperkecil dengan control stick forward • Perbesar power dan berikan opposite rudder jika salah satu wing tip turun. 98 Kecepatan Stall. • Merupakan kecepatan terbang minimum yang diperlukan untuk dapat mempertahankan ketinggian terbang (steady flight) pada Koefisien lift maksimum Vmin 2L ρ.S.CL maks dimana : Vmin = stall speed, [knot ; m/s ; ft/s] W = gross weight, [lbs : N] CLmaks = airplane maximum lift coefecient. = density [slug/ft3 ; kg/m3] S = wing area, [m ; ft] 99 faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan stall: a. Pengaruh Perubahan Berat. VS 2 W2 VS1 W1 • b. Pengaruh Dari Terbang Manouver. • c. Pengaruh Hight Lift Devices. VSf VS • d. Pengaruh Akselerasi • f. Pengaruh Ketinggian [ h ]. L 1 n W cos CL maks CLmf 2nW Vs CLmaks s Vs1 Vs 2 ρ2 ρ1 100 BAB VIII DASAR AERODINAMIKA HIGH LIFT DEVICES 101 Kecepatan Terbang Minimum Vmin 2 L ρ.S.C L maks • Merupakan kecepatan paling kecil yang masih memungkinkan pesawat masih mempunyai gaya angkat. 102 Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Kecepatan Terbang Minimum: • • • • (L) gaya angkat () kerapatan udara (S) Luas sayap (CL) Koefesien Lift Cara untuk mendapatkan kecepatan terbang yang minimum dengan cara memperbesar mean camber (menggunakan alat yang disebut High Lift Devices). Yang dimaksud dengan High Lift Devices adalah a. Bidang Flap. b. Slot dan Slat. 103 Methode untuk pembuatan High Lift Devices (HLD). • a. Camber Change. Merubah Aeroprofil Camber sayap lebih melengkung shg ada perbedaan besar pd kecepatan aliran udara diatas dengan dibawah sayap. Perbedaan distribusi tekanan mengakibatkan lift yang terjadi disayap menjadi lebih besar. • b. Delay of Boundary layer Separation 1) Suction Boundary Layer Control. 2) Blowing Boundary Layer Control. 3) Vortex Generator. 104 Pengaruh High Lift Devices Terhadap Lift.. 105 Pengaruh Bidang Flap Terhadap Gaya Angkat Yang Timbul • penurunan sudut bukaan maka akan mendapatkan penambahan gaya angkat • Penambahan gaya angkat diakibatkan adanya penambahan CL pada aeroprofil sayap tersebut pada saat bidang flap digunakan. 106 Pengaruh Camber Terhadap Koefesien Gaya Angkat (CL). • perubahan camber pada aeroprofil akan mengakibatkan perubahan besamya CL • Bila high lift devices diturunkan, bentuk aeroprofil akan berubah dan akan menyebabkan camber juga berubah. • contoh pada kurva kenaikan CL pada berbagai aeroprofll, misalnya pada 0.02566 C dan 0.40 C 107 Pengaruh Pemakaian Slot Pada Koefesien Gaya Angkat. • penggunaan slot pada susunan konstruksi sayap, maka didapatkan adanya penambahan CL pada sudut serang kritis 108 Pengaruh Slat dan Slot terhadap pusat tekan (CP). • Untuk aeroprofil tanpa Slot atau Slat pada sudut serang kritis maka di permukaan aeroprofil sebelah atas memungkinkan terjadinya aliran udara turbulen. • Sedangkan aeroprofil dengan Slat atau Slot maka aliran udara yang turbulen akan bergerak kebelakang ke arah trailing edge. • Dengan kata lain CP akan bergerak masuk lagi ke daerah aeroprofil sayap sehingga akan timbul lift yang diperlukan untuk mengimbangi berat pesawat termasuk bebannya 109 Jenis-Jenis High Lift Devices. • High Lift Devices dapat dikelompokan menjadi dua bagian besar : a. Bidang Flap 1) Bidang Flap yang ditempatkan didaerah trailing edge 2) Bidang Flap yang dipasang didaerah leading edge 3) Bidang Flap yang ditempatkan di daerah trailing edge, yang digabung dengan slot b. Slot dan Slat 110 Bidang Flap. • Merupakan suatu alat tambahan yang berbentuk airfoil yang dipasang pada : a. Di daerah Trailing Edge. b. Di daerah Leading Edge 111 Keuntungan Pemakaian Bidang Flap a. Dapat menghasilkan CL maksimum hal ini untuk mendapat kecepatan mendarat rendah. b. Menyebabkan Sudut Gliding yang besar tanpa menyebabkan bertambahnya kecepatan terbang. c. Dapat mengurangi stall pada ujung sayap (wing tip stall). d. Bila dipakai sebagai rem udara (air brake), bidang flap ini dapat sebagai rem udara dapat memperpendek jarak meluncur di landasan 112 Kerugian Pemakain Bidang Flap a. Memerlukan kecakapan khusus dari penerbang dalam mengendalikan pesawat b. Tidak bekerja secara otomatis, jadi dalam hal ini memerlukan waktu apabila fungsi flap diperlukan. c. Sulit mengontrol arah penerbangan (fight path) d. Dapat mengacaukan fungsi-fungsi bidang aileron. e. Menambah berat konstruksi pesawat 113 Sudut Buka Bidang Flap • Pembukaan bidang flap selalu disesuaikan dengan tipe atau fungsi pesawatnya • Hal ini dipengaruhi jenis airfoil yang digunakan baik untuk sayap atau untuk bidang flap 114 contoh sudut buka bidang flap (flap deflection) pada NACA 23012, dengan sudut bukaan: 0° 10°, 20°, 30°, 40°, dan 50° 115 Jenis-Jenis Bidang Flap • Jenis bidang flap dipengaruhi oleh penggunaan pesawat terbang 116 Tali Busur Bidang Flap (Flap Chord Line). • Flap Chord Line adalah tali busur bidang flap itu sendiri yang dihitung terhadap panjang chord line airfoil asal, dinyatakan dengan persen 117 Sebagai contoh pengaruh bidang flap terhadap kenaikan koefesien gaya angkat maksimum pada bidang flap dengan 0.02566 C dan 0.40 C 118 Pemakaian Bidang Flap dan Slot Sebagai Kombinasi dan Secara Bersama-sama • Untuk efisiensi kerja Bidang Flap , Slot, dan Slat maka dipakai peralatan tersebut secara bersama-sama, hasilnya akan mendapatkan perbaikan harga CL maksimum yang lebih bagus 119 120
