1

PENGEMBANGAN PESAWAT TANPA AWAK

UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA

TUGAS AKHIR

OLEH :

ANTHONY CANDRASAPUTRA

13.50.0011

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS KATOLIK SOEGIJAPRANATA

SEMARANG

2018

2

PENGESAHAN

3

4

ABSTRAK

Seiring perkembangan modern saat ini, banyak pesawat tanpa awak

digunakan dan dikembangkan oleh berbagai pihak untuk memenuhi kebutuhan

ataupun keperluan masing-masing. Pada awalnya pesawat tanpa awak ini

diminati dan dikembangkan oleh pihak militer saja untuk kebutuhan pengintaian

dan perang, namun sejalan dengan perkembangan teknologi, pesawat tanpa

awak ini diminati oleh masyarakat sipil karena pesawat tanpa awak ini

mempunyai keuntungan tersendiri bagi masyarakat sipil. Pesawat ini banyak

digunakan oleh penggemar fotografi dan videografi karena kemampuan pesawat

untuk mengambil gambar dari sudut yang tidak terjangkau oleh manusia.

Pesawat ini juga digunakan untuk bidang-bidang lain seperti agrikultur,

pemetaan suatu lahan, dan operasi penyelamatan dan evakuasi.

Pada tugas akhir ini akan mengkaji tentang perkembangan pesawat tanpa

awak Universitas Katolik Soegijapranata pada kontes robot terbang Indonesia

2016 yang dilaksanakan di lampung bulan November 2016 lalu. Perkembangan

wahana meliputi proses pengkajian pustaka, pembuatan airframe hexacopter,

sistem kendali wahana, sistem propulsi wahana, hingga sistem navigasi wahana,

pengontrol kecepatan elektronik, sistem telemetri ke stasiun kontrol darat, dan

perangkat lainnya yang dibutuhkan wahana. Hasil pengujian-pengujian yang

dilakukan pada wahana selama masa pengembangan juga disertakan pada tugas

akhir ini. pengujian sistem inersia, pengujian putaran motor pada sistem

propulsi, hingga pengujian akhir pada Kontes Robot Terbang Indonesia 2016

yang dilaksanakan di Lampung bulan November tahun 2016 kemarin.

Kata kunci : pesawat, awak, drone, fungsi, sejarah, sistem, wahana,

pengujian.

5

KATA PENGANTAR

Puji Syukur Penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah

memberikan karunia dan berkat-Nya sehingga penulis apat menyusuun Tugas

Akhir ini guna memenuhi salah satu persyaratan memperoleh gelar Sarjana

Teknik Elektro dari Program Studi Teknik Elektro Universitas Katolik

Soegijapranata Semarang. Materi Tugas Akhir ini adalah tentang

Pengembangan Pesawat Tanpa Awak Universitas Katolik

Soegijapranata.

Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Tuhan YME yang telah memberikan kesempatan, kelancaran, dan keseatan

sehingga terselesaikannya Tugas Akhir ini.

2. Dr. Florentius Budi Setiawan, MT selaku Kepala Program Studi Fakultas

Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang. Dan sebagai

pembimbing 1 yang telah memberikan bimbingan dengan sabar selama penulisan

Tugas Akhir ini.

3. Felix Yustian Setiono, S.T., M.T. sebagai pembimbing 2 yang telah

memberikan bimbingan dengan sabar selama penulisan Tugas Akhir ini.

4. Dr. Ign. Slamet Riyadi, MT. Sebagai Koordinator Tugas Akhir Program Studi

Teknik Elektro Universitas Katolik Soegijapranata Semarang.

6

7

DAFTAR ISI

PENGESAHAN .................................................................................................................. 2

ABSTRAK .......................................................................................................................... 3

KATA PENGANTAR ........................................................................................................ 5

DAFTAR ISI ...................................................................................................................... 7

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................................... 9

DAFTAR TABEL............................................................................................................. 12

NOMENKLATUR............................................................................................................ 13

BAB I ................................................................................................................................ 14

PENDAHULUAN ............................................................................................................ 14

1.1 Latar Belakang ........................................................................................................... 14

1.2 Tujuan ......................................................................................................................... 15

1.3 Perumusan Masalah .................................................................................................... 15

1.4 Batasan Masalah ......................................................................................................... 16

1.5 Metodologi Penelitian ................................................................................................. 16

1.6 Analisa Sistem ............................................................................................................ 16

1.7 Sistematika Penulisan ................................................................................................. 16

BAB II .............................................................................................................................. 18

DASAR TEORI ................................................................................................................ 18

2.1 Multirotor .................................................................................................................... 18

2.2 Hexacopter .................................................................................................................. 18

2.3 Airframe ...................................................................................................................... 19

2.4 Sistem Propulsi ........................................................................................................... 20

2.5 Teknik Kendali ........................................................................................................... 29

BAB III ............................................................................................................................. 32

