pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../pengaruh... · bab ini berisi tentang...

53
Pengaruh twisted multiple winglet terhadap unjuk kerja aerodinamika airfoil naca 0012 tiga dimensi Oleh : Muh Irvan Nugroho Alifianto I.0401033 BAB I PENDAHULUAN 1.1. LATAR BELAKANG Pada tahun 1970-an para ahli biologi mulai mengamati karakteristik burung yang terbang melayang seperti elang, hawks, condor, osprey. Masing-masing burung tersebut mempunyai sayap dengan gaya lift yang besar dikarenakan model sayap dengan bulu-bulu panjang yang mencuat keluar pada ujungnya membentuk sebuah formasi celah paralel pada jarak tertentu (multiple winglets). Para ahli biologi menemukan bahwa bagian sayap tersebut berfungsi untuk mengurangi drag pada saat terbang melayang. Sayap pesawat terbang dengan penambahan winglet sudah diteliti sejak 25 tahun yang lalu. Richard Whitcomb dari pusat penelitian NASA Langley telah mempatenkan pertama kali penggunaan winglet pada pesawat komersil pada tahun 1970-an. Dia menggunakan bilah yang dipasang secara vertikal pada ujung sayap pesawat kc-135A dan tes terbang pada tahun 1979 dan 1980. Dari penelitian tersebut memperlihatkan bahwa penambahan winglet dapat menaikkan lift kurang lebih 7% pada saat terbang melayang. Kontrak NASA pada tahun 1980 meneliti tentang winglet dan cara lain untuk mengurangi drag (winglet, feather, sails, dll). Dari penelitian tersebut ditemukan bahwa penambahan pada ujung sayap tersebut dapat meningkatkan efesiensi lift-drag dari 10-15 %. Industri pertama kali menerapkan konsep penambahan wingtip pada pesawat terbang layang. Colling (1995) memberikan tinjauan sempurna dari penggunaan winglet untuk pesawat terbang layang yang dilakukan di Universitas A & M Texas pada low-speed windtunnel dengan menggunakan model skala penuh yang berjarak 5,6 kaki dari dinding windtunnel dengan panjang sayap keseluruhan 15 meter.

Upload: donhu

Post on 06-Feb-2018

221 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

Pengaruh twisted multiple winglet terhadap unjuk kerja aerodinamika

airfoil naca 0012 tiga dimensi Oleh :

Muh Irvan Nugroho Alifianto

I.0401033

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. LATAR BELAKANG

Pada tahun 1970-an para ahli biologi mulai mengamati karakteristik burung

yang terbang melayang seperti elang, hawks, condor, osprey. Masing-masing burung

tersebut mempunyai sayap dengan gaya lift yang besar dikarenakan model sayap

dengan bulu-bulu panjang yang mencuat keluar pada ujungnya membentuk sebuah

formasi celah paralel pada jarak tertentu (multiple winglets). Para ahli biologi

menemukan bahwa bagian sayap tersebut berfungsi untuk mengurangi drag pada

saat terbang melayang.

Sayap pesawat terbang dengan penambahan winglet sudah diteliti sejak 25

tahun yang lalu. Richard Whitcomb dari pusat penelitian NASA Langley telah

mempatenkan pertama kali penggunaan winglet pada pesawat komersil pada tahun

1970-an. Dia menggunakan bilah yang dipasang secara vertikal pada ujung sayap

pesawat kc-135A dan tes terbang pada tahun 1979 dan 1980. Dari penelitian tersebut

memperlihatkan bahwa penambahan winglet dapat menaikkan lift kurang lebih 7%

pada saat terbang melayang. Kontrak NASA pada tahun 1980 meneliti tentang

winglet dan cara lain untuk mengurangi drag (winglet, feather, sails, dll). Dari

penelitian tersebut ditemukan bahwa penambahan pada ujung sayap tersebut dapat

meningkatkan efesiensi lift-drag dari 10-15 %.

Industri pertama kali menerapkan konsep penambahan wingtip pada pesawat

terbang layang. Colling (1995) memberikan tinjauan sempurna dari penggunaan

winglet untuk pesawat terbang layang yang dilakukan di Universitas A & M Texas

pada low-speed windtunnel dengan menggunakan model skala penuh yang berjarak

5,6 kaki dari dinding windtunnel dengan panjang sayap keseluruhan 15 meter.

Page 2: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

2

Marchman, Manor dan Faery (1978) menemukan bahwa penambahan winglet

simetris pada sayap adalah cara terbaik yang dapat digunakan pada pesawat

umumnya, tetapi kurang efektif pada sayap tapered. Pada tes juga menunjukkan

bahwa penambahan winglet menyebabkan pengurangan turbulensi ulakan sayap.

Di Eropa, penambahan pada ujung airfoil telah dikembangkan yang disebut

sebagai winggrid. Winggrid adalah sebuah kesatuan dari penambahan sayap kecil

lebih dari satu yang di tambahkan pada ujung sayap. Sayap kecil ini dipasang pada

bermacam-macam sudut sehingga vortek pada ujung tidak menyatu sehingga tidak

menyebabkan vortek yang kuat. Vortek yang lebih kecil menghilangkan energi

vortek, jadi distribusi lift telah berubah dan induced drag dari sayap berkurang.

Konsep ini diterapkan pada pesawat glidder dengan hasil yang menggembirakan.

Konsep ini berhenti karena tidak dapat mengubah karakteristik pada saat terbang

untuk menyakinkan terjadi pengurangan drag. Pada akhirnya penelitian berhenti

sehingga belum ditemukan bentuk dan performa yang optimum.

Penelitian ini dilakukan dengan konsep dasar multiple winglets, bentuk twisted

multiple winglets diteliti untuk menunjukkan kemajuan performa sayap dari sayap

tanpa multiple winglet. Prinsip dasar penelitian ini adalah dengan memberikan aliran

udara pada kecepatan tertentu disekitar twisted multiple winglets pada sebuah

terowongan angin kecepatan rendah dan sayap dibuat dengan model untuk mencari

panduan seleksi dari bentuk twisted multiple winglets.

1.2. PERUMUSAN MASALAH

Berdasarkan apa yang telah disebutkan di atas dapat dirumuskan, yang

dianalisa pada penelitian ini adalah pengaruh penambahan twisted multiple winglets

yang dipasang secara dihedral pada pada sudut tertentu, terhadap unjuk kerja

aerodinamika pada airfoil NACA 0012 meliputi gaya angkat (lift ) dan gaya hambat

udara (drag).

1.3. BATASAN MASALAH

Sebagai acuan arah penelitian, diberikan batasan masalah sebagai berikut :

a. Alat uji yang digunakan dalam penelitian ini adalah terowongan angin

kecepatan rendah (Low Speed Wind Tunnel).

1

Page 3: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

3

b. Airfoil yang dipakai adalah sayap model NACA 0012.

c. Dimensi dari Airfoil NACA 0012 sebagai berikut:

� Panjang total = 26,3 cm.

� Lebar total = 8,3 cm.

d. Bilah winglet berbentuk persegi panjang terbuat dari Acrilic dengan

dimensi sebagai berikut:

� Panjang = 6,8 cm

� Lebar = 1,7 cm

e. Lima bilah winglet dipasang secara dihedral dari leading edge sampai

trailing edge.

f. Variasi sudut dihedral atau anhidral

g. Variasi sudut serang yang digunakan adalah 00 , 20 , 40 , 60 , 80 , 100 ,

120 , 140 , 160 , 180 , 200 .

h. Kecepatan udara yang digunakan sebesar 5, 10, 15 m/s.

1.4. TUJUAN PENELITIAN

Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui performa sayap dengan

penambahan twisted multiple winglets yang dipasang secara dihedral dari leading

edge sampai trailing edge pada ujung sayap tipe NACA 0012

1.5. MANFAAT PENELITIAN

Manfaat dari penelitian ini diharapkan dapat menambah wawasan pengetahuan

dalam bidang mekanika fluida khususnya aerodinamika. Manfaat praktisnya adalah

1) 100,50,00,-50,-100

2) 200,100,00,-100,-200

3) 300,150,00,-150,-300

4) 400,200,00,-200,-400

5) 500,250,00,-250,-500

6) 600,300,00,-300,-600

7) -100,-50,00,50,100

8) -200,-100,00,100,200

9) -300,-150,00,150,300

10) -400,-200,00,200,400

11) -500,-250,00,250,500

12) -600,-300,00,300,600

Page 4: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

4

hasil eksperimental ini diharapkan dapat menjadi dasar pertimbangan dalam

pembuatan pesawat terbang.

1.6. SISTEMATIKA PENULISAN

Sistematika dari penulisan laporan penelitian ini adalah :

BAB I : latar belakang masalah, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan

penelitian, manfaat penelitian dan sistematika penulisan.

BAB II : dasar teori.

Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus

perhitungan unjuk kerja sayap.

BAB III : metodologi penelitian.

Bab ini berisi tentang alat-alat yang digunakan dan mekanisme

pengambilan data percobaan.

