agus sigit pramono, dea. -...

SAMSU HIDAYAT2106 100 020

Dosen PembimbingDr. Ir. AGUS SIGIT PRAMONO, DEA. 

Tugas AkhirBidang Studi Desain

Latar BelakangRoket Pengorbit Satelit (RPS) membutuhkan roket yang  dapat diluncurkan berulang kaliPeluncuran HSFTB V2 mengalami beban aerodinamika pada sayapStruktur pesawat yang digunakan berbahan                komposit karena ringan namun memiliki                 karakteristik yang handal

Perumusan MasalahSimulasi tegangan yang terjadi pada sayap HSFTB V2 akibat tekanan dinamik?Sayap HSFTB V2 mengalami kegagalan desain berdasarkan teori Tsai‐Hill?Arah serat epoxy yang paling optimal pada sayap HSFTB V2?

Batasan MasalahHSFTB V2 pada kondisi terbang cruiseMaterial yang digunakan komposit epoxyVariasi arah serat adalah 0o, 45o, & 90o

Analisa hanya pada struktur sayapAnalisa tegangan pada sifat makroskopik

AsumsiHSFTB V2 pada kondisi terbang stabil dengan ketinggian sea‐level (500m)Sifat mekanik dianggap sama dengan standar properties materialTebal permukaan sayap merata dengan ketebalan 3mmGaya angkat statik

Tujuan Membandingkan kekuatan lapisan komposit dengan arah serat 0o, 45o, & 90o dalam menerima tegangan

Memberikan masukan berupa arah serat komposit epoxy sayap HSFTB V2 yang paling optimal untuk menahan tegangan yang terjadi

Manfaat

Tinjauan PustakaRonald G. P. & Robertus H. T.‐Menganalisa tegangan pada tabung roket RWX‐200 ‐Material carbon epoxy T300/5208 dengan tebal 6mm sebanyak 30 laminatHasilLaminat sudut 90o telah mengalami kegagalan berdasarkan

kriteria tegangan maksimum dengan pembebanan : ‐ Beban aksial 100KN/mm‐ Tekanan ruang bakar 94 kg/cm2

Untuk menghindari kegagalan, maka diperlukan penambahanlaminat sudut 0o yang menahan arah radial

Tinjauan PustakaO. SchrenkMenganalisa metode pendekatan lift distribution padasayap berhingga

Hasilnbn

Tinjauan PustakaProf. David J. O.‐Menganalisa performance aerodinamika pada sayap denganλ=1 dan 3x104<Re<9x104

‐Model sayap terdiri dari beberapa bagian secara numerikdengan type rectangular NACA 0012

Hasilα=6o

α=15o

Metodologi

Metodologi Input:‐ Variasi output yang diinginkan beserta variabel yang mempengaruhi‐ Konfigurasi geometri luar pesawatOutput:‐ CL, CD, dan CM 

MISDAT

Metodologi 

CL

Output MISDAT

sudut serang 0.01 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95

‐1.5 0.661 0.662 0.663 0.673 0.681 0.687 0.694 0.701 0.71 0.719 0.73 0.743 0.757 0.746 0.765 0.79 0.82 0.858 0.91 0.99

‐1 1.324 1.326 1.328 1.348 1.364 1.377 1.39 1.405 1.421 1.44 1.461 1.486 1.515 1.493 1.529 1.579 1.641 1.715 1.82 1.98

‐0.5 1.993 1.996 1.998 2.027 2.05 2.07 2.089 2.111 2.134 2.162 2.193 2.229 2.272 2.238 2.293 2.365 2.461 2.572 2.729 2.968

0 (sudut pasang) 2.67 2.673 2.675 2.712 2.743 2.768 2.793 2.821 2.851 2.886 2.926 2.974 3.029 2.983 3.053 3.147 3.279 3.426 3.634 3.951

0.5 3.355 3.357 3.359 3.404 3.44 3.472 3.501 3.534 3.57 3.612 3.66 3.718 3.785 3.724 3.809 3.924 4.094 4.277 4.535 4.929

1 4.046 4.048 4.048 4.101 4.143 4.178 4.212 4.25 4.29 4.338 4.393 4.46 4.539 4.464 4.563 4.697 4.906 5.124 5.432 5.901

1.5 4.742 4.744 4.743 4.803 4.849 4.887 4.923 4.964 5.009 5.063 5.124 5.201 5.291 5.201 5.313 5.467 5.715 5.967 6.323 6.866

2 5.441 5.443 5.441 5.508 5.558 5.597 5.633 5.676 5.724 5.785 5.854 5.941 6.041 5.935 6.06 6.233 6.52 6.804 7.207 7.821

2.5 6.144 6.145 6.142 6.215 6.268 6.307 6.344 6.386 6.438 6.504 6.58 6.676 6.787 6.664 6.801 6.99 7.317 7.631 8.08 8.764

