4

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Unmanned Aerial Vehicle (UAV)

Unmanned Aerial Vehicle, disingkat UAV (drone) merupakan pesawat tanpa awak

yang mampu terbang baik secara kontrol manual maupun otomatis. Drone mampu

terbang dengan menggunakan hukum aerodinamika untuk mengangkat dirinya baik

tanpa muatan maupun dengan membawa muatan. Penggunaan terbesar dari drone

adalah di bidang militer. Namun demikian, seiring dengan perkembangan teknologi

drone dengan berbagai variasi perangkat dan ukuran maka penggunaan drone saat ini

telah meluas ke berbagai bidang, seperti dalam bidang fotografi, pertanian, keamanan,

pendidikan (riset dasar), dan lain-lain [4]. Drone dapat dibedakan menjadi 2 jenis

yaitu fixed-wing dan rotary-wing (gambar 2.1). Fixed-wing merupakan UAV yang

bentuk sayapnya merupakan sudah tetap dan merupakan komponen gerak dari

pesawat tersebut, untuk jenis Rotary-wing merupakan UAV yang komponen

geraknya berupa baling-baling yang berputar (rotor) [5].

5

(Sumber: https://waypoint.sensefly.com/buy-fixed-wing-drone-or-rotary/)

Gambar 2. 1 Rotary Wings dan Fixed Wings

Penggunaan UAV pertama kali yang dicatat adalah untuk peperangan pada 22

Agustus 1849 ketika Austria menyerang salah satu kota di Itali Venice dengan balon

yang tidak berawak yang dilengkapi dengan bahan peledak. Pesawat terbang tanpa

pilot pertama digunakan sebagai aerial torpedoes atau apa yang kita sebut sekarang

dengan cruise missiles, yang dibuat selama hingga sesaat setelah perang dunia

pertama. Pada 12 September 1916, Hewitt-Sperry Automatic Airplane, yang dikenal

sebagai bom yang dapat terbang melakukan penerbangan pertamanya, menunjukkan

konsep dari sebuah pesawat tak berawak. Dengan kesuksesan pesawat tanpa pilot

sebelumnya, membawa kepada pengembangan radio kontrol (RC) pesawat tanpa

pilot di Inggris dan US pada tahun 1930. Pada tahun 1931 Inggris mengembangkan

Fairey Queen radio kontrol yang berasal dari Fairey IIIF (gambar 2.2), dan pada

tahun 1935 melanjutkan eksperimen dengan memproduksi lebih besar radio control

6

lainnya, DH 82B Quenn Bee (gambar 2.3). Setelah beberapa lama nama Queen Bee

dikatakan telah membawa kepada penggunaan kata drones untuk pesawat tanpa pilot,

[6].

(Sumber: https://en.wikipedia.org/wiki/Fairey_Firefly)

Gambar 2. 2 Fairey III

(Sumber:

https://en.wikipedia.org/wiki/De_Havilland_Tiger_Moth#Gunnery_target_drone)

Gambar 2. 3 de Havilland Queen Bee

Drone atau Pesawat Terbang Tanpa Awak (PTTA) telah diproduksi oleh

industri dalam negeri antara lain: PT. Dirgantara Indonesia, PT. UAV Indo, PT.

Globalindo Tekhnologi Service Indonesia, PT. RAI (Robo Aero Indonesia), PT.

7

Aviator dan PT. Carita. Adapun PTTA hasil produk dalam negeri tersebut saat ini

digunakan untuk kepentingan olahraga kedirgantaraan dan beberapa industi masih

mengadakan pengembangan PTTA untuk kepentingan sasaran latihan Arhanud.

Dengan adanya kemampuan berbagai industri dalam negeri dalam mengembangkan

PTTA tersebut, merupakan potensi dan peluang yang dapat dimanfaatkan untuk

mengembangkan PTTA yang memiliki kemampuan sebagai pesawat pengintai,

pemantau sasaran, dan objek dari udara. Pengembangan PTTA tersebut dilakukan

dengan melengkapi sebuah kamera dan hasilnya secara langsung dapat diamati pada

layer display di Ground Station [6].

2.3 Komponen – Komponen Pada Drone

Pada drone ada beberapa komponen penyusun utama yang secara sistematis saling

berinteraksi, seperti pesawat dan sistem kontrol bumi.