BAB IV : data dan analisis.

Bab ini berisi tentang contoh perhitungan dan pembahasan grafik CL-alfa,

CD-alfa, CL/CD-alfa.

BAB V : kesimpulan dan saran.

Page 5: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

5

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Tinjauan Pustaka

Smith, M. J. dan Komerath, 2001, melakukan analisis kinerja sayap dengan

penambahan multiple winglets untuk mengurangi induced drag tanpa menambah

panjang span pesawat. Model dipasang pada NACA 0012, semi-span wing dengan

chord 0.3 meter dan span 1,219 meter. Pengujian dilakukan di Institut Teknologi

Georgia, pada terowongan angin yang mempunyai seksi uji 2,13 meter x 2,74 meter.

Pengujian dilakukan pada chord reynold number dari 161.000 sampai 300.000. Wind

tunnel telah dilengkapi dengan alat pengukur lift dan drag, dan visualisai aliran

dengan menggunakan laser untuk memberikan informasi aliran wingtip vortek.

Lima bilah winglet dibuat dari plat aluminium dimana pada bagian leading

edge dibuat membulat. Masing-masing bilah mempunyai span 12 inci, dan chord 1,5

inci (Gambar 2.1.). Lima bilah winglet dipasang secara dihedral pada sudut

kemiringan tertentu diukur nol relatif dengan sayap, adapun variasi multiple winglets

yang diteliti sesuai dengan tabel 2.1.

Tabel 2.1. Merupakan kombinasi multiple winglets yang telah diuji dan

dibahas.

Variasi Configuration

0 0a 1 2

Baseline 4 ft. span wing Baseline 5 ft. span wing

00, 00, 00, 00, 00

200, 100, 00, -100, -200

Page 6: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

6

Gambar 2.1. Sayap dengan penambahan multiple winglets

Winglet dihedral menunjukkan hasil terbaik ketika winglet dipasang dengan

jarak antar bilah 10 derajat, menurun dari 200 dihedral untuk leading edge sampai

200 anhedral untuk trailing edge winglet. Gambar 2.2. memperlihatkan visualisasi

aliran multiple winglets yang dipasang +20,+10,0,-10,-20 derajat. Konfigurasi ini

menghasilkan peningkatan kemiringan kurva lift , antara 15% sampai 22% bila

dibandingkan dengan sayap asli, pada chord reynold number 161.000 dan sudut

serang 6 derajat.

3 4 5 6 7 8 9

200, 200, 00, -200, -200

200, 200, 00, 200, 200

60, 30, 00, -30, -60

+100, +50, 00, -50, -100

+140, +70, 00, -70, -140

+260, +130, 00, -130, -260

+300, +150, 00, -150, -300

5

Page 7: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

7

a) Grafik koefisien lift (CL) - sudut serang sayap

b) Grafik koefisien Drag (CD) - sudut serang sayap

c) Grafik CL/ CD - sudut serang sayap

Gambar 2.2. Grafik untuk sayap NACA0012 pada chord Reynold Number

290.000

Page 8: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

8

Pada saat sayap diteliti pada chord Reynold Number 290.000, efek winglet

pada lift dan drag dapat dilihat pada gambar 2.2. Tes dilakukan pada tiga variasi:

tanpa winglet (variasi 0), winglet dipasang pada sudut nol derajat (variasi 1), winglet

susunan 200, 100, 00, -100, -200 (variasi 3). Ketika kurva lift meningkat dengan

penambahan winglet (gambar 2.2a), drag juga meningkat (gambar 2.2b), sehingga

L/D efektif karena penambahan winglet lebih rendah bila dibandingkan dengan L/D

untuk sayap asli. Pada konfigurasi 200, 100, 00, -100, -200 lima vortek dapat dilihat

dengan jelas pada seluruh bidang downstream.

Gambar 2.3. Visualisi aliran vortek wingtip sayap dengan penambahan

multiple winglets yang dipasang pada +20,+10,0,-10,-20 derajat,

menunjukkan L/D terbaik pada Re 161.000.

Vortek sepanjang span dari winglet hilang dan bergabung menjadi menjadi

vortek yang lebih dari satu. Kekuatan vortek-vortek ini jauh lebih kecil bila

dibandingkan dengan wingtip vortek sayap asli. Multiple vortek memperkenalkan

bahwa penurunan dari keseluruhan downwash pada sayap ketika vortek berada lebih

jauh dari permukaan sayap utama, dan kekuatan tiap-tiap vortek berkurang. Kabar

baik dari multiple winglets adalah multiple vortek kelihatan tetap berdiri sendiri dan

tidak terlihat bergabung menjadi satu vortek yang besar, tidak seperti yang terlihat

pada sayap asli.

Page 9: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

9

La Roche, 1996 melakukan pengembangan bentuk wingtip baru untuk

mengurangi induced drag. Bentuk ini perupakan pegembangan dari sayap dengan

penambahan multiple winglets. Percobaan dilakukan pada low speed wind tunnel

pada seksi uji 0,8 meter x 0.5 meter pada chord reynold number (Re) < 200.000

dengan vortex-generators berada di depan leading edge (gambar 2). Sayap dengan

penambahan winggrid dibandingkan dengan sayap elliptical dengan panjang span

yang sama. Sayap yang digunakan adalah semi span wing panjang 425 mm, dengan

panjang bilah winggrid 125 mm, dan rasio L2/L = 0,29.

Pengembangan bentuk wingtip untuk mengurangi induced drag berdasar pada

teori Spreiter dan Sacks berdasar dua parameter yaitu: vortex spacing (b’) dan vortec

core radius (rk) dari gulungan vortek sebagai fungsi dari induced drag (persamaan

2.1).

Pengurangan induced drag selalu mengembangkan 2 parameter penting yaitu:

1. Memperbesar spacing b’ dari vortek yang meningalkan sayap.

2. Memperbesar core radius rk dari vortek.

Gambar 2.4. Setup pengukuran pada wind tunnel

Page 10: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

10

Gambar 2.5. Induced drag pada sayap tiga dimensi

Persaman Spreiter dan Sacks (persamaan 2.1.) digunakan sebagai jalan

penunjuk dua parameter untuk mendefinisikan relatif induced drag.

(2.1)

Berdasar kontribusi wingtip untuk meningkatkan vortex spacing (b’) dan atau

vortex core radius (rk), La Roche membagi klasifikasi baru wingtip menjadi empat

kelas:

a. Contour:

b. Endplate:

c. Open fanlike

d. Closed multiple

Gambar 2.6. Hasil test perhitungan induced drag

Page 11: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

11

Hasil dari pengukuran menunjukkan penurunan induced drag (Xell) berkisar

sampai 50% bila dibandingkan dengan sayap elliptic dengan panjang span yang

sama.

2.2 Prinsip Bernoulli

Pada abad 18, ahli matematika dari Swiss Daniel Bernoulli menemukan bahwa

tekanan pada fluida menurun pada titik dimana kecepatan fluida meningkat. Ini

berarti bahwa aliran berkecepatan tinggi menyebabkan tekanan rendah dan kecepatan

rendah menyebabkan tekanan tinggi. Pada saat molekul udara mengalir seperti

molekul fluida prinsip ini di gunakan pada udara. Pada sebuah kasus airfoil molekul

yang menabrak leading edge, mulai bergerak keatas kecepatannya akan menjadi

bertambah pada saat udara melewati lengkungan panjang diatas permukaan airfoil ,

hal ini akan menyebabkan tekanan rendah karena jarak antar molekulnya lebih jauh.

Molekul yang menabrak leading edge mulai bergerak turun dan bergerak lebih

lambat pada saat melewati jarak yang lebih pendek ini berarti jarak antar molekulnya

lebih padat. Kedua molekul dipermukaan atas dan permukaan bawah akan bertemu

pada waktu yang sama pada trailing edge.

Gambar 2.7. Prinsip Bernoulli

Page 12: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

12

µνρ c..

µνρ c..

2.3 Boundary Layer

Boundary layer adalah daerah tipis dari aliran yang berdekatan dengan

permukaan, dimana aliran menjadi lambat karena gesekan antara permukaan benda

padat dengan fluida (Anderson, J.D., 1985)

Gambar 2.8. Boundary layer

2.4 Reynold Number

Penelitian Reynold sebenarnya dilakukan dengan visualisasi aliran cairan yang

dilewatkan pada terowongan pipa, dimana terdapat lapisan tipis yang disebut sebagai

dye. Dia menemukan bahwa, dye kadang-kadang mengalir melalui pipa sebagai

aliran kontinu (laminar), tapi kadang-kadang menjadi rusak atau terjadi ulakan

(turbulen). Reynold mengamati bahwa berat jenis, kekentalan, kecepatan fluida, dan

diameter pipa berperan penting dalam menentukan aliran tersebut laminar atau

turbulent. Reynold menggabungkan pengaruh dari semuan faktor tersebut menjadi

satu parameter non dimensional atau disebut sebagai Reynold number (Re).

