10
ANALISA TEGANGAN STATIS DUDUKAN ANTENNA COUPLER KAC 952 DAN EXCITER KTR 953 KHF 950 PADA HELIKOPTER BELL 206 L4 DI PT XYZ Muhammad Aulia Hafif Mahasiswa Fakultas Teknik Jurusan Tenik Mesin, Universitas Indonesia ABSTRAK Dalam rangka pembuatan sebuah supporting item pada helikopter dibutuhkan perhitungan analisa tegangan yang tepat sehingga dapat diketahui kemampuan dari struktur untuk menanggung beban yang diberikan. Pembuatan dudukan Antenna KAC 952 dan Exciter KTR 953 yang merupakan bagian dari KHF 950 HF yang merupakan sebuah supporting item pada helikopter BELL 206 L4. Pemasangan ini dilakukan dengan adanya service buletin yang diterbitkan oleh perusahaan BELL. Berdasarkan aturan yang diterbitkan oleh CASR sebagai lembaga yang mengatur tentang keamanan dalam regulasi pesawat terbang, supporting item harus mampu menahan load case yang diberikan. Load case tersebut yaitu forward 12 G, downward 12 G, sideward 6 G, rearward 1,5 G dan upward 1,5 G. Proses yang dilakukan dalam mendisain dan simulasi terhadap pembuatan dudukan ini merupakan sebuah aplikasi ilmu yang diterapkan dalam sebuah karya nyata. Pembuatan dudukan ini dilakukan simulasi dengan memasukan load case yang ada dari luar dan diuji kemamputahanan dari dudukan yang telah didisain dengan menggunakan software berbasis finite elemen modeler yaitu ANSYS. Penggunaan software dilakukan untuk mempermudah perhitungan. Dari hasil simulasi software didapatkan tegangan von-Misses, tegangan normal, dan tegangan geser. Untuk tegangan normal dan tegangan geser dilakukan perhitungan margin of safety yang memberikan gambaran bahwa dudukan untuk KAC 952 dan KTR 953 ini dapat memenuhi sarat sebagai supporting item dimana nilai margin of safety lebih besar dari nilai yang ditetapkan oleh PT XYZ. Kata kunci: Analisa tegangan, software ANSYS, dudukan Antenna KAC 952 dan Exciter 953 ABSTRACT In case to make a supporting item for the helicopter, needed a analysis of the stress where the supporting item to be. The stress analysis use to simulate the ability of supporting item from the given load. Tray of KAC 952 and KTR 953 which is part of KHF 950 HF is a supporting item in the helicopter BELL 206 L4. This installation because of the new service bulletin from the BELL Company. Under the rules issued by the CASR as the agency that regulates the regulation of safety in aircraft, supporting the item must be able to withstand a given load case. The load case is forward 12 G, 12 Analisa Tegangan ..., Muhammad Aulia Hafif, FT UI, 2017