(Sumber: http://digilib.unila.ac.id)

Gambar 2. 4 Sistem Drone Secara Umum

Seperti pada gambar 2.4 sistem drone saling perhubungan, bagian sistem penyusun

dapat dilihat pada gambar 2.5. [7]

8

(Sumber: https://humdi.net/wiki/rc/diy-h-frame-fpv-quadcopter)

Gambar 2. 5 Bagian-Bagian Dari Drone

a) Kerangka (frame),

b) Motor dan baling-baling,

c) Pengendali utama (flight controller atau main controller),

d) Pengendali kecepatan elektronik (electronic speed controller),

e) Radio controller transmitter dan receiver,

f) Baterai Lithium-ion Polymer (Lipo)

2.4 Multicopter UAV

Multicopter/multirotor merupakan salah satu drone dengan konfigurasi rotary-

wing. Pada multicopter sistem penggerak menggunakan 2 rotor atau lebih. Kontrol

gerak dihasilkan dengan mengatur kecepatan rotor untuk mengubah torsi dan gaya

dorong dari masing-masing rotor.

a

b

c

f e

d

9

Pemilihan frame akan memengaruhi banyak aspek multicopter, termasuk efisiensi,

daya angkat, waktu penerbangan, dan stabilitas. Jumlah mesin fisik yang ada juga

penting Untuk konfigurasi multi-rotor yang paling umum dapat dilihat pada (gambar

2.6):

(Sumber: http://archive.is/DqI2M#selection-427.0-427.537)

Gambar 2. 6 Konfigurasi multi-rotor

Dalam perkembangannya hingga saat ini, drone dengan jenis multicopter memiliki

perbedaan dalam banyaknya penggunaan rotor[8]. Adapun jenis-jenis tersebut adalah

sebagai berikut:

2.4.1 Bicopter

Bicopter (gambar 2.7) adalah salah satu jenis multirotor dengan jumlah rotor

yang digunakan adalah 2 buah dengan tambahan 2 buah motor servo sebagai kontrol

10

gerakan ke depan dan ke belakang secara independen untuk memberikan kontrol pitch

dan yaw.

(Sumber: Stoian,2016)

Gambar 2. 7 Bicopter

2.4.2 Tricopter

Tricopters (gambar 2.8) memiliki desain khusus, desain konfigurasi Y3 sistem

kendali pada tricopter yakni dengan mengatur arah motor dengan motor servo dan

mengatur kecepatan kedua buah motor tersebut.

(Sumber: Stoian,2016)

Gambar 2. 8 Tricopter

2.4.3 Quadcopter

Quadcopters (gambar2.9) umumnya menggunakan dua pasang baling-baling

tetap yang identik; dua searah jarum jam (CW) dan dua berlawanan arah jarum jam

(CCW). Quadcopter memiliki 4 mesin yang dipasang pada 4 lengan bingkai simetris

sehingga dapat memiliki bentuk + atau X satu. Untuk fotografi, X yang paling sering

digunakan karena baling-baling tidak masuk dalam bingkai stabilitas tinggi dan daya

tahan yang kuat terhadap benturan.

11

(Sumber: https://wiki2.org/en/Quadcopter)

Gambar 2. 9 Quadcopter

2.4.4 Hexacopter

Hexacopter (gambar 2.10) memiliki 6 mesin pada kerangka simetris dengan 6

lengan ditempatkan pada sudut 60 derajat. Jenis ini multirotor sangat populer karena

memiliki daya angkat yang besar kapasitas dan kestabilan yang kuat sekalipun salah

satu mesinnya menderita masalah.[9]

(Sumber: https://rchobbyreview.com/top-hexacopter-drones/ )

Gambar 2. 10 Hexacopter

12

2.4.5 Octocopter

Octocopter (gambar 2.11) adalah versi perbaikan dari HexaCopter dengan

kapasitas angkat yang lebih tinggi dan lebih baik stabilitas. Ini dapat terbang dan

mendarat secara teratur bahkan dengan kerusakan dua mesin. Kelemahan dari model

ini adalah jumlah arus listrik yang dihisap dari sumber energi dan harga tinggi.