Re = (2.2)

Untuk masalah aliran yang lebih luas, R didefinisikan sebagai ..νρ l / µ ,

dimana l adalah panjang di benda. Pada kasus aliran yang melelui airfoil , terdapat 2

konsep perhitungan, yaitu:

1. Overal Reynold number

Re = (2.3)

Page 13: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

13

µνρ x..

Dimana, c adalah panjang keseluruhan dari airfoil , diukur dari leading

edge sampai trailing edge (chord).

2. Local Reynold number pada titik sejauh x dibelakang leading edge,

dirumuskan :

Re(x) = (2.4)

Hubungan antara reynold number dan boundary layer dapat menjelaskan

mengapa aliran yang melewati airfoil dimulai dengan boundary layer laminar tetapi

selanjutnya menjadi turbulent downstream. Rx relatif kecil dekat dengan ujung yang

mengindikasikan aliran laminar. Pada aliran downstream, x meningkat dan

menjadikan Rx menjadi besar dan aliran menjadi turbulent. Nilai Rx pada saat terjadi

pergantian aliran laminar menjadi turbulent disebut sebagai transition Reynold

number (RT).

2.5 Airfoil

Airfoil merupakan suatu bentuk yang dibuat untuk menghasilkan gaya lift yang

lebih besar dari gaya drag pada saat ditempatkan pada sudut tertentu pada suatu

aliran udara. Airfoil mempunyai bentuk ujung yang lancip untuk menjamin aliran

udara sedapat mungkin streamline (Clancy L.J, 1975). Airfoil mempunyai bagian

seperti leading edge, trailing edge, chord dan chamber.

Leading edge berbentuk tumpul untuk memastikan aliran lancar, trailing edge

lancip agar wake terjaga tipis dan dijaga agar terjadi separasi sekecil mungkin. Chord

line adalah garis yang menghubungkan antara pusat leading edge dengan trailing

edge. Camber line adalah garis yang membelah airfoil menjadi dua buah permukaan.

Maximum Camber adalah jarak maksimum dari chamber line dengan chord line,

dijelaskan dengan perbandingan dari besarnya chord. Camber dianggap positif

apabila maksimum camber line terletak diatas chord line. Untuk tipe airfoil low-

speed mempunyai positif camber antara 2-3 %, untuk supersonic biasanya simetris.

Maximum thickness adalah jarak maksimum antara permukaan atas dan permukaan

bawah airfoil yang juga diukur tegak lurus terhadap chord line. Sudut serang adalah

Page 14: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

14

letak airfoil yang ditentukan berdasarkan besarnya sudut antara chord line dengan

vektor kecepatan aliran free stream (Clancy L.J, 1975).

NACA (National Advisory Committee for Aeronautics) mengidentifikasi

bentuk airfoil dengan sistem angka. Penamaan airfoil NACA telah dikembangkan

sejak tahun 1930-an, dimulai dengan penamaan dengan menggunakan 4 digit angka

- Digit pertama: maksimum camber dalam 1/100 dari panjang chord (C)

- Digit kedua: lokasi dari maksimum camber sepanjang chord dalam 1/10 dari

panjang chord.

- 2 digit terakhir: tebal maksimum dalam 1/100 dari panjang chord.

Contoh : Airfoil NACA 2412

- Maksimum camber = 0,002 C

- Lokasi = 0,4 C

- Tebal Maksimum = 0,12 C

atau - 2% Camber

- 40% Chord

- 12% Tebal Maksimum

Airfoil simetri adalah bentuk dari airfoil sama antara diatas dan dibawah chord line,

tidak mempunyai camber. Contoh : NACA 0012 (airfoil simetri dengan tebal

maksimum 12%).

Karakteristik airfoil tiga dimensi jika dibandingkan dengan airfoil dua dimensi

ialah pada airfoil tiga dimensi terdapat komponen kecepatan yang searah dengan

penampang disebut dengan aliran melintang (cross flow) sedangkan pada airfoil dua

dimensi tidak terdapat aliran melintang (cross flow).

Gambar 2.9. Bagian-bagian airfoil

Page 15: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

15

Gambar 2.10. Airfoil 2D pada sudut serang α

2.6 Downwash dan induced drag

Sayap dengan panjang tertentu merupakan benda tiga dimensi, dan

konsekuensinya aliran yang mengalir melalui sayap dengan panjang terbatas adalah

aliran tiga dimensi dan merupakan komponen arah aliran pada keseluruhan span.

Syarat agar terjadi lift pada sayap adalah tekanan tinggi pada permukaan bawah dan

tekanan rendah pada permukaan atas. Pada saat terjadi gradien tekanan aliran dekat

dengan wingtip cenderung mengalir memutar disekitar wingtip, disebabkan gaya dari

daerah bertekanan tinggi dibawah wingtip bergerak menuju daerah bertekanan

rendah diatas. Komponen arah aliran udara pada permukaan atas dari sayap

umumnya mengalir dari ujung (tip) menuju wingroot, menyebabkan streamline

seluruh permukaan atas belok menuju wingroot. Komponen arah aliran udara pada

permukaan bawah dari sayap umumnya mengalir dari wingroot menuju ujung (tip)

sayap, menyebabkan streamline yang mengalir pada permukaan bawah belok menuju

ujung (tip).

Aliran yang keluar disekeliling wingtip menyebabkan efek aerodinamika pada

sayap. Aliran ini membentuk pergerakan memutar menyebabkab downstream di

trailing sayap, sehingga trailing vortek terjadi disetiap wingtip. Wingtip vortex

downstream sayap menyebabkan komponen kecepatan udara yang menurun

dilingkungan sayap itu sendiri. Dua vortek cenderung menjadi gaya hambat dikedua

ujung dan menyebabkan terjadinya komponen kecepatan kecil yang mengarah

kebawah pada sayap. Komponen kebawah tersebut disebut sebagai downwash (w).

downwash bergabung dengan kecepatan freestream (V ∞ ) menghasilkan local relatif

wind disetiap bagian airfoil ( gambar 2.11). α merupakan sudut serang geometric

sayap. Local relatif wind bergerak miring dengan sudut iα atau disebut sebagai sudut

serang induced. Timbulnya downwash dan kecenderungan terjadinya local relatif

wind yang mengarah kebawah mempunyai efek penting pada airfoil , yaitu:

Page 16: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

16

1. Sudut serang aktual pada bagian airfoil tertentu adalah sudut antara chord

line dengan local relatif wind. Sudut ini disebut sebagai sudut serang

efektif ( effα ) dan besarnya lebih kecil dari sudut serang α .

effα = α - iα

2. Arah lift lokal ditarik tegak lurus dengan local relatif wind dan miring

dengan sudut iα dengan garis vertikal (gambar 2.11). Sehingga terdapat

komponen drag yang disebabkan karena downwash dari arah lift local

yang searah dengan V∞ (gambar 2.11)

Dengan adanya downwash pada sayap dengan panjang tertentu mengurangi sudut

serang pada tiap bagian efektif. Downwash menghasilkan komponen dari drag yang

disebut sebagai induced drag (Di).

Gambar 2.11. Efek downwash pada aliran lokal yang mengalir melalui bagian airfoil dari

sayap dengan panjang tertentu.

2.7 Wingtip vortek

Dekat dengan ujung sayap udara bergerak dari daerah tekanan tinggi menuju

daerah bertekanan rendah, menghasilkan putaran vortek pada wingtip (gambar 2.12).

Wingtip vortek menghasilkan aliran downwash yang sangat kuat pada wingtip dan

semakin berkurang menuju wing root. Induced drag merupakan gaya yang

disebabkan karena down stream dan pengaruh dari wingtip vortek pada sayap tiga

dimensi. Induced drag disebut juga “drag karena gaya lift ” karena hanya hanya

terjadi pada saat sayap menghasilkan gaya lift (Glenn Research Center).

Page 17: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

17

Gambar 2.12. Wingtip vortek pada Sayap tiga dimensi

Gambar 2.13. Efek Wingtip Vortek

Gambar 2.14. Wingtip vortek sayap dengan winggrid

2.8 Stall

Kurva lift bergerak lurus hingga pada jarak tertentu. Pada saat mulai timbul

efek separasi kemiringan kurva mulai berkurang. Akhirnya, kurva lift mencapai titik

maksimum dan mulai menurun. Sudut pada saat terjadi penurunan lift disebut

sebagai sudut stall (Clancy,L.J.,1975).

Page 18: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

18

Gambar 2.15. Aliran udara pada sudut serang besar yang melalui airfoil

Gambar 2.16. Macam-macam tipe sayap dan typical stall yang terjadi

2.9 Gaya angkat (lift)

Gaya angkat (lift ) adalah resultan gaya aerodinamik yang tegak lurus arah

gerakan udara, yang mengakibatkan suatu benda terangkat karena terjadinya

perbedaan tekanan bagian atas dan bawah dari benda (Clancy,L.J.,1975).

