penyadur : sovian aritonang editor : ridho illahi putra

i

TIM PENYUSUN

Penyadur : Sovian Aritonang

Editor : Ridho Illahi Putra

ii

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Allah SWT atas limpahan rahmat dan

karunianya sehingga Buku Bahan Ajar MK. Desain dan Sistem Daya

Gerak Prodi Teknologi Daya Gerak Fakultas Teknologi Pertahanan

Universitas Pertahanan telah dapat diselesaikan. Buku bahan ajar ini

merupakan penyempurnaan dari edisi sebelumnya, sebagai bahan ajar

bagi mahasiswa Program Studi Prodi Teknologi Daya Gerak Fakultas

Teknologi Pertahanan Universitas Pertahanan agar mahasiswa

mendapatkan gambaran secara jelas mengenai MK. Desain dan Sistem

Daya Gerak.

Program Belajar Mengajar di Fakultas Teknologi Pertahanan

ditujukan untuk memenuhi prinsip-prinsip pokok yang terkandung dalam

Paradigma Baru Penataan Pendidikan Tinggi di Indonesia. Paradigma

baru tersebut meliputi 5 (lima) prinsip yaitu: kualitas, otonomi, akuntabilitas

/ pertanggungjawaban, akreditasi dan evaluasi. Selain lima prinsip

tersebut, maka aspek inovasi dan kreatifitas juga menjadi karakteristik

yang melekat dalam seluruh kegiatan mendukung Program Belajar

Mengajar.

Buku Bahan Ajar ini diharapkan dapat menjadi salah satu sumber

acuan yang dapat dipakai di dalam keseluruhan rangkaian aktivitas

Pembelajaran, evaluasi keberhasilan studi, Kuliah Kerja Dalam Negeri

(KKDN), Kuliah Kerja Luar Negeri (KKLN), tugas akhir, administrasi

perkuliahan dan kurikulum. Buku pedoman ini, wajib digunakan oleh

semua pihak yang berperan seperti dosen, mahasiswa, dan tenaga

kependidikan sehingga dapat terlaksana dengan efisien dan efektif.

Kepada semua pihak yang berkontribusi dalam penyusunan buku

bahan ajar ini, pimpinan fakultas menyampaikan terima kasih dan

penghargaan yang sebesar-besarnya.

Sesprodi

Teknologi Daya Gerak,

Dr. Sovian Aritonang, S.Si., M.Si

Kolonel Kes. NRP. 519726

iii

DAFTAR ISI

TIM PENYUSUN............................................................................... i

KATA PENGANTAR ......................................................................... ii

DAFTAR ISI ...................................................................................... iii