3 6.85 6.85 6.844 6.922 6.978 7.02 7.054 7.098 7.151 7.221 7.301 7.404 7.523 7.384 7.529 7.73 8.101 8.447 8.943 9.701

CLmach number

0.01 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9 0.95

angl

e of

atta

ck (α

)

-5 -6.85 -6.85 -6.844 -6.922 -6.978 -7.02 -7.054 -7.098 -7.151 -7.221 -7.301 -7.404 -7.523 -7.384 -7.529 -7.73 -8.101 -8.447 -8.943 -9.701

-4.5 -6.144 -6.145 -6.142 -6.215 -6.268 -6.307 -6.344 -6.386 -6.438 -6.504 -6.58 -6.676 -6.787 -6.664 -6.801 -6.99 -7.317 -7.631 -8.08 -8.764

-4 -5.441 -5.443 -5.441 -5.508 -5.558 -5.597 -5.633 -5.676 -5.724 -5.785 -5.854 -5.941 -6.041 -5.935 -6.06 -6.233 -6.52 -6.804 -7.207 -7.821

-3.5 -4.742 -4.744 -4.743 -4.803 -4.849 -4.887 -4.923 -4.964 -5.009 -5.063 -5.124 -5.201 -5.291 -5.201 -5.313 -5.467 -5.715 -5.967 -6.323 -6.866

-3 -4.046 -4.048 -4.048 -4.101 -4.143 -4.178 -4.212 -4.25 -4.29 -4.338 -4.393 -4.46 -4.539 -4.464 -4.563 -4.697 -4.906 -5.124 -5.432 -5.901

-2.5 -3.355 -3.357 -3.359 -3.404 -3.44 -3.472 -3.501 -3.534 -3.57 -3.612 -3.66 -3.718 -3.785 -3.724 -3.809 -3.924 -4.094 -4.277 -4.535 -4.929

-2 -2.67 -2.673 -2.675 -2.712 -2.743 -2.768 -2.793 -2.821 -2.851 -2.886 -2.926 -2.974 -3.029 -2.983 -3.053 -3.147 -3.279 -3.426 -3.634 -3.951

-1.5 -1.993 -1.996 -1.998 -2.027 -2.05 -2.07 -2.089 -2.111 -2.134 -2.162 -2.193 -2.229 -2.272 -2.238 -2.293 -2.365 -2.461 -2.572 -2.729 -2.968

-1 -1.324 -1.326 -1.328 -1.348 -1.364 -1.377 -1.39 -1.405 -1.421 -1.44 -1.461 -1.486 -1.515 -1.493 -1.529 -1.579 -1.641 -1.715 -1.82 -1.98

-0.5 -0.661 -0.662 -0.663 -0.673 -0.681 -0.687 -0.694 -0.701 -0.71 -0.719 -0.73 -0.743 -0.757 -0.746 -0.765 -0.79 -0.82 -0.858 -0.91 -0.99

0.5 0.661 0.662 0.663 0.673 0.681 0.687 0.694 0.701 0.71 0.719 0.73 0.743 0.757 0.746 0.765 0.79 0.82 0.858 0.91 0.99

1 1.324 1.326 1.328 1.348 1.364 1.377 1.39 1.405 1.421 1.44 1.461 1.486 1.515 1.493 1.529 1.579 1.641 1.715 1.82 1.98

1.5 1.993 1.996 1.998 2.027 2.05 2.07 2.089 2.111 2.134 2.162 2.193 2.229 2.272 2.238 2.293 2.365 2.461 2.572 2.729 2.968

2 2.67 2.673 2.675 2.712 2.743 2.768 2.793 2.821 2.851 2.886 2.926 2.974 3.029 2.983 3.053 3.147 3.279 3.426 3.634 3.951

2.5 3.355 3.357 3.359 3.404 3.44 3.472 3.501 3.534 3.57 3.612 3.66 3.718 3.785 3.724 3.809 3.924 4.094 4.277 4.535 4.929

3 4.046 4.048 4.048 4.101 4.143 4.178 4.212 4.25 4.29 4.338 4.393 4.46 4.539 4.464 4.563 4.697 4.906 5.124 5.432 5.901

3.5 4.742 4.744 4.743 4.803 4.849 4.887 4.923 4.964 5.009 5.063 5.124 5.201 5.291 5.201 5.313 5.467 5.715 5.967 6.323 6.866

4 5.441 5.443 5.441 5.508 5.558 5.597 5.633 5.676 5.724 5.785 5.854 5.941 6.041 5.935 6.06 6.233 6.52 6.804 7.207 7.821

4.5 6.144 6.145 6.142 6.215 6.268 6.307 6.344 6.386 6.438 6.504 6.58 6.676 6.787 6.664 6.801 6.99 7.317 7.631 8.08 8.764

5 6.85 6.85 6.844 6.922 6.978 7.02 7.054 7.098 7.151 7.221 7.301 7.404 7.523 7.384 7.529 7.73 8.101 8.447 8.943 9.701