Besarnya gaya angkat untuk mengangkat benda dengan bidang angkat Ap umumnya

didefinisikan sebagai:

FC A

LL p=ρ V2

2 (2.5)

dimana:

LF = gaya angkat

LC = koefisien gaya angkat

ρ = massa jenis udara

V = kecepatan udara bebas

Ap = proyeksi luasan maksimum dari benda atau bidang angkat

Dari persamaan (2.2) maka persamaan koefisien gaya angkat adalah :

Page 19: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

19

CF

AL

L

p

=1

2ρ V2

(2.6)

dimana:

Ap : Proyeksi luasan maksimum dari benda atau bidang angkat.

2.10 Gaya hambat (drag)

Gaya hambat adalah komponen gaya fluida pada benda yang searah dengan

arah aliran fluida atau berlawanan gerakan benda (Clancy,L.J.,1975). Besarnya gaya

hambat dapat dihitung dengan persamaan :

2

2PD

D

AVCF

ρ= (2.7)

dimana:

DF = gaya hambat

DC = koefisien gaya hambat

ρ = massa jenis udara

V = kecepatan udara bebas

Ap = proyeksi luasan maksimum dari benda atau bidang hambat

Dari persamaan (2.4) maka persamaan koefisien gaya hambat adalah:

p

DD

A

FC

2V 2

1 ρ= (2.8)

Untuk menghasilkan lift , tekanan udara diatas sayap harus lebih kecil daripada

tekanan di bawah sayap. Aliran udara dari tekanan tinggi bergerak menuju daerah

yang bertekanan rendah, tekanan tinggi di bawah sayap menghasilkan gelombang

tekanan yang menyebabkan udara dibawah sayap mulai bergerak ke depan menuju

daerah yang bertekanan rendah. Pada saat yang bersamaan tekanan rendah diatas

sayap menyebabkan udara di leading edge dan diatas sayap mulai bergerak

meninggalkan sayap. Aliran udara yang meninggalkan sayap menuju besaran sudut

tertentu yang bergerak miring kebawah terhadap aliran free stream yang

meninggalkan sayap atau disebut dengan downwash (Professional Pilot).

Page 20: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

20

Gaya hambat karena perbedaan tekanan antara bagian depan dengan bagian

belakang pesawat pada saat terbang disebut sebagai pressure drag. Tidak semua

drag disebabkan karena perbedaan tekanan pada saat terbang, beberapa disebabkan

karena kekasaran permukaan yang menyebabkan melekatnya udara sepanjang

permukaan atau disebut sebagai viscous drag. Total parasite drag merupakan

penjumlahan pressure drag dengan viscous drag. Parasite drag merupakan

penambahan jumlah drag yang disebabkan oleh komponen-komponen pesawat

seperti badan pesawat, mesin pesawat, tail unit, dll.

2.11 Klasifikasi Wingtip

Penambahan wingtip pada sayap untuk menaikkan vortex-spacing (jarak

separasi putaran vortex) b’ dan atau vortex-core-radius (jari-jari inti vortex) rk.

Klasifikasi dari Wingtip dapat digolongkan ke dalam empat jenis antara lain:

a. Contour:

Metode yang digunakan untuk menurunkan induced drag dengan merubah

bentuk ujung sayap flat, dengan Wingtip yang melengkung kebelakang

menaikkan vortex-spacing b’. Contoh: Sayap Dornier 228.

Gambar 2.17. Contour wingtip konfigurasi planar swept-back

b. Endplate:

Penambahan endplate dari bermacam desain pada ujung sayap,

mendistribusikan pusaran lebih pada ujung sayap, sehingga menaikkan vortex-

spacing (b’). Contoh : beberapa jenis pesawat angkut. Penambahan propeller

Page 21: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

21

memiliki pengaruh yang sama seperti endplate, propeller bentuk sementara

yang merupakan salah satu dari kelas endplate (Airbus-study).

Gambar 2.18. Endplate wingtip konfigurasi propeller.

Gambar 2.19. Endplates.

c. Open fanlike

Bentuk seperti ini telah diusulkan pada tahun 1993 untuk di teliti berdasar

pada prinsip kerja dari sayap burung darat yang terbang melayang dengan

sayap yang mencuat keluar dari beberapa bilah sayap yang membuka pada

ujungnya dan pada tujuan yang berbeda. Beberapa berhasil dan wingtip

sederhana (contoh: tipe Whitcomb) dapat meningkatkan vortex-spacing (jarak

separasi putaran vortex) b’ dan atau vortex-core-radius (jari-jari inti vortex) rk.

Gambar 2.20. Open fanlike konfigurasi fanlike expanded multiple.

d. Closed multiple

Jenis konfigurasi baru yang merupakan suatu cara untuk menurunkan

induced drag melebihi kemampuan jenis wingtip a-c dengan garis batas yang

lebih lebar, dimana memiliki tujuan sama untuk menurunkan induced drag

yaitu:

- Menaikkan vortex-spacing, dengan cara menggeser pusaran menuju

ujung sayap (Wingtip).

- Menaikkan vortex-core-radius (jari-jari inti vortex) rk, dengan cara

mendistribusikan gaya angkat pada masing-masing bilah (winglet).

Page 22: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

22

Gambar 2.21. Konfigurasi winggrid.

Gambar 2.22. Konfigurasi spiroid.

LaRoche,U (1996) menyatakan bahwa Winggrid ialah teknologi penurun

gaya hambat berdasarkan pada ujung sayap (Wingtip) dengan penambahan

bilah sayap kecil yang berjumlah lebih dari satu (Multiple winglets) yang

disusun secara paralel (winggrid) dengan bermacam-macam bentuk. Aliran

vortek pada ujung sayap dapat mengurangi efektifitas gaya angkat sayap,

seperti yang terlihat digambar 2.12. Vortek yang terjadi mengurangi luasan

efektif sayap untuk menghasilkan gaya angkat. Penambahan winggrid

membuat aliran vortek bergerak ke ujung sehingga mengurangi besarnya gaya

vortek yang terjadi.

Gambar 2.23. Skema aliran vortek pada sayap normal dibanding dengan sayap

yang menggunakan winggrid pada ujung sayap.

Page 23: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

23

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Alat Penelitian

Peralatan yang digunakan dalam pengambilan data penelitian adalah sebagai

berikut:

1. Low speed wind tunnel

Gambar 3.1. Low speed wind tunnel

2. Balancer

Page 24: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

24

Gambar 3.2. Balancer

3. Hygrometer

Gambar 3.3. Hygrometer

4. Barometer

Gambar 3.4. Barometer

5. Termometer digital

23

Page 25: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

25

Gambar 3.5. Termometer digital

6. Timbangan Digital

Gambar 3.6. Timbangan Digital beban maksimum 200 gram

Gambar 3.7. Timbangan Digital

3.2. Spesimen

Spesimen yang digunakan untuk pengambilan data adalah sebagai berikut:

1. Airfoil NACA 0012

Dimensi dari airfoil NACA 0012 sebagai berikut:

� Panjang total = 26,3 cm.

� Lebar total = 8,3 cm.

2. Lima bilah winglet berbentuk persegi panjang terbuat dari acrilic dengan

panjang = 6,8 cm dan Lebar = 1,7 cm, dipasang secara dihedral dari

leading edge sampai trailing edge (.twisted multiple winglets).

Page 26: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

26

Gambar 3.8. Airfoil NACA 0012 dengan penambahan twisted multiple winglets

Gambar 3.9. Twisted multiple winglets

3.3. Pengujian

1. Lima bilah yang dibuat dari akrilik dipasang secara dihedral dari leading

edge sampai trailing edge pada sebuah plat akrilik yang mempunyai

Page 27: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

27

penampang seperti airfoil , plat akrilik tersebut dipasangkan pada ujung

airfoil NACA 0012 dengan dua buah baut 2 mm sebagai penguat.

2. Kalibrasi pengukuran kecepatan udara menggunakan Anemometer dengan

mengambil rata-rata kecepatan yang diukur dari tiga titik/garis pada seksi

uji dimana aliran di dalam seksi uji diasumsikan seragam.

3. Pemasangan mekanisme timbangan (balancer) dan sayap untuk

pengukuran gaya angkat dan gaya hambat menggunakan timbangan

digital.

4. Pengukuran temperatur ruangan, tekanan udara, kelembaban udara

dilakukan pada saat awal dan akhir percobaan.

5. Pengukuran gaya angkat dan gaya hambat dengan berbagai variasi

penambahan bilah yang disusun secara dihedral.

6. Pengambilan data dilakukan untuk mengetahui gaya lift dan gaya hambat

yang bisa dilihat di timbangan digital dengan variasi sudut serang sayap

00000000000 20,18,16,14,12,10,8,6,,4,20 serta variasi kecepatan udara 5

m/s, 10 m/s, 15 m/s, untuk setiap variasi twisted multiple winglets.

