Tugas Akhir Teknik Mesin ITS

Bidang Studi Mekanika Fluida - Konversi Energi

1

BAB. I

PENDAHULUAN

Rekayasa aerodinamika telah berkembang pesat sejak Wright bersaudara berusaha

menerbangkan pesawat terbang pertama mereka (Anderson, 2001). Wright bersaudara

telah menguji berbagai profil sayap untuk mencari profil yang mampu menghasilkan lift

sesuai dengan yang mereka inginkan. Sehingga mampu menerbangkan benda yang

memiliki berat melebihi udara, dimana pada waktu itu masih dianggap mustahil.

Riset yang mengacu pada pengembangan teknologi airfoil sebagai salah satu bagian

yang penting dalam dunia aerodinamika telah banyak dilakukan pada tahun-tahun

belakangan ini (McGhee dan Beasley, 1973). Hasil dari berbagai eksperimen telah banyak

digunakan untuk mendesain airfoil dalam berbagai konfigurasi sayap yang sesuai dengan

penggunaannya. Karakteristik airfoil tergantung banyak hal, sehingga dapat dikatakan

bahwa tiap airfoil mempunyai penggunaan yang spesifik. Demikian pula untuk modifikasi

yang dilakukan pada airfoil, tidak dapat digeneralisasi. Untuk hal seperti inilah kita

menguji suatu konfigurasi spesifik antara airfoil dan modifikasinya, dalam hal ini

penambahan winglet / endplate.

I.1 Latar Belakang

Sayap merupakan komponen untuk menghasilkan daya angkat pada pesawat

terbang, sehingga merupakan bagian yang sangat penting pada pesawat terbang. Dalam hal

ini airfoil dengan NASA LS (1) 0417 sangat familiar sekali dalam aplikasi dunia

penerbangan secara umum. Bahkan untuk saat ini tipe airfoil semacam ini mulai dirancang

untuk menjadi sudu-sudu turbin angin dan secara khusus sebagai spoiler atau sayap

Tugas Akhir Teknik Mesin ITS

Bidang Studi Mekanika Fluida - Konversi Energi

2

belakang mobil formula 1. Pada bidang penerbangan, sayap pesawat mempunyai berbagai

bentuk yang bervariasi dengan tujuan meningkatkan kinerja sayap. Diantara berbagai

bentuk rekayasa aerodinamika yang ada adalah slotted / flapped wing yang bertujuan untuk

menambah CLmax dan luasan sayap pada saat tertentu seperti take off, climbing, ataupun

landing.

Penambahan winglet dan endplate berguna untuk menghindari terjadinya aliran dari

lower side sayap yang mempunyai tekanan tinggi menuju upper side yang mempunyai

tekanan rendah. Aliran udara dari lower side tersebut menuju upper side melalui bagian

wingtip akan bertemu dengan aliran dari upper side membentuk trailing vortex pada

downstream. Hal ini menimbulkan induced downwash velocities yang akan mempengaruhi

effective angle of attack, hal ini disebabkan karena induced downwash velocities akan

mempengaruhi sudut serang efektif aliran fluida melewati trailing edge. Perubahan pada

effective aspect ratio dan effective angle of attack berpengaruh pada lift yang mampu

dihasilkan sayap.

Timbulnya trailing vortex merupakan suatu konsekuensi dari lift yang dihasilkan

oleh finite span airfoil, sedangkan pada infinite airfoil tidak akan terjadi fenomena trailling

vortex. Pengaruh vortex pada wingtip di downstream ini akan menyebabkan vektor

kecepatan pada aliran lokal, akan berubah sehingga lift yang terjadi juga berubah seiring

adanya perubahan arah vektor lift, fenomena ini dinamakan induced drag.

Untuk memperbaiki kinerja dari suatu airfoil, para peneliti mencoba berbagai

bentuk modifikasi winglet atau endplate untuk mendapatkan hasil yang optimal. Hemke

(1928) mengindikasikan adanya penurunan rata-rata dari drag. Hal tersebut meningkat

seiring dengan menurunnya aspect ratio. Penurunan induced drag dan sedikit peningkatan

lift pada sayap juga terjadi pada sayap yang dilengkapi dengan winglet yang berbentuk

Tugas Akhir Teknik Mesin ITS

Bidang Studi Mekanika Fluida - Konversi Energi

3

lingkaran, elliptical dan trapesium. Pesawat glider dengan winglet yang didesain secara

tepat akan menambah kecepatan jelajah, handling dan kemampuan menanjak (Maughmer,

2001).