ANALISA TEGANGAN STATIS DUDUKAN ANTENNA COUPLER …

  • Upload
    others

  • View
    15

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: ANALISA TEGANGAN STATIS DUDUKAN ANTENNA COUPLER …

ANALISA TEGANGAN STATIS DUDUKAN ANTENNA

COUPLER KAC 952 DAN EXCITER KTR 953 KHF 950 PADA

HELIKOPTER BELL 206 L4 DI PT XYZ

Muhammad Aulia Hafif

Mahasiswa Fakultas Teknik Jurusan Tenik Mesin, Universitas Indonesia

ABSTRAK

Dalam rangka pembuatan sebuah supporting item pada helikopter dibutuhkan perhitungan analisa tegangan yang tepat sehingga dapat diketahui kemampuan dari struktur untuk menanggung beban yang diberikan. Pembuatan dudukan Antenna KAC 952 dan Exciter KTR 953 yang merupakan bagian dari KHF 950 HF yang merupakan sebuah supporting item pada helikopter BELL 206 L4. Pemasangan ini dilakukan dengan adanya service buletin yang diterbitkan oleh perusahaan BELL. Berdasarkan aturan yang diterbitkan oleh CASR sebagai lembaga yang mengatur tentang keamanan dalam regulasi pesawat terbang, supporting item harus mampu menahan load case yang diberikan. Load case tersebut yaitu forward 12 G, downward 12 G, sideward 6 G, rearward 1,5 G dan upward 1,5 G. Proses yang dilakukan dalam mendisain dan simulasi terhadap pembuatan dudukan ini merupakan sebuah aplikasi ilmu yang diterapkan dalam sebuah karya nyata. Pembuatan dudukan ini dilakukan simulasi dengan memasukan load case yang ada dari luar dan diuji kemamputahanan dari dudukan yang telah didisain dengan menggunakan software berbasis finite elemen modeler yaitu ANSYS. Penggunaan software dilakukan untuk mempermudah perhitungan. Dari hasil simulasi software didapatkan tegangan von-Misses, tegangan normal, dan tegangan geser. Untuk tegangan normal dan tegangan geser dilakukan perhitungan margin of safety yang memberikan gambaran bahwa dudukan untuk KAC 952 dan KTR 953 ini dapat memenuhi sarat sebagai supporting item dimana nilai margin of safety lebih besar dari nilai yang ditetapkan oleh PT XYZ.

Kata kunci:

Analisa tegangan, software ANSYS, dudukan Antenna KAC 952 dan Exciter 953

ABSTRACT

In case to make a supporting item for the helicopter, needed a analysis of the stress where the supporting item to be. The stress analysis use to simulate the ability of supporting item from the given load. Tray of KAC 952 and KTR 953 which is part of KHF 950 HF is a supporting item in the helicopter BELL 206 L4. This installation because of the new service bulletin from the BELL Company. Under the rules issued by the CASR as the agency that regulates the regulation of safety in aircraft, supporting the item must be able to withstand a given load case. The load case is forward 12 G, 12

Analisa Tegangan ..., Muhammad Aulia Hafif, FT UI, 2017

Page 2: ANALISA TEGANGAN STATIS DUDUKAN ANTENNA COUPLER …

G downward, sideward 6 G, rearward 1.5 G and upward of 1.5 G. The process in design and simulation for this tray is an application of the knowledge in a real work. The making of this tray simulate by input of the external load and endurance test. Design of the tray made by finite elemen modeler basis software that ANSYS. This software use to make easier calculating. From the software simulation results obtained von-Misses stress, normal stress and shear stress. For normal stress and shear stress calculation of the margin of safety which suggests that the holder for KAC KTR 952 and 953 can be complied with as a supporting item where the value of the margin of safety is greater than the value set by PT XYZ.

Keyword:

Static stress Analysis, software ANSYS, Holder of Antenna Coupler KAC 952 and

Exiter 953

PENDAHULUAN

Penggunaan dari helikopter sangat

membantu dalam kehidupan manusia.

Helikopter Bell 206 L4 adalah salah satu

varian dari helikopter Bell 206.

Perbedaan mendasar antara L4 dengan

Bell yang lain adalah ukuran L4 yang

lebih besar dan dilengkapi dengan tujuh

seats. L4 merupakan upgrade dan

modifikasi dari 206 L1 dan 206 L3.

Modifikasi yang dilakukan yaitu dengan

penguatan komponen struktur airframe

(termasuk tailboom yang baru),

improvisasi transmisi, upgrade mesin

dari L1 dengan hasil daya angkut

meningkat 300 pounds (150 kg) dan

meningkatkan peforma.[13]

Perkembangan kemanaan dalam

dunia penerbangan juga diikuti oleh

unit-unit helikopter yang telah lama

melakukan penerbangan. Pada helikopter

BELL 206 L4 ini diharuskan untuk

memasang radio KHF 950 HF untuk

melakukan pertukaran informasi.