7. Data diambil sebanyak tiga kali untuk setiap pengambilan data (langkah 6)

untuk diambil sebagai rata-rata, dimana setiap kali pengambilan data

(langkah 7), diambil 2 data pada timbangan digital kemudian dirata-rata.

8. Pengambilan data pertama untuk sayap model NACA 0012 asli sesuai

dengan langkah 6 dan langkah 7.

9. Selanjutnya twisted multiple winglets di pasang pada ujung sayap model

NACA 0012 sesuai dengan langkah 6 dan langkah 7.

Pengambilan data sayap model NACA 0012 dengan penambahan bilah

dihedral dilakukan untuk setiap variasi twisted multiple winglets sebagai

berikut :

Page 28: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

28

1) 100,50,00,-50,-100

2) 200,100,00,-100,-200

3) 300,150,00,-150,-300

4) 400,200,00,-200,-400

5) 500,250,00,-250,-500

6) 600,300,00,-300,-600

7) -100,-50,00,50,100

8) -200,-100,00,100,200

9) -300,-150,00,150,300

10) -400,-200,00,200,400

11) -500,-250,00,250,500

12) -600,-300,00,300,600

mulai

Pembuatan Spesimen uji

Kalibrasi Kecepatan udara wind tunnel

Setting dengan balancer dengan sayap tanpa multiple winglet

Page 29: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

29

Kesimpulan

Selesai

1

Analisa

Page 30: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

30

Gambar 3.10. Diagram alir penelitian.

BAB IV ANALISIS DATA

Macam-macam kombinasi twisted multiple winglets diteliti pada low speed

wind tunnel untuk menentukan kombinasi yang terbaik terhadap lift/drag rasio. Lima

bilah winglet dipasang secara dihedral pada sudut kemiringan tertentu diukur dari

nol relatif dengan sayap, bilah dipasang dari leading edge sampai trailling edge pada

airfoil NACA 0012. Setiap kombinasi winglet dihedral diuji pada kecepatan udara 5

m/s, 10 m/s, dan 15 m/s dan setiap variasi kecepatan menggunakan variasi sudut

serang sayap .16,14,12,10,8,6,,4,20 000000000

4.1 ANALISIS

4.1.1. Contoh perhitungan

Page 31: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

31

µρ cv ..

Berikut merupakan contoh perhitungan dari data hasil pengamatan pada sayap

model NACA 0012 penambahan twisted multiple winglets konfigurasi +20,+10,0,-

10,-20 derajat, pada kecepatan udara 15 m/s dan sudut serang sayap 100. Pengamatan

suhu, tekanan dan kelembaban dilakukan sebelum dan sesudah pengujian. Tabel 4.1.

merupakan data hasil pengamatan pada sayap dengan model NACA 0012

penambahan twisted multiple winglets konfigurasi +20,+10,0,-10,-20 derajat..

Tabel 4.1. Data hasil pengamatan suhu, tekanan dan kelembaban udara.

Kondisi Ruang Sebelum Sesudah Rerata Konversi Suhu [C] 29.5 C 29.7 C 29.6 C 302,600 K P [mBar] 1015 mBar 1015 mBar 1015.000 mBar 101.5 kPa

Humidity [%] 73 % 73 % 73 % 0,73

a. Chord Reynold Number

Re =

dimana: ρ udara @ 302,6 K = 1,1528 Kg/m3 (tabel A4 Incopera)

V = 15 m/detik

C = 8,3 x 10-2 meter

µ udara @ 302,6 K = 185,8272 x 10-7 N s/m (tabel A4 Incopera)

1) Re untuk kecepatan udara 5 m/detik

Re = s/m N 10 x 185,8272

meter 10 x 8,3 x m/s 5 x Kg/m3 1,15287-

-2

Re = 25.745

2) Re untuk kecepatan udara 10 m/detik

Re = s/m N 10 x 185,8272

meter 10 x 8,3 x m/s 10 x Kg/m3 1,15287-

-2

Re = 51.490

3) Re untuk kecepatan udara 15 m/detik

Re = s/m N 10 x 185,8272

meter 10 x 8,3 x m/s 15 x Kg/m3 1,15287-

-2

Page 32: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

32

mics)ThermodynaCengel, A.1. (Tabel

kg.K / kPa.m 0,4620 air Konstanta R

mics)Thermodyna Cengel, A.1. (Tabel

kg.K / kPa.m 0,2870 udara Konstanta R

(kPa)jenuh uapTekanan P

(kPa)pengujian saat udaraTekanan P

(Kelvin)pengujian saat ruangSuhu T

)m / (Kg jenis Massa

:Dimana

3r

3

r

3

==

==

====ρ

(2.10) m / kg R

R - 1P - P

T R

1

(2.9) mics)Thermodyna(Cengel, T R

P

T R

P - P

3

rr

r

rr

=

+=

ρ

ρ

=

rr R

R - 1P - P

T R

1 ρ

mics)ThermodynaCengel, A.1. (Tabel

kg.K / kPa.m 0,4620 air Konstanta R

mics)Thermodyna Cengel, A.1. (Tabel

kg.K / kPa.m 0,2870 udara Konstanta R

(kPa)jenuh uapTekanan P

(kPa)pengujian saat udaraTekanan P

(Kelvin)pengujian saat ruangSuhu T

)m / (Kg jenis Massa

:Dimana

3r

3

r

3

==

==

====ρ

Χ×

=

kg.K / kPa.m 0,4620

kg.K / kPa.m 0,2870 - 1kPa 3.036683 - kPa 101,5

K 302,6 kg.K / kPa.m 0,2870

1

3

3

( ( )( )( )

3

3

3

3

m / kg 1,155488

kg / kPa.m 86,8462

kPa 2100.349741

kPa 81,15025878 - kPa 101.5 kg / kPa.m 86,8462

1

0,6212 -1kPa 3.036683 - kPa 101,5

kg / kPa.m 86,8462

1

=

=

×=

×=

ρ

ρ

ρ

ρ

Re = 77.235

b. Menghitung Tekanan Parsial pada Temperatur Tertentu (Pr)

( )C0r 29,6T araTekanan Ud (%) UdaraKelembaban P =×= (4.3)

Tekanan Udara pada suhu C6,29 0 dicari dengan interpolasi Tabel A.4.

Cengel, Thermodynamics sebagai berikut:

( )( ) ( ) ( )( )

( )25 - 30

3,1690 25 - 30 3,1690 - 4,2460 25 - 29,6 P 29,1t

×+×=

( )( ) ( )

( ) kPa 4,15984 P5

20,7992

5

15,8450 4,9542

5

3,1690 5 1,0770 4,6 P

29,1t

29,1t

=

=+=×+×=

Sehingga Pr = 73% × 4,15984 kPa = 0.73 × 4,15984 kPa

Pr = 3,036683 kPa

c. Menghitung Densitas Udara

Dalam penerapan untuk aliran Sub Sonic Rendah, udara dianggap sebagai gas

sempurna sehingga:

(4.4)

Page 33: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

33

Jadi nilai densitas udara (massa jenis udara) sebesar 1,155488 kg/ 3m .

Tabel 4.2. Data hasil perhitungan

Pg t[25](kPa) 3,1690 Pr (kPa)= 3,036683 Pg t[30](kPa) 4,2460 Pt(29.1)(kPa) = 4,15984 R(kPa.m3/kgK) 0,2870 ρ(kg/m3) = 1,155488 Rr(kPa.m3/kgK) 0,4620

d. Perhitungan gaya lift dan drag

Gaya Angkat dan Gaya Hambat diperoleh dari pengukuran menggunakan

mekanisme Timbangan (Balancer) dengan Timbangan Digital sebanyak dua

buah. Mekanisme Timbangan (Balancer) ditunjukkan dalam gambar berikut

ini:

Gambar 4.1. Mekanisme Timbangan (Balancer) untuk pengukuran Lift dan

Drag.

Dari gambar di atas dapat diketahui persamaan pengukuran gaya angkat dan

gaya hambat, yaitu :

Page 34: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

34

)Newtonatau s / m (Kgangkat Gaya F 2D =

a

b L FL

×= (4.5)

Dimana:

)Newtonatau s / m (Kgangkat Gaya F 2L =

L = Besar gaya angkat (Gram)

a = Setengah bentang sayap ditambah jarak ujung sayap dengan

lengan momen lift untuk sayap tanpa Winggrid (meter).

B = Panjang lengan momen lift (meter)

c

d D FD

×= (4.6)

Dimana:

D = Besar gaya hambat (Gram)

c = Setengah bentang sayap ditambah jarak ujung sayap dengan

lengan momen drag untuk sayap tanpa Winggrid (meter).