PERENCANAAN DAN PEMBUATAN PERANGKAT KERAS DAN PERANGKAT

LUNAK ............................................................................................................................ 32

8

3.1 Pengontrol Penerbangan ............................................................................................. 32

3.2 Pengontrol Kecepatan Elektronik. .............................................................................. 36

3.3 Global Positioning System .......................................................................................... 38

3.4 Stasiun Kontrol Darat ................................................................................................. 39

3.5 Catu Daya Wahana ..................................................................................................... 40

3.6. Sistem Propulsi Wahana ............................................................................................ 41

3.7 Sistem Komunikasi Wahana ....................................................................................... 42

3.8 Perakitan Wahana ....................................................................................................... 43

3.8.1 Perakitan Rangka ............................................................................................. 43

3.8.2 Instalasi Perangkat Elektronik .......................................................................... 44

BAB IV ............................................................................................................................. 47

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ................................................................ 47

4.1 Pengujian Awal ........................................................................................................... 47

4.1.1 Pengujian Sistem Propulsi ................................................................................ 47

4.1.2 Pengujian Sistem Catu Daya Wahana .............................................................. 52

4.1.3 Pengujian Sistem Inersia Wahana .................................................................... 54

4.2 Pengujian Otomatisasi ................................................................................................ 55

4.3 Pengujian Akhir .......................................................................................................... 56

4.3.1 Pengambilan Data ............................................................................................ 58

4.3.2 Percobaan Pertama ......................................................................................... 59

4.3.2 Percobaan Kedua ............................................................................................. 59

BAB V .............................................................................................................................. 62

KESIMPULAN DAN SARAN ........................................................................................ 62

5.1 Kesimpulan ................................................................................................................. 62

5.2 Saran Penulis............................................................................................................... 63

DAFTAR PUSTAKA ....................................................................................................... 65

LAMPIRAN ..................................................................................................................... 66

9

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2- 1 (A) Desain Hexacopter, (B) Desain tampak atas, (C) Desain tampak

depan ..................................................................................................................... 20

Gambar 2- 2 Rangkaian Ekuivalen Motor DC dengan sikat ................................ 22

Gambar 2- 3 Variabel Keluaran Motor Versus Kecepatan Motor dan tegangan

yang diberikan ....................................................................................................... 23

Gambar 2- 4 Baling-Baling T, Q, ηp, Versus Ω untuk dua kecepatan terbang

V=5.8, dihasilkan dari kurva CT, CP, ηP biasa.daya dorong nol ΩO, terjadi pada

V/ΩOR=λO ........................................................................................................... 25

Gambar 2- 5 parameter baling-baling dan motor didapatkan dari kecepatan

terbang tertentu V dan tegangan motor tertentu v. kecepatan motor Ω dibaca dari

pertemuan kurva torka baling-baling dan motor. .................................................. 26

Gambar 2- 6 6 parameter baling-baling dan motor didapatkan dari kecepatan

terbang tertentu V dan daya dorong yang dibutuhkan T. tegangan motor yang

dibutuhkan v dibaca dari pertemuan kurva torka baling-baling dan motor. ......... 28

Gambar 2- 7 baling-baling yang terpasangkan dengan baik dan tidak terpasangkan

dengan baik ........................................................................................................... 29

Gambar 2- 8 Pembacaan Telemetri ....................................................................... 31

Gambar 3 - 1 Pengontrol Penerbangan Crius AIOP V2 ....................................... 32

Gambar 3 - 2 Kalibrasi Radio ............................................................................... 34

Gambar 3 - 3 Pembacaan IMU ............................................................................. 35

Gambar 3 - 4 Pembacaan Magnetometri .............................................................. 35

Gambar 3 - 5 Bagan Instalasi Pengontrol Kecepatan Elektronik ......................... 37

Gambar 3 - 6 Arah Rotasi Motor Pada Multicopter.............................................. 37

Gambar 3 - 7 Antarmuka Mission Planner ........................................................... 39

Gambar 3 - 8 Tabel Perbandingan Motor - Baling-baling .................................... 41

Gambar 3 - 9 Desain Rangka Tengah Hexacopter ................................................ 44

Gambar 3- 10 Desain Rangka Hexacopter ............................................................ 44

10

Gambar 3- 11 Skema Instalasi Perangkat Elektronik ........................................... 46

Gambar 4 - 1 Skema Port Motor ........................................................................... 47

Gambar 4 - 2 Grafik PWM Motor ........................................................................ 48

Gambar 4 - 3 Grafik PWM Motor Saat Loiter ...................................................... 49

Gambar 4 - 4 Gravik PWM Motor Saat Manuver ................................................ 50

Gambar 4 - 5 Grafik X, Y, Z Pada Sensor Gyro ................................................... 54

Gambar 4 - 6 Grafik X, Y, Z Pada Sensor Accelerometer ................................... 55

Gambar 4 - 7 Lokasi Pengujian Akhir .................................................................. 57