(Sumber: https://www.vectorstock.com/royalty-free-vector/octocopter-drone-icon-vector-

23682068)

Gambar 2. 11 Octocopter

2.5 Lift Force pada Motor

Lift atau daya angkat biasanya berhubungan dengan sayap dari sebuah model airfoil

fixed-wing, namun lift juga dapat dihasilkan oleh propellers, layang-layang, helikopter,

perahu layar bahkan pada bentuk dari sebuah mobil. Lift pada dasarnya berarti usaha

angkat untuk melawan gravitasi. Ada beberapa teori untuk menjelaskan lift, antara lain

Prinsip Bernoulli yang menjelaskan bahwa aliran udara merupakan energi yang

konstan, ketika udara mengalir pada bagian yang memiliki tekanan udara rendah, maka

aliran udara tersebut akan semakin cepat. [10]

13

Dari Prinsip Bernoulli, tekanan udara pada bagian atas bergerak lebih cepat dengan

demikian tekanan menjadi rendah dibandingkan dengan bagian bawah yang aliran

udaranya bergerak lebih lambat. Perbedaan tekanan udara tersebut menghasilkan gaya

aerodinamik.

Pada Hukum Newton tentang Lift and deflection of the flow, lift dihasilkan karena

adanya tekanan udara dan gaya tekan dari area wing, bahwa tekanan dari luas wing

tidak menghasilkan gaya yang murni, akan tetapi dibutuhkan perbedaan tekanan untuk

menghasilkan lift.

Pada airfoil yang simetris, akan menghasilkan lift nol dan menghasilkan sudut nol,

sudut lift disebut angle of attack dilambangkan 𝛼𝛼 yaitu sudut antara airfoil dan udara

yang datang. Sehingga dengan spesifik angle of attack diketahui, lift dapat dicari

dengan persamaan berikut.

𝐹𝐹𝑑𝑑 = 12∙ 𝜌𝜌 ∙ 𝐴𝐴 ∙ 𝑣𝑣2 ∙ 𝐶𝐶𝑑𝑑 (2.1)

Keterangan:

ρ = massa jenis udara (1,225 𝐾𝐾𝐾𝐾 𝑚𝑚3� )

v = kecepatan (m/s)

A = luas sayap (𝑚𝑚2)

𝐶𝐶𝑑𝑑 = koefisien lift didapat dari angle of attack Mach number dan Reynolds

number. [11]

Pada rotary-wing lift tidak dihasilkan oleh wing tapi dari propeller yang berputar.

Sehingga rotary-wing mampu hover, sehingga A merupakan luas lingkaran yang

14

dihasilkan dari propeller dimana 𝐴𝐴 = 2ᴫ𝑟𝑟2 , r merupakan jari-jari propeller. Dan untuk

CL saat hover memiliki angle of attack dengan sudut 0º, sehingga CL pada saat hover

adalah 0,1[12]. Pada rotaty wing v yang dihasilkan adalah kecepatan putar motor per

detik pada pitch propeller:

𝑣𝑣 = 𝑛𝑛 ∙ 𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝ℎ (2.2)

Keterangan:

𝑛𝑛 = Kecepatan rotasi motor (rev/sec)

𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝ℎ = Popeller pitch (m)

2.6 Material Komposit

Komposit adalah suatu material yang terbentuk dari kombinasi dua atau lebih

material sehingga dihasilkan material komposit yang mempunyai sifat mekanik dan

karakteristik yang berbeda dari material pembentuknya. Komposit memberikan suatu

pengertian yang sangat luas dan berbeda-beda, serta mengikuti situasi dan

perkembangan bahan itu sendiri. Gabungan dua atau lebih bahan merupakan suatu

konsep yang diperkenalkan untuk menerangkan definisi komposit.