Sedangkan dengan bilah Winggrid ditambah setengah dari

panjang span Winggrid dan tebal endplate.

d = Panjang lengan momen drag (meter)

Sesuai dengan data hasil pengamatan dari timbangan digital 256,6833 gram

sedangkan Drag sebesar 64,9 gram maka nilai gaya angkat (FL) dan gaya

hambat (FD) sebagai berikut:

( ) ) ( )( ) )

N 3.29 m/s Kg 3.287289 F

m .19150

m 0,25 m/s Kg 2.518064 F

m100/cm 6 cm 26,30,5

mcm/100 25 m/s 9,81 Kggram/1000 256.6833 F

a

b L F

2L

2

L

2

L

L

≈=

×=

+×××=

×=

Page 35: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

35

( ) ) ( )( ) )

N 0.73 m/s Kg 0.731421 F

m .19150

m 0,22 m/s Kg 0.636669 F

m100/cm 6 cm 26,30,5

mcm/100 22 m/s 9,81 Kggram/1000 64.9 F

c

d D F

2D

2

D

2

D

D

≈=

×=

+×××=

×=

e. Menghitung Koefisien Lift dan Drag

Persamaan koefisien Lift adalah: CF

AL

L

p

=1

2ρ V2

(4.7)

dimana: LF = gaya angkat (N)

LC = koefisien gaya angkat

ρ = massa jenis udara (Kg/m3 )

V = kecepatan udara bebas (m/s)

Ap = proyeksi luasan maksimum dari benda atau bidang angkat

(m2 )

Persamaan koefisien gaya hambat adalah:

p

DD

A

FC

2V 2

1 ρ= (4.8)

dimana: DF = gaya hambat (N)

DC = koefisien gaya hambat

ρ = massa jenis udara (Kg/m3 )

V = kecepatan udara bebas (m/s)

Ap = proyeksi luasan maksimum dari benda atau bidang hambat

(m 2 )

• Menghitung Koefisien Lift

Page 36: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

36

CL - Alfa Sayap

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

1,2

1,3

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Alfa Sayap

CL

5 m/s

10 m/s

15 m/s

1,176354 C

9848,0m 021829,0 s/m 225 m / kg 1,155488

2

1m/s Kg 3,287289

L

2223

2

=

××××=LC

( ) ( ) ) 10 COS m10000/3,826,3 ( m/s 15 m / kg 1,155488 21

m/s Kg 3,287289

V

21

0223

2

2

×××××=

=

L

p

LL

C

A

FC

ρ

• Menghitung Koefisien Drag

( ) ( ) ) 10 COS m10000/3,826,3 m/s 15 m / kg 1,155488 21

m/s Kg 0,731421

V

21

0223

2

2

×××××=

=

D

p

DD

C

A

FC

ρ

0,261739 C

0,9848 m 021829,0 s/m 225 m / kg 1,155488

2

1m/s Kg 0,731421

D

2223

2

=

××××=DC

f. Menghitung Unjuk Kerja Aerodinamika

Unjuk Kerja Aerodinamika merupakan perbandingan Koefisien Lift dengan

Koefisien Drag.

4,4944 0,26179

1,176354

C

C kaAerodinami KerjaUnjuk

D

L ===

4.1.2. Pembahasan

a. Sayap Tanpa Penambahan Winggrid

Pengukuran gaya lift pada sayap tipe NACA 0012 diteliti pada low speed

wind tunnel dengan tiga variasi kecepatan udara yaitu 5 m/detik, 10 m/detik, 15

m/detik. Setiap variasi kecepatan udara dilakukan perubahan sudut serang

00000000000 20,18,16,14,12,10,8,6,,4,20 dengan arah aliran udara. Dari grafik

di bawah terlihat bahwa koefisien gaya angkat meningkat dengan penambahan

kecepatan udara.

Page 37: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

37

CL/Cd - Alfa Sayap

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

5,5

6

6,5

7

7,5

8

8,5

9

9,5

10

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Alfa Sayap

CL/

Cd 5 m/s

10 m/s

15 m/s

Cd - Alfa Sayap

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Alfa sayap

Cd

5 m/s

10 m/s

15 m/s

Gambar 4.2. Grafik Alfa-CL sayap tanpa multiple winglets.

Pada Gambar 4.2. dapat dilihat bahwa koefisien gaya angkat maksimal

terjadi pada sudut serang 120 pada kecepatan udara 15 m/s sebesar 0,724444.

Pada sudut serang yang lebih besar terjadi penurunan gaya angkat atau disebut

dengan stall.

Gambar 4.3. Grafik Alfa-CD sayap tanpa multiple winglets

Dari Gambar 4.3. terlihat bahwa koefisien gaya hambat meningkat

dengan penambahan kecepatan udara. Koefisien gaya hambat pada sudut

serang sayap 200sebesar 0,370876 dengan kecepatan 15 m/s. Koefisien gaya

hambat mengalami peningkatan sejalan dengan peningkatan kecepatan aliran

udara dan sudut serang. Pada saat kecepatan meningkat, titik transisi cenderung

bergerak menuju leading edge. Begitu juga pada saat sudut serang naik, titik

transisi cenderung bergerak maju (William Rice). Rusaknya aliran streamline

di permukaan airfoil menyebabkan peningkatan pressure drag yang besar.

Page 38: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

38

Alfa - CL Dihedral di LE Pada Kecepatan Udara 15 m/s

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

1,2

1,3

CL

Sayap Asli

Sudut antar bilah 5DerajatSudut Antar Bilah 10DerajatSudut Antar Bilah 15Derajat Sudut Antar Bilah 20DerajatSudut Antar Bilah 25DerajatSudut Antar Bilah 30Derajat

Gambar 4.4. Grafik unjuk kerja airfoil (koefisien gaya angkat/koefisien gaya hambat)

sayap tanpa penambahan Winggrid.

Grafik unjuk kerja airfoil ditunjukkan pada Gambar 4.4. Dari grafik di

atas terlihat bahwa unjuk kerja airfoil meningkat dengan penambahan

kecepatan udara. Unjuk kerja airfoil maksimal pada sudut serang sayap

60sebesar 9,294161 dengan kecepatan 10 m/s. Sedangkan unjuk kerja airfoil

minimal pada sudut serang sayap 80 sebesar 5,795455 dengan kecepatan 5

m/s.

Rasio CL/CD meningkat dengan cepat pada awalnya, karena CL

meningkat dengan cepat dan CD bergerak meningkat sedikit atau bisa dibilang

konstan. CD mulai meningkat lebih dan lebih cepat, ketika pada saat mendekati

titik stall CL meningkat lebih lambat. Sehingga pada saat terjadi stall, CL/CD

berada pada nilai maksimum (Clancy,L.J.,1975).

Kurva lift tidak dimulai dari titik nol disebabkan sulitnya pengesetan

sudut serang sayap nol derajat pada balancer, sehingga pada sudut serang

sayap nol derajat sudah terjadi gaya angkat. Hal ini berdampak pada besarnya

nilai CL/CD pada sudut serang sayap nol. Sehingga kurva CL/CD tidak dimulai

dari titik nol.

b. Sayap Dengan Penambahan twisted multiple winglets

1) Dihedral di leading edge -Anhedral di trailling edge

Gambar 4.5 merupakan grafik hasil perhitungan CL dari enam variasi

twisted multiple winglets dengan posisi bilah dihedral di leading edge,

Page 39: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

39

Alfa - CD Dihedral di LE Pada Kecepatan 15 m/s

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

CD

Sayap Asli

Sudut Antar bilah 5DerajatSudut Antar Bilah 10DerajatSudut Antar Bilah 15DerajatSudut Antar Bilah 20DerajatSudut Antar Bilah 25DerajatSudut Antar Bilah 30Derajat

dibandingkan dengan CL sayap tanpa multiple winglets pada kecepatan udara

yang sama yaitu 15 m/s.

Gambar 4.5. Grafik Alfa-CL , perbandingan antara sayap dengan penambahan twisted

multiple winglets dengan posisi bilah dihedral di leading edge, dengan

sayap tanpa multiple winglets.

Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa terjadi kenaikan koefisien lift yang

signifikan bila dibandingkan dengan sayap tanpa multiple winglets. Kenaikan

koefisien lift meningkat dari 34,72% sampai 38,42%. Koefisien lift maksimum

terjadi pada saat twisted multiple winglets dipasang dengan jarak antar bilah 10

derajat, menurun dari 200 dihedral untuk leading edge sampai 200 anhedral

untuk trailing edge. Twisted multiple winglets 200,100,00,-100,-200

menunjukkan kenaikan koefisien lift maksimum sebesar 1,176354 pada

kecepatan udara 15 m/s dan sudut serang 100. Kurva lift tidak berawal dari titik

nol dikarenakan sulitnya pengesetan sayap pada sudut serang nol, sehingga

pada sudut serang sayap nol derajat sudah terjadi gaya angkat.

Gambar 4.6 merupakan grafik hasil perhitungan CD dari enam variasi

twisted multiple winglets dengan posisi bilah dihedral di leading edge,

Page 40: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

40

Alfa - CL/CD dihedral di LE Pada Kecepatan 15 m/s

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

CL

/CD

Sayap Asli

Sudut Antar Bilah 5DerajatSudut Antar Bilah 10DerajatSudut Antar Bilah 15Derajat Sudut Antar Bilah 20DerajatSudut Antar Bilah 25DerajatSudut Atar Bilah 30Derajat

dibandingkan dengan CD sayap tanpa multiple winglets pada kecepatan udara

yang sama yaitu 15 m/s.