Bedasarkan CASR nomor 27 tentang

airworthiness standarts normal category

rotorcraft dibutuhkannya pengukuran

stress analisis pada load yang telah

ditentukan untuk memenuhi aturan dari

CASR tersebut. Lalu proses pengukuran

stress analsis tersebut dikerucutkan lagi,

menjadi stress analisis dudukan KCR

953 dan KTR 952 helikopter BELL 206

L4 untuk instalasi HF 950 yang dipasang

di bagasi pesawat.[7]

KHF 950 HF adalah sebuah alat

komunikasi yang memudahkan pilot

dalam berkomunikasi. HF 950 ini

memiliki sistem yang kompak dan

memberikan kemudahan kepada

operator. Alat ini didesain dengan

standar operasi penerbangan

Analisa Tegangan ..., Muhammad Aulia Hafif, FT UI, 2017

Page 3: ANALISA TEGANGAN STATIS DUDUKAN ANTENNA COUPLER …

internasional sehingga memiliki

kemampuan komunikasi jarak jauh.[2]

KHF 950 HF ini terdiri dari 4

bagian yang harus dipasang pada

helikopter BELL 206 L4. Antenna

Coupler KAC 952, Receiver KTR 953,

Antenna Feed Thru and Antenna

Tensioner. Antenna Coupler KAC 952

dan Receiver KTR 953 diletakan pada

sebuah dudukan yang sama. Sedangkan

antenna feed thru diletakan pada sebelah

kanan helikopter dan antenna

tensioner pada sebelah kiri helikopter.

Gambar.1 Instalasi Antenna coupler

KAC 952 dan Receiver KTR 953

Pemasangan KHF 950 HF ini

merujuk pada CASR part 27 tentang

Airworthiness Normal for Transport

Category Airplane yaitu pada bagian

CASR 27.305 dan CASR 27.561. CASR

merupakan kependekan dari civil

aviation safety regulation yaitu Peraturan

Pemerintah dan Peraturan Keselamatan

Penerbangan.

Pada paper ini perhitungan stress

analisis tersebut dilakukan dengan

menggunakan software ANSYS dengan

metode elemen hingga. Untuk

memudahkan perhitungan maka

digunakanlah software ANSYS. Proses

perhitungan stress dilakukan sesuai load

yang telah diajukan oleh CASR 27.561.

Perhitungan stress yang akan dibahas

yaitu pada saat case 12 G forward, 12 G

downward, 6 G sideward, 1.5 G

rearward, dan 1.5 G downward

Perhitungan stress yang dilakukan adalah

perhitungan pada saaat helikopter diam

selama 3 detik dan perhitungan dinamis

pada saat helikopter bergerak sehingga

dapat mengetahui stress yang ada pada

dudukan Antenna Coupler KAC 952 dan

Receiver Exciter KTR 953 dan batas

keamaan yang sesuai dengan margin of

safety pada helikopter

METODE

Penelitian dilakukan dengan

melakukan observasi dan pengambilan

data di PT XYZ bagian air craft service.

Merujuk pada literatur yang ada maka

dibuat batasan dalam penelitian ini.

Literatur yang digunakan yaitu dari

wawancara dan penjelasan dari mentor,

pembimbing, mekanik di hanggar, dan

juga buku-buku manual yang ada di

perpustakaan gedung Aircraft Services

(ACS) PT. XYZ. Untuk literatur ilmiah

menggunakan buku-buku tentang stress

analisis dan metode elemen hingga.

Pengolahan data dan bedasarkan

literatur dibuat pemodelan untuk

dudukan dengan menggunakan software

Analisa Tegangan ..., Muhammad Aulia Hafif, FT UI, 2017

Page 4: ANALISA TEGANGAN STATIS DUDUKAN ANTENNA COUPLER …

modeling mampu untuk menyimpan file

stp. File ini akan diimport kedalam

ANSYS untuk disimulasikan dan

diketahui nilai stress yang dibutuhkan

untuk memenuhi Margin of safety.

PENGOLAHAN DATA

Pengolahan data dilakukan dengan

equipment yang ada. Equipment yang

digunakan selama penelitian ini adalah

laptop, software freCAD, software wps

writer, microsoft office, wps

presentation, ANSYS, Adobe reader.

Proses pegolahan ini dilakukan

bedasarkan dengan rujukan teory yang

sudah dipersiapkan.

Proses modeling yang telah ada

dilakukan dengan pemahaman mengenai

software ANSYS. Idealisasi yang

dilakukan juga bedasarkan aturan dan

data yang telah dikumpulkan selama

penlitian. Idealisasi yang dilakuakn

berupa penentuan material yang

digunakan pada dudukan, menentukan

geometry dan sambungan antara par-part

yang ada dalam dudukan, melakukan

generalisasi mesh yang dipilih

menggunakan metode otomatis dan

pemasukan data sesuai dengan load

case yang telah ditentukan.