Komposit memiliki sifat mekanik yang lebih bagus dari logam, kekakuan jenis

(modulus Young/density) dan kekuatan jenisnya lebih tinggi dari logam. Beberapa

lamina komposit dapat ditumpuk dengan arah orientasi serat yang berbeda, gabungan

lamina ini disebut sebagai laminat. [13]

15

2.6.1 Kelebihan Material Komposit

Bahan komposit mempunyai beberapa kelebihan berbanding dengan bahan

konvensional seperti logam. Kelebihan tersebut pada umumnya dapat dilihat dari

beberapa sudut yang penting seperti sifat-sifat mekanikal dan fisikal, keupayaan

(reliability), keboleh prosesan dan biaya. Seperti yang diuraikan dibawah ini:

a) Sifat-sifat mekanikal dan fisikal

Pada umumnya pemilihan bahan matriks dan serat memainkan peranan penting

dalam menentukan sifat-sifat mekanik dan sifat komposit. Gabungan matriks dan

serat dapat menghasilkan komposit yang mempunyai kekuatan dan kekakuan yang

lebih tinggi dari bahan konvensional. Berikut ini merupakan sifat-sifat mekanikal

dan fisikal yang harus ada pada bahan komposit:

Bahan komposit mempunyai density yang jauh lebih rendah berbanding

dengan bahan konvensional. Ini memberikan implikasi yang penting dalam

konteks penggunaan karena komposit akan mempunyai kekuatan dan

kekakuan spesifik yang lebih tinggi dari bahan konvensional. Implikasi

kedua ialah produk komposit yang dihasilkan akan mempunyai kerut yang

lebih rendah dari logam. Pengurangan berat adalah satu aspek yang penting

dalam industri pembuatan seperti automobile dan angkasa lepas. Ini karena

berhubungan dengan penghematan bahan bakar.

Dalam industri angkasa lepas terdapat kecendrungan untuk menggantikan

komponen yang diperbuat dari logam dengan komposit karena telah

16

terbukti komposit mempunyai rintangan terhadap fatigue yang baik

terutamanya komposit yang menggunakan serat karbon.

Kelemahan logam yang agak terlihat jelas ialah rintangan terhadap kakisa

yang lemah terutama produk yang kebutuhan sehari-hari. Kecendrungan

komponen logam untuk mengalami kikisan menyebabkan biaya

pembuatan yang tinggi.

Bahan komposit juga mempunyai kelebihan dari segi versatility (berdaya

guna) yaitu produk yang mempunyai gabungan sifat-sifat yang menarik

yang dapat dihasilkan dengan mengubah sesuai jenis matriks dan serat

yang digunakan. Contoh dengan menggabungkan lebih dari satu serat

dengan matriks untuk menghasilkan komposit hibrid.

Massa jenis rendah (ringan)

Lebih kuat dan lebih ringan.

Perbandingan kekuatan dan berat yang menguntungkan.

Lebih kuat (stiff), ulet (tough) dan tidak getas.

Koefisien pemuaian yang rendah

Tahan terhadap cuaca

Tahan terhadap korosi

Mudah diproses (dibentuk)

Lebih mudah dibanding metal

b) Harga

Faktor harga juga memainkan peranan yang sangat penting dalam membantu

perkembangan industry komposit. Harga yang berkaitan erat dengan penghasilan

17

suatu produk yang seharusnya memperhitungkan beberapa aspek seperti harga

bahan mentah, pemrosesan, tenaga manusia, dan sebagainya.

2.6.2 Kekurangan material komposit

Adapun kekurang bahan komposit yang telah diketahui adalah sebagai berikut:

a. Tidak tahan terhadap beban shock (kejut) dan crash (tabrak) dibandingkan

dengan metal.

b. Kurang elastis

c. Lebih sulit dibentuk secara plastis

2.7 Jenis- Jenis Bahan Komposit

Secara garis besar ada 3 macam jenis komposit berdasarkan penguat yang

digunakannya, yaitu:

1) Fibrous Composites (Komposit Serat), merupakan jenis komposit yang hanya

terdiri dari satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat (fiber). Serat

(fiber) yang digunakan bisa berupa glass fibers, carbon fibers, aramid fibers

(polyaramide), dan sebagainya.

2) Laminated Composites (Komposit Laminat), merupakan jenis komposit yang

terdiri dari dua lapis atau lebih yang digabung menjadi satu dan setiap lapisnya

memiliki karakteristik sifat sendiri.

3) Particulalate Composites (Komposit Partikel), merupakan komposit yang

menggunakan partikel atau serbuk sebagai penguatnya dan terdistribusi secara

merata dalam matriksnya.