Gambar 4.6. Grafik Alfa-CD , perbandingan antara sayap dengan penambahan twisted

multiple winglets dengan posisi bilah dihedral di leading edge, dengan

sayap tanpa multiple winglets.

Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa penambahan twisted multiple

winglets dengan posisi bilah dihedral di leading edge juga mengindikasikan

adanya peningkatan koefisien drag yang sangat cepat. Kenaikan koefisien drag

minimal terjadi pada penambahan twisted multiple winglets bentuk 600,300,00,-

300,-600. Kenaikan koefisien drag mencapai 25,69% dihitung pada sudut

serang 200 bila dibandingkan dengan sayap tanpa multiple winglets.

Gambar 4.7. merupakan grafik hasil perhitungan CL/CD dari enam

variasi twisted multiple winglets dengan posisi bilah dihedral di leading edge,

dibandingkan dengan CL/CD sayap tanpa multiple winglets pada kecepatan

udara yang sama yaitu 15 m/s.

Page 41: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

41

Gambar 4.7. Grafik Alfa-CL/CD , perbandingan antara sayap dengan penambahan

twisted multiple winglets dengan posisi bilah dihedral di leading edge,

dengan sayap tanpa multiple winglets.

Unjuk kerja sayap maksimal terjadi pada penambahan twisted multiple

winglets bentuk 200,100,00,-100,-200 dari enam variasi twisted multiple winglets

dengan posisi bilah dihedral di leading edge. Hasil ini sesuai dengan

percobaan sebelumnya yang telah dilakukan oleh M. J. Smith dan N.

Komerath, 2001. Mereka memperlihatkan bahwa winglet dihedral

menunjukkan hasil terbaik ketika winglet dipasang dengan jarak antar bilah 10

derajat, menurun dari 200 dihedral untuk leading edge sampai 200 anhedral

untuk trailing edge winglet. Konfigurasi ini menghasilkan peningkatan kurva

lift sebesar 22% bila dibandingkan dengan sayap tanpa multiple winglets, pada

angka reynold 161.000 dan sudut serang 6 derajat. Ketika kurva lift meningkat

dengan penambahan winglet, drag juga meningkat, sehingga L/D efektif

karena penambahan winglet kadang-kadang sedikit lebih rendah bila

dibandingkan dengan L/D untuk sayap tanpa multiple winglets.

Page 42: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

42

Alfa - CL Unhedral di LE pada Kecepatan Udara 15 m/s

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

1,2

1,3

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Alfa

CL

Sayap Asli

Jarak Antar Bilah 5DerajatJarak Antar Bilah 10DerajatJarak Antar Bilah 15DerajatJarak Antar Bilah 20DerajatJarak Antar Bilah 25DerajatJarak Antar Bilah 30Derajat

2) Anhedral di leading edge–Dihedral di trailling edge

Gambar 4.8 merupakan grafik hasil perhitungan CL dari enam variasi

twisted multiple winglets dengan posisi bilah anhedral di leading edge,

dibandingkan dengan CL sayap tanpa multiple winglets pada kecepatan udara

yang sama yaitu 15 m/s.

Gambar 4.8. Grafik Alfa-CL , perbandingan antara sayap dengan penambahan twisted

multiple winglets dengan posisi bilah anhedral di leading edge, dengan

sayap tanpa multiple winglets.

Dari grafik diatas dapat dilihat bahwa koefisien lift meningkat dari

22,85% sampai 33,48% bila dibandingkan dengan sayap tanpa multiple

winglets. Susunan twisted multiple winglets terbaik terjadi ketika winglet

dipasang 50 antar bilah, naik dari anhedral 100 di leading edge sampai dihedral

100 di trailing edge. Penambahan winglet -100,-50,00,50,100 derajat

menunjukkan kenaikan koefisien lift maksimun sebesar 1,089127 pada sudut

serang 120. Dari grafik diatas terjadi kenaikan koefisien lift yang sangat

signifikan bila dibandingkan dengan sayap tanpa multiple winglets sebesar

33,48 %.

Page 43: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

43

Alfa - CD Unhedral di LE pada Kecepatan Udara 15 m/s

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

1,2

1,3

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Alfa

CD

Sayap Asli

Jarak Antar Bilah 5DerajatJarak Antar Bilah 10DerajatJarak Antar Bilah 15Derajatjarak Antar Bilah 20DerajatJarak Antar Bilah 25DerajatJarak Antar Bilah 30Derajat

Gambar 4.9 merupakan grafik hasil perhitungan CD dari enam variasi

twisted multiple winglets dengan posisi bilah anhedral di leading edge,

dibandingkan dengan CD sayap tanpa multiple winglets pada kecepatan udara

yang sama yaitu 15 m/s.

Gambar 4.9. Grafik Alfa-CD , perbandingan antara sayap dengan penambahan twisted

multiple winglets dengan posisi bilah anhedral di leading edge, dengan

sayap tanpa multiple winglets.

Penambahan twisted multiple winglets dengan posisi bilah anhedral di

leading edge juga mengindikasikan adanya peningkatan koefisien drag.

Kenaikan minimal terjadi pada susunan winglet -600,-300,00,300,600. Kenaikan

koefisien drag mencapai 18,71% dihitung pada sudut serang 200 sebesar bila

dibandingkan dengan sayap tanpa multiple winglets. Enam variasi anhedral di

leading edge menunjukkan kenaikan drag yang lebih rendah bila dibandingkan

dengan enam variasi dihedral di leading edge karena belitan winglet membuat

aliran atas dengan cepat keluar dari wingtip (Spilman,1973, 1979, 1983).

Page 44: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

44

Alfa - CL/CD Unhedral di LE pada Kecepatan Udara 15 m/s

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Alfa

CL/

CD

Sayap Asli

Jarak Antar Bilah 5DerajatJarak Antar Bilah 10DerajatJarak Antar Bilah 15DerajatJarak Antar Bilah 20m/sJarak Antar Bilah 25m/sJarak Antar Bilah 30m/s

Gambar 4.10. merupakan grafik hasil perhitungan CL/CD dari enam

variasi twisted multiple winglets dengan posisi bilah anhedral di leading edge,

dibandingkan dengan CL/CD sayap tanpa multiple winglets pada kecepatan

udara yang sama yaitu 15 m/s.

Gambar 4.10. Grafik Alfa-CL/CD , perbandingan antara sayap dengan penambahan

twisted multiple winglets dengan posisi bilah anhedral di leading edge,

dengan sayap tanpa multiple winglets.

Unjuk kerja sayap maksimal terjadi pada penambahan twisted multiple

winglets -500,-250,00,250,500 dari enam variasi twisted multiple winglets

dengan posisi bilah anhedral di leading edge. Hasil ini sesuai dengan

penelitian di Ohio State University dimana twisted multiple winglets yang

disusun pada sudut dihedral yang besar menghasilkan induced drag yang lebih

kecil. Penambahan twisted multiple winglets dengan posisi bilah anhedral di

leading edge pada sayap mempunyai pengaruh besar terhadap drag dan

mempunyai pengaruh kecil terhadap perubahan koefisien lift .

Page 45: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

45

Alfa-CL pada kecepatan udara 15 m/s

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

1,1

1,2

1,3

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Alfa

CL/

CD

Sayap Asli

variasi -50,-25,0,25,50Derajat

variasi 20,10,0,-10,-20Derajat

c. Perbandingan sayap tanpa multiple winglets dengan anhedral di leading

edge dan dihedral di leading edge.

Gambar 4.11. Grafik Alfa-CL , perbandingan antara kurva CL maksimal anhedral di

leading edge dan dihedral di leading edge , dengan sayap tanpa

multiple winglets.

Dari gambar 4.11. dapat diketahui bahwa penambahan twisted multiple

winglets dapat menaikan koefisien lift sebesar dari 25,57% sampai 38,42%.

Variasi twisted multiple winglets 200,100,00,-100,-200 menunjukkan kenaikan

kurva lift paling tinggi. Kurva lift bergerak lurus hingga pada jarak tertentu.

Pada saat mulai timbul efek separasi kemiringan kurva mulai berkurang.

Akhirnya, kurva lift mencapai titik maksimum dan mulai menurun. Sudut pada

saat terjadi penurunan lift disebut sebagai sudut stall (Clancy,L.J.,1975).