Proses idealisasi dilakukan untuk

memberikan gambaran tentang tatacara

pemberian load yang telah ditentukan.

Idealisasi yang dilakukan adalah dengan

menentukan tumpuan dan pemberian

arah beban.

 

Gambar  3.4  idealisasi  forward  12  G  

 

Gambar  3.5  Idealisasi  downward  12  G  

 

Gambar  3.6  Idealisasi  Sideward  6  G  

 

Gambar  3.7  Idealisasi  upward  1.5  G  

 

Gambar  3.8  Idealisasi  rearward  1.5  G  

Analisa Tegangan ..., Muhammad Aulia Hafif, FT UI, 2017

Page 5: ANALISA TEGANGAN STATIS DUDUKAN ANTENNA COUPLER …

Stress analisis yang diolah dalam

proses ini dilakukan untuk menghasilkan

data berupa equivalent stress, Normal

Stress, Shear Stress. Pemilihin kriteria

stress ini sesuai dengan metode kriteria

kegagalan pada struktur dimana

perhitungan ini didasarkan pada optimasi

yang didapatkan dari von-Misses,

perhitungan konservatif tegangan geser

dan perhitungan tegangan normal karena

adanya gaya tarik yang terjadi dalam

kasus ini.

ANALISA PERHITUNGAN

Sistem pada saat simulasi dilakukan

pada kondisi statik selama 3 detik sesuai

dengan CASR 27. Untuk suhu

lingkungan yang dilakukan pada

simulasi yaitu 22 oC sesuai standar

ANSYS. Untuk satuan unit dipakai

satuan metric (mm, kg, N, s, mV, mA,

C).

Nilai force yang diberikan pada

dudukan yaitu sebagai berikut.

Antenna KAC 952 = 63,4 N

Transreceiver KTR 953 = 30 N

Sesuai dengan CASR dan batasan

masalah yang diangkat load case yang

dilakukan pada stress analisis terdapat

tiga bagian yaitu

1. Forward Case 12 G

2. Downward Case 12 G

3. Sideward Case 6 G

4. Upward 1.5 G

5. Rearward 1.5 G

Maksud dari load case yang ada

adalah jumlah massa yang ada pada

suatu struktur dikalikan dengan gaya

gravitasi dan kemudian dikalikan

dengan besaran load dan pembebanan

load dilakukan sesuai dengan arah yang

ditentukan.

Forward Case berarti pemberian

load dilakukan searah sumbu x positif,

downward case searah sumbu z negatif,

dan sideward diberkan searah sumbu y

positif. Pengujian dilakukan

masing-masing selama 3 detik.

Gambar. Meshing pada dudukan

Hasil output dari ANSYS yaitu

1. Foward case 12 G

Equivalent (von-Mises) stress

maksimum : 80.604 MPa pada Tray 1.

Normal stress maksimum pada sumbu z :

31.684 MPa pada stringer .Shear stress

maksimum pada bidang xy : 38.303

MPa pada skin

Analisa Tegangan ..., Muhammad Aulia Hafif, FT UI, 2017

Page 6: ANALISA TEGANGAN STATIS DUDUKAN ANTENNA COUPLER …

MStension=

MSshear=

margin of safety dari bearing

MSbtu=

MSbsu=

2. Downward case 12 G

Equivalent (von-Mises) stress

maksimum :236.57 MPa pada doubler

Normal stress maksimum pada sumbu z :

171.19 MPa pada tray 1. Shear stress

maksimum pada bidang xy : 39.669

MPa pada Tray 1

MStension =

MSshear =

93.51669.392751 =−=−

act

tu

ττ

margin of safety dari bearing

MSbtu

329.0119.1715.2271 =−=−

act

tuPτ

MSbsu=3.21

669.399.1301 =−=−

act

suPτ

 