I.2 Perumusan Masalah

Studi eksperimen mengenai airfoil dapat dikatakan sebagai suatu usaha untuk

mengatur aliran eksternal agar dapat memberi manfaat semaksimal mungkin bagi pesawat

terbang. Pengaturan aliran pada airfoil dibatasi oleh fenomena stall, karena jika sudah

terjadi stall maka airfoil sudah tidak mampu lagi memberikan manfaat lebih lanjut. Plain

airfoil akan mengalami spanwise flow pada wingtip yang akan merusak pola aliran, dengan

adanya winglet/endplate akan sangat berguna dalam membantu mengurangi spanwise flow

sehigga meminimalisasi kerugian. Setiap airfoil mempunyai karakteristik yang bergantung

pada geometri, kecepatan aliran yang melewati, dan properties fluida kerja sehingga setiap

airfoil akan memiliki geometri winglet/endplate tersendiri yang mampu meningkatkan

kinerjanya. Untuk itu penelitian ini dilakukan, untuk melihat pengaruh winglet/endplate

dengan geometri tertentu terhadap kinerja sebuah airfoil. Benda kerja yang digunakan

adalah airfoil NASA LS (1) 0417 dengan penambahan endplate yang mempunyai bentuk

croped delta. Detil benda kerja dapat dilihat pada bab III.

I.3 Tujuan penelitian

Tujuan penelitian ini adalah mengetahui pengaruh penambahan endplate yang

mempunyai profil delta pada kinerja airfoil NASA LS (1) 0417 yang dikondisikan pada

aliran dengan kecepatan freestream v = 12 m/s dan v = 17 m/s pada subsonic wind tunnel.

Variasi angle of attack yang diberikan adalah 0o, 3o, 6o, 9o,10o,12o,14o, 15o, dan 16o.Serta

Tugas Akhir Teknik Mesin ITS

Bidang Studi Mekanika Fluida - Konversi Energi

4

geometri endplate yang digunakan adalah dengan perbandingan ct adalah masing-masing

0,4; 0,48; 0,56; 0,64. Hasil eksperimen dibandingkan dengan literature. Pengukuran pada

model airfoil akan meliputi drag, lift, dan distribusi tekanan sepanjang permukaan airfoil.

Penelitian ini dilengkapi dengan visualisasi smoke flow.

I.4 Pembatasan Masalah

Dalam penelitian ini, batasan masalah yang diambil adalah :

1. Fluida yang dipakai adalah fluida incompressible, steady dan uniform di sisi upstream.

2. Tidak meninjau perpindahan panas yang terjadi.

3. Benda kerja yang digunakan adalah airfoil pejal dengan dimensi dan bahan yang sama.

4. Profil model airfoil adalah finite wing dengan efek ujung tidak dianalisa.

Endplate dengan perbandingan ct

= 0,4 Endplate dengan perbandingan ct

= 0,48

Gambar 1.1 variasi benda uji ( ukuran dalam mm )

Tugas Akhir Teknik Mesin ITS

Bidang Studi Mekanika Fluida - Konversi Energi

5

Endplate dengan perbandingan ct

= 0,56 Endplate dengan perbandingan ct

= 0,64

Gambar 1.1 variasi benda uji ( ukuran dalam mm ) (lanjutan)

I.5 Manfaat Penelitian

Studi eksperimental ini memiliki manfaat untuk:

1. Menunjukkan perbandingan unjuk kerja airfoil tipe NASA LS (1) 0417 dengan dan

tanpa adanya penambahan endplate /winglet.

2. Membandingkan hasil eksperimen yang ada dengan airfoil yang dimodifikasi

sekat/alur baik transversal maupun longitudinal pada bagian upper surface.

3. Mengetahui fisik aliran yang melintasi airfoil NASA LS (1) 0417 dengan atau tanpa

endplate melalui visualisasi aliran.

I.6. Sistematika Penulisan

Penulisan tugas akhir ini terbagi dalam beberapa bab yang dapat diperinci sebagai

berikut :

Tugas Akhir Teknik Mesin ITS

Bidang Studi Mekanika Fluida - Konversi Energi

6

BAB I PENDAHULUAN

Bab ini berisi latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan

penulisan, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan.

BAB II DASAR TEORI

Bab ini memuat teori-teori yang berkaitan dengan penelitian yang dilakukan, hasil

- hasil dan kesimpulan dari penelitian terdahulu serta berbagai persamaan dan

pengertian yang didukung penelitian tersebut.

BAB III METODE PENELITIAN

Bab ini memuat prosedur pelaksanaan penelitian dan pengambilan data, dimensi

benda uji serta spesifikasi peralatan yang digunakan.

BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN

Bab ini memuat contoh perhitungan, hasil perhitungan yang ditampilkan dalam

bentuk grafik serta analisa dan pembahasan dari hasil penelitian tersebut.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini memuat kesimpulan dari hasil penelitian yang dilakukan serta saran-saran

yang ditujukan untuk penelitian - penelitian selanjutnya.