Gambar 4.11. menunjukkan bahwa stall pada sayap tanpa multiple winglets

terjadi pada sudut serang sayap 120 dan stall penambahan twisted multiple

winglets pada sayap tanpa multiple winglets terjadi pada sudut serang sayap

100. Untuk airfoil simetris, pada sudut serang nol tidak terjadi gaya angkat

Page 46: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

46

Alfa-CD pada kecepatan udara 15 m/s

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Alfa

CL/

CD

Sayap Asli

variasi -50,-25,0,25,50Derajat

variasi 20,10,0,-10,-20Derajat

(Clancy,L.J.,1975). Dari gambar diatas belum menunjukkan bahwa pada sudut

serang nol tidak terjadi gaya lift . Hal ini disebabkan sulitnya pengesetan sudut

serang sayap nol derajat pada balancer, sehingga pada sudut serang nol derajat

sudah terjadi gaya angkat.

Gambar 4.12. Grafik Alfa-CD , perbandingan antara kurva CD maksimal anhedral di

leading edge dan dihedral di leading edge , dengan sayap tanpa

multiple winglets.

Dari gambar 4.12. dapat diketahui bahwa dengan penambahan twisted

multiple winglets juga terjadi kenaikan koefisien drag sebesar dari 25,79%

sampai 40,3%. Koefisien gaya hambat mengalami peningkatan sejalan dengan

peningkatan kecepatan aliran udara dan sudut serang. Pada saat kecepatan

meningkat, titik transisi cenderung bergerak menuju leading edge. Begitu juga

pada saat sudut serang naik, titik transisi cenderung bergerak maju (William

Rice). Pada saat mendekati stall titik separasi bergerak kedepan menyebabkan

wake tebal. Form drag naik dengan cepat dan pada saat stall, form drag lebih

besar dari pada gesekan permukaan (Clancy,L.J.,1975). Rusaknya aliran

Page 47: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

47

Alfa-CL/CD pada kecepatan udara 15 m/s

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

Alfa

CL/

CD

Sayap Asli

variasi -50,-25,0,25,50Derajat

variasi 20,10,0,-10,-20Derajat

streamline di permukaan airfoil menyebabkan peningkatan pressure drag yang

besar.

Twisted multiple winglets -500,-250,00,250,500 menunjukkan peningkatan

drag yang lebih kecil bila dibandingkan dengan twisted multiple winglets

200,100,00,-100,-200. Hal ini dikarenakan penambahan twisted multiple winglets

dengan posisi bilah anhedral di leading edge menghasilkan aliran atas pada

bilah dengan cepat keluar dari wingtip secara natural (Spilman,1973, 1979,

1983).

.

Gambar 4.13. Grafik Alfa- CL/CD , perbandingan antara kurva CL/CD maksimal

anhedral di leading edge dan dihedral di leading edge , dengan sayap

tanpa multiple winglets.

Unjuk kerja sayap maksimal terjadi pada penambahan twisted multiple

winglets bentuk 200,100,00,-100,-200 dari 12 variasi twisted multiple winglets.

Hasil ini sesuai dengan percobaan sebelumnya yang telah dilakukan oleh M. J.

Smith dan N. Komerath, 2001. Mereka memperlihatkan bahwa winglet

dihedral menunjukkan hasil terbaik ketika winglet dipasang dengan jarak antar

bilah 10 derajat, menurun dari 200 dihedral untuk leading edge sampai 200

anhedral untuk trailing edge. Ketika kurva lift meningkat dengan penambahan

Page 48: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

48

winglet, drag juga meningkat, sehingga L/D efektif karena penambahan

winglet kadang-kadang sedikit lebih rendah bila dibandingkan dengan L/D

untuk sayap tanpa multiple winglets.

BAB V PENUTUP

5.1 Kesimpulan

Dari hasil penelitian dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Penambahan twisted multiple winglets 200,100,00,-100,-200 menunjukkan

kenaikan koefien lift maksimun sebesar 1,176354 pada saat diuji pada

kecepatan udara 15 m/s dan sudut serang 100 terhadap vektor kecepatan

aliran stream, kenaikan koefisien lift yang sangat signifikan bila

dibandingkan dengan sayap asli sebesar 38,42 %.

Page 49: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

49

2. Twisted multiple winglets -500,-250,00,250,500 menunjukkan peningkatan

drag yang lebih kecil bila dibandingkan dengan 12 variasi twisted multiple

winglets.

3. Penambahan multiple winglet 200,100,00,-100,-200 pada kecepatan 15 m/s

menunjukkan CL/CD maksimal tertinggi dari 12 konfigurasi multiple

winglet.

4. Penambahan twisted multiple winglets memajukan sudut stall + 2 derajat

lebih awal dibanding sayap tanpa multiple winglets.

5.2 Saran

1. Kurang stabilnya aliran stream pada seksi uji dari low speed wind tunnel

karena homemade tunnel sehingga aliran tidak perfecly laminar, untuk lebih

jelasnya diperlukan percobaan dengan visualisasi aliran untuk mengetahui pola

aliran pada seksi uji.

2. Bilah-bilah twisted multiple winglets tidak berbentuk airfoil sehingga

berpengaruh pada aliran udara yang melewati bilah. Untuk lebih jelasnya

diperlukan percobaan dengan visualisasi aliran untuk mengetahui pola aliran

wingtip vortek

3. Terjadi celah (gap) diantara sayap asli dengan pemasangan twisted multiple

winglets, yang menyebabkan aliran turbulen pada sambungan ujung sayap,

sehingga meningkatkan drag pada wingtip.

4. Kurang stabilnya lengan momen pada balancer sehingga error dapat terjadi.

Perubahan variasi sudut serang harus dilakukan secara hati-hati agar lengan

momen tidak bergeser.

5. Perlu dilakukan penelitian lanjutan mengenai visualisasi aliran untuk

mengetahui pola aliran pada wingtip vortek.

Page 50: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

50

DAFTAR NOTASI

a : Setengah bentang sayap ditambah jarak ujung sayap denagn lengan momen lift, m

α : Sudut serang sayap, derajat ( 0 )

effα : Sudut serang efektif, derajat ( 0 )

iα : Sudut serang induced, derajat ( 0 )

Ap : Proyeksi luasan maksimum dari benda atau bidang angkat, m2

b : Panjang lengan momen lift , m b’ : Vortec spacing, m c : Setengah bentang sayap ditambah jarak ujung sayap denagn lengan

momen lift, m C : Panjang chord, m

Page 51: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

51

CD : Koefisien drag CL : Koefisien lift

CL/CD : Unjuk kerja sayap

D : Besarnya gaya hambat, gram Di : Induced drag FL : Gaya angkat (lift ), N FD : Gaya hambat (drag), N l : Panjang semi span wing dengan penambahan multiple winglet, m L : Besarnya gaya angkat, gram L2 : Panjang span multiple winglets, m P : Tekanan udara saat pengujian, kPa Pr : Tekanan parsial pada saat temperatur tertentu, kPa ρ : Massa jenis udara, kg/m3 rk : Vortec core radius, m R : Konstanta udara, kPa.m3 / kg.K Re : Reynold Number Rt : Konstanta Air, kPa. m3 / kg.K RT : Transition Reynold number T : Suhu ruang pada saat penelitian, Kelvin µ : Viskositas dinamic udara, N s/m v : Kecepatan udara, m/detik

V ∞ : Kecepatan udara, m/s W : Downwash

Xell : Induced drag relatif

Lampiran 1. Kalibrasi kecepatan seksi uji low speed wind tunnel

Data kalibrasi kecepatan

Titik Frekuensi = 10 Hz Frekuensi = 20 Hz Frekuensi = 30 Hz

I 4,83 m/s 9,89 m/s 14,40 m/s

II 4,91 m/s 10,31 m/s 15,42 m/s

III 5,05 m/s 10,52 m/s 15,56 m/s

Rata-rata 4,93 m/s ≈ 5 m/s 10,24 m/s ≈ 10 m/s 15,13 m/s ≈ 15 m/s

x

Page 52: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

52

DAFTAR PUSTAKA

Anderson, J.D., 1985, Fundamentals of Aerodynamics, International Edition, McGraw-Hill Inc, USA.

Bennett David, 2001, The Winggrid: A new Approach to Reducing Induced Drag,

Massachusetts Institute of Technology Cambridge, Massachussetts. Clancy,L.J., 1975, Aerodynamics, Pitman Publishing Limited, London. Cengel, Y.A. and Boles, M.A., 1994, Thermodynamics An Engineering Approach,

2nd edition, McGraw-Hill Inc, Singapore.

Page 53: Pengaruh twisted multiple winglet airfoil naca 0012 tiga .../Pengaruh... · Bab ini berisi tentang prinsip-prinsip dasar aerodinamika dan rumus ... digunakan sebagai jalan ... udara

53

La Roche, U. and Palffy, S., 1996, “Wing-Grid, a Novel Device for Reduction of Induced Drag on Wings”,Fluid Mechanics Laboratory HTL Brugg-Windisch Ch-5200 Switzerland.

Rice William, An Investigation into How the Lift and Drag of an Aerofoil Are

Affected by Angle Of Attack and Aerofoil Camber, Hill Road Cambridge, Massachussetts.

Smith M.J., Komerath N., Ames R., Wong O., 2001, “Performance Analysis of a

Wing with Multiple Winglets” , AIAA-2001-2407.