PERTEMUAN 1 Pengenalan Teknologi Daya Gerak ........................ 1

1.1 Pendahuluan .................................................................. 1

1.2 Tujuan Instruksional Umum ............................................ 1

1.3 Tujuan Instruksional Khusus .......................................... 1

1.4 Skenario Pembelajaran .................................................. 1

1.5 Ringkasana Materi ......................................................... 1

1.5.1 Defenisi ................................................................. 1

1.5.2 Tantangan Indonsesia ........................................... 2

1.5.3 Teknologi Pertahanan dan Kemanan .................... 3

1.5.4 Optimalisasi Peran PTDI sebagai Lead Integrator aspek

Aerospace & Aviation Industry .............................. 5

PERTEMUAN 2 Mekanika Fluida dan Termodinamika ..................... 13

2.1 Pendahuluan .................................................................. 13





2.5.1 Mekanika Fluida .................................................... 13

2.5.2 Konvensi Energi .................................................... 15

2.5.3 Sifat Fluida ............................................................ 17

2.5.4 Konsep Aliran Fluida ............................................. 22

iv

PERTEMUAN 3 Sistem Propulsi dan Momentum ............................. 24

3.1 Pendahuluan .................................................................. 24





3.5.1 Landasan Teori ..................................................... 24

3.5.2 Ilmu-ilmu yang Berkaitan dengan Roket ................ 25

3.5.3 Roket .................................................................... 30

3.5.4 Isu Strategis .......................................................... 33

PERTEMUAN 4 ............................................................................... 36

4.1 Pendahuluan .................................................................. 36





4.5.1 Rekayasa (Engineering) ........................................ 37

4.5.2 Perancangan (Design) .......................................... 40

4.5.3 Rekayasa .............................................................. 43

PERTEMUAN 5 Pengenalan dan Simulasi Computational Fluid Dynamic

dan Finite Element untuk Design Engine dan Komponen

Daya Gerak ............................................................. 47

5.1 Pendahuluan .................................................................. 47




v


5.5.1 Introduction ........................................................... 47

5.5.2 Model Equations ................................................... 51

PERTEMUAN 6 Sistem Instrumentasi dan Sensor ........................... 56

6.1 Pendahuluan .................................................................. 56





6.5.1 Units and Physical Constants SI Units .................. 56

6.5.2 Sensor Technologies ............................................ 59

6.5.3 Sensor .................................................................. 61

6.5.4 Characteristics of Instruments ............................... 66

6.5.5 Dynamic Characteristics of Instruments ................ 69

PERTEMUAN 7 Desain dan Sistem Kendali ..................................... 74

7.1 Pendahuluan .................................................................. 74





7.5.1 Control Engineering .............................................. 74

7.5.2 Laboratory of Embedded Control Systems ............ 82

7.5.3 Management Controls ........................................... 86

PERTEMUAN 8 UTS ........................................................................ 90

PERTEMUAN 9 Penilaian Kinerja Daya Gerak ................................. 91

9.1 Pendahuluan .................................................................. 91

vi





9.5.1 Penengenalan Kendaraan Militer .......................... 91

9.5.2 Standar Kendaraan Militer ..................................... 96

PERTEMUAN 10 Sistem Engine dan Transmisi ............................... 106

10.1 Pendahuluan ................................................................ 106

10.2 Tujuan Instruksional Umum .......................................... 106

10.3 Tujuan Instruksional Khusus ........................................ 106

10.4 Skenario Pembelajaran ................................................ 106

10.5 Ringkasana Materi ....................................................... 106

10.5.1 Gear Ratios ......................................................... 106

10.5.2 Transmission Systems ........................................ 108

PERTEMUAN 11 Power Engine Technology .................................... 111

11.1 Pendahuluan ................................................................ 111





11.5.1 Ruang Bakar ....................................................... 111

11.5.2 Prinsip Kerja Motor Listrik ................................ 117

11.5.3 Cara Kerja Mobil Hybrid ...................................... 119

PERTEMUAN 12 Fuel System and Energy Storage ........................ 121

12.1 Pendahuluan ................................................................ 121


vii




12.5.1 Energi ................................................................. 121

12.5.2 Penyimpanan Energi ........................................... 123

PERTEMUAN 13 Desain dan Sistem Kendaraan Militer ................... 130

13.1 Pendahuluan ................................................................ 130





13.5.1 Pengenalan Kendaraan Militer ............................ 131

13.5.2 Tahapan Pengembangan Ranpur ....................... 134

PERTEMUAN 14 Power Taransmission Systems ............................. 146

14.1 Pendahuluan ................................................................ 146





14.5.1 The clutch ........................................................... 146

14.5.2 The Transmissions .............................................. 150

14.5.3 The Differential .................................................... 161

PERTEMUAN 15 Studi Kasus .......................................................... 167

PERTEMUAN 16 UAS ...................................................................... 168

1

PERTEMUAN I

Pengenalan Teknologi Daya Gerak

1.1 Pendahuluan Pokok bahasan materi dalam pertemuan 1 terdiri dari:

a. Isu Strategi Nasional b. Tantangan Indonesia c. Kebutuhan Alpahankam

1.2 Tujuan Instruksional Umum

Setelah mempelajari pokok bahasan materi 1, mahasiswa mampu

memahami Isu Strategi Nasional, Tantangan Indonesiadan Kebutuhan

Alpahankam

1.3 Tujuan Instruksional Khusus


menjelaskan Isu Strategi Nasional, Tantangan Indonesiadan

Kebutuhan Alpahankam

1.4 Skenario Pembelajaran

a. Dosen menjelaskan silabus kuliah, aturan kuliah, dan sistem penilaian

b. Dosen menjelaskan materi kuliah c. Diskusi dan tanya jawab dengan mahasiswa d. Pembagian kelompok e. Evaluasi pencapaian belajar