3. Sideward case 6 G

Equivalent (von-Mises) stress

maksimum : 28.243 MPa pada doubler

Normal stress maksimum pada sumbu z

: 26.101 MPa pada tray 1. Shear

stress maksimum pada bidang xy : 6.29

MPa pada stringer

MStension =

MSshear =

margin of safety dari bearing

MSbtu=

MSbsu=

=−1act

yt

σ

σ

537.71625.31270

=−

=−1act

su

ττ

179.61303.38275

=−

=−1tu

tuPσ 19.61

625.315.227

=−

=−1act

suPτ 417.31

303.389.130

=−

=−1act

yt

σ

σ

577.0119.171

270=−

=−1act

yt

σ

σ

864.121468.19270

=−

=−1act

su

ττ

45.5013444.5275

=−

=−1tu

tuPσ 685.101

468.195.227

=−

Analisa Tegangan ..., Muhammad Aulia Hafif, FT UI, 2017

Page 7: ANALISA TEGANGAN STATIS DUDUKAN ANTENNA COUPLER …

 

4. Upward Case 1.5 G

Equivalent (von-Mises) stress

maksimum : 29.521 MPa pada tray 1.

Normal stress maksimum pada sumbu z

: 24.827 MPa pada tray 1. Shear

stress maksimum pada bidang xy :

4.4093 MPa pada tray 1

MStension =

 

MSshear =

37.6114093.42751 =−=−

act

tu

ττ

margin of safety dari bearing

MSbtu=

163.81827.245.2271 =−=−

act

tuPσ

MSbsu=

68.2814093.49.1301 =−=−

act

suPτ

5. Rearward 1.5 G

Equivalent (von-Mises) stress

maksimum : 10.345 MPa pada doubler.

Normal stress maksimum pada sumbu z

:2.3428 MPa pada stringer. Shear

stress maksimum pada bidang xy :

4.8498 MPa pada skin

MStension =

 

MSshear =

margin of safety dari bearing

MSbtu=

MSbsu=

Margin of safety listnya adalah

Tabel. Margin of Safety

Case Daerah

maksimu

m

Failure

Mode

MS

12 G

forwar

d

Stringer Tension 7.53

7

Skin Shear 6.17

9

Stringer   Bearing

tension

6.19

Skin Bearing

shear

3.41

7

=−1act

suPτ 09.231

433.59.130

=−

=−1act

yt

σ

σ

825.91827.24270

=−

=−1act

yt

σ

σ

246.11413428.2270

=−

=−1act

su

ττ

7.5518498.4275

=−

=−1tu

tuPσ 91.451

84948.45.227

=−

=−1act

suPτ 99.251

8498.49.130

=−

Analisa Tegangan ..., Muhammad Aulia Hafif, FT UI, 2017

Page 8: ANALISA TEGANGAN STATIS DUDUKAN ANTENNA COUPLER …

12 G

downw

ard

Tray 1 Tension 0.57

7

Shear 5.93

Bearing

tension

0.32

9

Bearing

shear

2.3

6 G

sidewar

d

Tray 1 Tension 12.8

6

Stringer Shear 50.4

5

Tray  1   Bearing

tension

10.6

85

Stringer Bearing

shear

23.0

4

1.5 G

upward

Tray 1 Tension 9.87

5

Shear 61.3

7

Bearing

tension

8.16

3

Bearing

shear

28.6

8

1.5 G

rearwar

d

Stringer Tension 114.

246

Skin   Shear 55.7

Stringer   Bearing

tension

45.9

1

Skin Bearing

shear

25.9

9

KESIMPULAN

Dari pembahasan dan hasil

pemodelan dapat dimpulkan gaya yang

diberikan pada bidang tray 1 dan tray 2

didistribusikan dengan merata pada

setiap load yang diberikan. Pemberian

load dilakukangan dengan lima case

utama yaitu forward load, downward

load, sideward load, upward load, dan

rearward load. Pada setiap load yang

diberikan disimulasikan selama tiga

detik.Untuk idealisasi dudukan

dilakukan pada setiap sambungan

bersifat bound dan dipasangkan

sambungan beam circular dengan

diameter 3.2 mm sesuai pada data yang

diberikan ACS. Nilai tegangan yang

paling tinggi didapatkan pada equivalent

(von-Misses) untuk downward case 12

G yaitu 236.57 MPa. Nilai margin of

safety paling rendah yaitu pada bearing

tension untuk downward case 12 G yaitu

0.329. Nilai margin of safety yang

didapatkan untuk seluruh tegangan yang

diberikan

Untuk kelanjutan penelitian ini

dapat diberikan saran supaya,

penggunaan software ANSYS dengan

licensi yang lebih tinggi diperlukan

untuk mendapatkan data yang lebih

terperinci. Penggunaan material untuk

rivet disarankan memiliki nilai tearing

stress yang lebih besar untuk

meningkatkan nilai margin of safety.