Gambar 4 - 8 Simulasi Lapangan Pengujian Akhir .............................................. 57

Gambar 4 - 9 Hasil Pengambilan Data ................................................................. 58

Gambar 4 - 10 Perubahan Skema Catu Daya ........................................................ 59

Gambar 4 - 11 Jalur yang Diterapkan Pada Wahana ............................................ 60

Gambar 4 - 12 Koordinat Jalur yang Diterapkan Pada Wahana ........................... 60

Gambar 4 - 13 Nilai Hasil Pengujian .................................................................... 61

Gambar 5 - 1 Pengujian Ketinggian Wahana yang Dapat Dipantau Oleh Mata

Telanjang. Hasil Pengujian: 60m Altitude ............................................................ 66

Gambar 5 - 2 Pengujian Reaksi Wahana Ketika Lepas Kendali dari Controller dan

Pengujian Pendaratan Otomatis. ........................................................................... 66

Gambar 5 - 3 Pengujian Wahana Uji Coba Pemadaman Api dengan Bomb Air.. 67

Gambar 5 - 4 Pengujian Wahana Uji Coba Pemadaman Api dengan Bomb Air.. 67

Gambar 5 - 5 Pengujian Wahana Uji Coba Pemadaman Api dengan Bomb Air.. 68

Gambar 5 - 6 Wahana Dalam Moda Loiter........................................................... 68

Gambar 5 - 7 Kunjungan Siswa-siswi SMA dan SMK Setempat ke Stand

Universitas Katolik Soegijapranata ....................................................................... 69

Gambar 5 - 8 Wahana Dalam Moda Loiter........................................................... 69

11

Gambar 5 - 9 Stand Universitas Katolik Soegijapranata ...................................... 70

Gambar 5 - 10 Arena Vertical Take Off and Landing .......................................... 70

Gambar 5 - 11 Arena Vertical Take Off and Landing .......................................... 71

Gambar 5 - 12 Stand Peserta KRTI Kategori VTOL ............................................ 71

Gambar 5 - 13 Kunjungan Rektorat Universitas Lampung ke Stand Universitas

Katolik Soegijapranata .......................................................................................... 72

Gambar 5 - 14 Kunjungan Rektorat Universitas Lampung ke Stand Universitas

Katolik Soegijapranata .......................................................................................... 72

Gambar 5 - 15 Kunjungan Pemerintah Kota Lampung ke Stand Universitas

Katolik Soegijapranata .......................................................................................... 73

Gambar 5 - 16 Kunjungan Pemerintah Kota Lampung ke Stand Universitas

Katolik Soegijapranata .......................................................................................... 73

Gambar 5 - 17 Pengambilan Data ......................................................................... 74

Gambar 5 - 18 Trial Pertama ................................................................................ 74

Gambar 5 - 19 Trial Pertama ................................................................................ 75

Gambar 5 - 20 Trial Pertama, Wahana Mengalami Crash Disebabkan Oleh

Kurangnya Tegangan Pada Mdul GPS dan Modul Telemetri .............................. 75

Gambar 5 - 21 Inspeksi Wahana Setelah Crash .................................................... 76

Gambar 5 - 22 Tim Universitas Katolik Soegijapranata ....................................... 76

Gambar 5 - 23 Tabel Perbandingan Pengontrol Penerbangan Dengan Sumber

Terbuka ................................................................................................................. 76

Gambar 5 - 24 Tabel Perbandingan Motor dengan Baterai dan Ukuran Baling-

Baling .................................................................................................................... 76

Gambar 5 - 25 Waypoint Sederhana ..................................................................... 76

12

DAFTAR TABEL

Tabel 2 - 1 Perbandingan Kualitas Multicopter .................................................... 19

Tabel 3 - 1 Perbandingan Pengontrol Penerbangan .............................................. 33

Tabel 4 - 1 RPM Motor Saat Lepas Landas .......................................................... 48

Tabel 4 - 2 RPM Motor Saat Loiter ...................................................................... 49

Tabel 4 - 3 RPM Motor Saat Manuver ................................................................. 51

Tabel 4 - 4 Waktu Penerbangan Wahana .............................................................. 53

Tabel 4 - 5 Hasil Pengambilan Data ..................................................................... 58

13

NOMENKLATUR

T Daya dorong baling-baling

Q Torka baling-baling

QM Torka motor

Pshaft Daya poros

Pelec Daya elektrik

CT Koefisien daya dorong berdasarkan kecepatan ujung

CP Koefisien daya berdasarkan kecepatan ujung

λ Perbandingan lanjut

ηP Efisiensi baling-baling

ηm Efisiensi Motor

ρ Masa jenis udara

µ Kelekatan udara

Re Nomor Reynolds

V Kecepatan penerbangan

Ω Tingkat rotasi motor dan baling-baling

v Tegangan terminal motor

ʀ Resistansi motor

i Arus motor

KV kecepatan konstan motor

()0 Jumlah saat beban kosong