Sehingga komposit dapat dikatakan sebagai dua macam atau lebih material

yang digabungkan atau dikombinasikan dalam sekala makroskopis (dapat terlihat

18

langsung oleh mata) sehingga menjadi material baru yang lebih berguna. Pada bahan

material komposit terdiri dari 2 bagian utama yaitu:

Matriks, berfungsi untuk perekat atau pengikat dan pelindung filler (pengisi)

dari kerusakan eksternal.

Filler (pengisi), berfungsi sebagai Penguat dari matriks.

2.8 Fiberglass

Fiberglass (AS) atau fiberglass (UK) adalah jenis umum dari plastik yang diperkuat

serat menggunakan serat kaca. Serat dapat disusun secara acak, diratakan menjadi

lembaran (disebut untaian tikar cincang), atau ditenun menjadi kain. Matriks plastik

dapat berupa matriks polimer termoset paling sering didasarkan pada polimer termoset

seperti epoksi, resin poliester, vinilester, atau termoplastik. [14]

(Sumber: http://fcfibreglass.com/about/)

Gambar 2.11 Fiberglass

Tidak seperti serat kaca yang digunakan untuk isolasi, agar struktur akhir menjadi

kuat, permukaan serat harus seluruhnya bebas dari cacat, karena ini memungkinkan

19

serat untuk mencapai kekuatan tarik gigapascal. Jika sebagian besar kaca bebas cacat,

itu akan sama kuatnya dengan serat kaca; Namun, umumnya tidak praktis untuk

memproduksi dan memelihara bahan curah dalam keadaan bebas cacat di luar kondisi

laboratorium.

Komponen dari plastik berserat kaca pada dasarnya terbuat dari konstruksi “kulit”

tipis, kadang bagian dalamnya diisi dengan busa struktural, seperti dalam kasus

pembuatan papan selancar. Komponennya bisa juga dibuat dengan bentuk yang hampir

sembarangan tetapi masih didalam batas kerumitan dan toleransi bentuk cetakan yang

digunakan untuk memproduksi kulit luar tersebut.

(Sumber: http://fcfibreglass.com/fiberglass-serat-kaca/)

Gambar 2. 12 Tabel Regangan Dan Tekanan Material

20

2.9 Metode Perancangan

Dalam perancangan ini, secara umum perancang akan menggunakan metode

perancangan yang disarankan oleh Pahl and Beitz. Perancangan ini dilakukan untuk

memodifikasi produk yang telah ada dipasaran, Adapun tahapan perancangan sebagai

berikut:

2.9.1 Perencanaan Proyek dan Penjelasan Tugas

Pada fase ini dikumpulkan semua informasi tentang semua persyaratan yang

harus dipenuhi oleh produk dan kendala-kendala yang merupakan batas untuk produk.

2.9.2 Perancangan Konsep Produk

Konsep produk tersebut merupakan solusi dari masalah perancangan yang

harus dipecahkan. Beberapa alternatif konsep produk dapat ditemukan. Konsep produk

berupa gambar skets atau gambar skema yang sederhana, tetapi telah memuat semua.

2.9.3 Perancangan Bentuk

Pada fase perancangan bentuk ini, konsep produk diberi bentuk, yaitu

komponen-komponen konsep produk yang dalam gambar skema atau gambar sketsa

masih berupa garis atau batang saja kini harus diberi bentuk sedemikian rupa sehingga

komponen-komponen tersebut secara bersama menyusun bentuk produk.

2.9.4 Perancangan Detail

Pada perancangan detail, maka susunan komponen produk, bentuk dan dimensi

dari setiap komponen produk ditetapkan. Hasil akhir fase ini adalah gambar rancangan

lengkap dan spesifikasi produk untuk pembuatan.

21

2.9.5 Pembuatan

Pada tahap ini penulis membahas tentang proses keseluruhan pembuatan alat,

yakni meliputi proses pemotongan, pengeleman, pemasangan dan finishing.

2.9.6 Pengujian Alat

Pada tahap ini penulis membahas tentang pengujian dan pembahasan mengenai

ketepatan alat, yang kemudian kesimpulannya akan menjadi karakteristik dari Alat

tersebut. Gambar 2.16.

(Sumber: Riadi, 2009)

Gambar 2. 13 Diagram Alir Perancangan Menurut Pahl And Beitz