Metodologi  Distribusi Gaya Angkat

Distribusi Lift‐ Jarak per span 15,7cm‐ Distribusi gaya berat sayap

Luas PenampangBawah Sayap

Massa Jenis Udara Coefficient of Lift

Kecepatan Objek‐ Kecepatan suara‐Mach number

Metodologi Model yang digunakan untuk analisa adalah setengah bagian sayap 

Model Geometri

Metodologi Material properties angle ply 0o, 45o, & 90o

Material Model

Simulasi

Hasil Simulasi Mach Number Stress X (Mpa) Shear Stress XZ (Mpa) Stress Z (Mpa)

0.55 2959.2 1579.5 5637.9

0.6 3587 1914.6 6834

0.65 4146.1 2213 7899.1

0.7 4921.5 2626.9 9376.5

0.75 5823.8 3108.5 11096

Mach Number Stress X (Mpa) Shear Stress XZ (Mpa) Stress Z (Mpa)

0.55 1854.5 3764.9 11664

0.6 2247.9 4563.7 14139

0.65 2598.3 5275.5 16343

0.7 3084.2 6261.5 19399

0.75 3649.7 7409.6 22956

Mach Number Stress X (Mpa) Shear Stress XZ (Mpa) Stress Z (Mpa)

0.55 6952.4 2761.2 5219.2

0.6 8242.4 3273.5 6187.5

0.65 9722.3 3861.3 7298.5

0.7 11564 4592.9 8681.5

0.75 14006 5562.6 10514

Arah serat 0o

Arah serat 90o

Arah serat 45o

AnalisaNilai stress maksimal dengan variasi mach number 0,55 hingga 0,75Longitudinal dan transversal stress diperhitungkan terhadap tensile ultimate (tarik ataupun kompresi) dan kekuatan geser berdasarkan Tsai‐Hill work theory 

AnalisaAnalisa berdasarkan teori kegagalan komposit yang didapatkan pada angle ply 0o, 45o, dan 90o

Mach Number

Stress 11 (Mpa)Shear Stress 12 

(Mpa)Stress 22 (Mpa)

Tsai‐Hill Work Theory

0.55 2959.2 1579.5 5637.9 704.4793844

0.6 3587 1914.6 6834 1035.102281

0.65 4146.1 2213 7899.1 1382.900798

0.7 4921.5 2626.9 9376.5 1948.565344

0.75 5823.8 3108.5 11096 2728.720811

Mach Number

Stress 11 (Mpa)Shear Stress 12 

(Mpa)Stress 22 (Mpa)

Tsai‐Hill Work Theory

0.55 1854.5 3764.9 11664 1455.172827

0.6 2247.9 4563.7 14139 2138.142532

0.65 2598.3 5275.5 16343 2856.683173

0.7 3084.2 6261.5 19399 4024.970239

0.75 3649.7 7409.6 22956 5636.302069

Mach Number

Stress 11 (Mpa)Shear Stress 12 

(Mpa)Stress 22 (Mpa)

Tsai‐Hill Work Theory

0.55 6952.4 2761.2 5219.2 5815.25366

0.6 8242.4 3273.5 6187.5 8173.195243

0.65 9722.3 3861.3 7298.5 11371.77916

0.7 11564 4592.9 8681.5 16089.73227

0.75 14006 5562.6 10514 23599.24353

Analisa  Grafik Nilai Tsai‐Hill

0

5000

10000

15000

20000

25000

0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8

Tsai‐H

ill W

ork Th

eory

Mach Number

Angle Ply 0 deg

Angle Ply 45 deg

Angle Ply 90 deg

km/jam

Analisa  Perbedaan Nilai Tsai‐Hill

Mach  Tsai‐Hill work theory Perbedaan  Perbedaan 

Number 0o 45o 90o 0o & 45o (%) 0o & 90o (%)

0.55 704.4794 1455.173 5815.254 51.58792337 87.88566371

0.6 1035.102 2138.143 8173.195 51.58871472 87.33540249

0.65 1382.901 2856.683 11371.78 51.59068353 87.839187

0.7 1948.565 4024.97 16089.73 51.5880807 87.88938615

0.75 2728.721 5636.302 23599.24 51.58668259 88.43725305

KesimpulanKekuatan laminat angle ply 0o dalam menahan beban

yang terjadi pada sayap memiliki perbedaan nilai Tsai‐Hill % terhadap angle ply 45o

Perbedaan nilai Tsai‐Hill work theory antara arahserat 0o dan 90o sebesar %Arah serat paling optimal dalam menerima gaya angkatsaat cruise adalah lapisan komposit dengan angle ply 0o

SaranDisarankan untuk penelitian selanjutnya denganmetode sama dan melakukan variasi angle ply yang berbeda‐bedaSelain itu, data‐data yang digunakan diperoleh dariseluruh gaya aerodinamika dan dilengkapi dengantekanan dinamik pada beberapa area permukaan sayapHSFTB V2

TERIMAKASIH