Penggunaan hardware yang lebih bagus

Analisa Tegangan ..., Muhammad Aulia Hafif, FT UI, 2017

Page 9: ANALISA TEGANGAN STATIS DUDUKAN ANTENNA COUPLER …

akan memudahkan proses simulasi dan

menghemat waktu

DAFTAR REFERENSI

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

Advanced Finite Element Methods

(ASEN 6367) - Spring 2013.

Department of Aerospace

Engineering Sciences. University

of Colorado at Boulder.

Allied Signal Aerospace. 1996.

Khf 950/990 Hf Communications

Transceiver Pilot’s Guide and

Directory of Hf Services.

BELL Helicopter a Textron

Company. Maintenance Manual.

BELL Helicopter a Textron

Company. Structure Repair

Manual.

Budynas, Richard, G. and

Nisbeth, Keith, J. 2011. Shigley’s

Mechanical Engineering Design

Ninth Edition. New York : Mc.

Graw Hill.

CFD Meshing with ANSYS

Workbench .2013 CAE

Associates..

DGCA-RI CASR part 27,

Airworthiness Normal for

TRANSPORT CATEGORY

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

AIRPLANES.

Federal Aviation Administration.

Helicopter Flying Handbook. U.S

Departmen of Transportation

Mellen, S. 2012. Installation

Manual. BELL Helicopter a

Textron Company.

MESHING WORKSHOP Metin

Ozen, Ph.D., ASME Fellow

OZEN ENGINEERING,

INCThursday, November 13th,

2014.

Michael C.Y.NIU. 1997. Airframe

Stress Analisys and Sizing : First

Edition. Hong Kong: Hong Kong

Conmilit Press ltd.

Mumuh Rohana. 2009. Skripsi:

Analisa Tegangan pada Sistem

Pemipaan Ammonia Unitized

Chiller. Depok: Universitas

Indonesia

Operational Evaluation Board

Report Bell 206 L,L-1,L-3,L-4

(Long Ranger). European Aviation

Safety Agency. D-50452 Köln,

Germany.

Popov, E.P. 1994. Mekanika

Teknik (Zainul Astamar,

Penerjemah) Jakarta : Penerbit

Erlangga.

R.S. Khurmi dan J.K. Gupta.

2005. A Textbook of Machine

Design (S.I Units). New Delhi:

Analisa Tegangan ..., Muhammad Aulia Hafif, FT UI, 2017

Page 10: ANALISA TEGANGAN STATIS DUDUKAN ANTENNA COUPLER …

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]

Eurasia Publishing House (Pvt.)

Ltd.

Suryanto, Heru & Wirjosoedirdjo,

Sri Jatno. 1986. Aplikasi

Metode Elemen Hingga untuk

Anaisa Struktur Statik Linier

dengan Program

MSC/NASTRAN. Dasar-dasar

Metode Elemen Hingga. Jakarta :

Erlangga

http://what-when-how.com/the-fin

ite-element-method/fem-for-3d-so

lids-finite-element-method-part-2/

diakses pada 29 Desember 2016

http://www.westcanaircraft.com

diakses pada 15 Desember 2016

http://www.bellhelicopter.com

diakses pada 15 Desember 2016

https://www.researchgate.net/publi

cation/223406370_Characterizatio

n_of_2024-T3_An_aerospace_alu

minum_alloy diakses pada 20

Desember 2016

https://www.lasaero.com/site/prod

ucts/article?id=R02LALMB9

diakses pada 20 Desember 2016

.

Analisa Tegangan ..., Muhammad Aulia Hafif, FT UI, 2017