1.5 Ringkasan Materi:

1.5.1 Defenisi Alat Peralatan Pertahanan dan Keamanan (Alpalhankam) adalah

segala alat perlengkapan untuk mendukung pertahanan negara

serta keamanan dan ketertiban masyarakat (Peraturan Pemeritah

No.16 Tahun 2012)

Industri Pertahanan (Indhan) adalah industri nasional yang terdiri

atas badan usaha milik negara dan badan usaha milik swasta baik

secara sendiri maupun berkelompok yang ditetapkan oleh

Pemerintah untuk sebagian atau seluruhnya menghasilkan

Alpalhankam, jasa pemeliharaan untuk memenuhi kepentingan

strategis di bidang pertahanan dan keamanan yang berlokasi di

2

wilayah Negara Kesatuan Republik Indonesia (Peraturan

Pemeritah No.16 Tahun 2012)

1.5.2 Tantangan Indonesia

Letak geografis menunjukkan bahwa Indonesia menjadi suatu

daerah lalu lintas dunia.Dengan letaknya yang strategis, maka

Indonesia akan lebih mudah berhubungan dengan negara-negara

lain, sehingga ancaman yang datang dari luar semakin terbuka.

Selain terdapat ancaman dari dalam negeri.

Perlunya sistem keamanan dan pertahanan negara untuk menjaga

kedaulatan negara dari berbagai ancaman, Keadaan geografis,

strategi dan politik menjadi bagian penting dalam pembuatan

kebijakan pertahanan dan juga perlunya membangun kekuatan

militer di darat, laut dan udara yang sepadan dengan kestrategisan

letak geografisnya sehuingga dibutuhkan Alpalhankam (teknologi

daya gerak) yang kuat dan canggih untuk menjadikan Indonesia

negara yang berpengaruh dan berperan di dunia.

Kebutuhan Alpahankam

Kemampuan Produksi di Dalam Negeri

1. Kebijakan Penelitian, Pengembangan dan Penerapan

Teknologi Pertahanan dan Keamanan.

2. Penguasaan Teknologi Alpahankam untuk meningkatkan

kapasitas dan kualitas produk Alpahankam

3. Memperkuat kemitraan antara lembaga pemerintah,

perguruan tinggi dan industri dalam Penelitian,

Pengembangan dan Penerapan Teknologi Pertahanan dan

Keamanan.

4. Peningkatan kemampuan Industri Pertahanan untuk

mewujudkan kemandirian produk Alpahankam yang sesuai

dengan kebutuhan pengguna.

3

Pengadaan dari Luar Negeri

Mekanismenya diatur dalam PP Nomer 16 Tahun 2012

Pilar Utama Kekuatan Pertahanan

3 (Tiga) Pilar Utama dalam membangun kekuatan pertahanan yaitu

penentu kebijakan (pemerintah), pengguna (user) dan industri

pertahanan baik BUMN maupun BUMS

1.5.3 Teknologi Pertahanan dan Keamanan

Teknologi Pendukung Kekuatan Pertahanan Indonesia

Teknologi Daya Gerak meliputi Alat transportasi Darat, Laut

dan Udara

Teknologi Daya Tempur meliputi Senjata, Munisi Kaliber Besar

dan Bahan Peledak, Roket dan Peluru Kendali

Teknologi Komando, Kendali, Komunikasi, Komputer dan

Informasi (K4I) meliputi Alat Komunikasi, Surveilance,

Penginderaan dan Navigasi

Teknologi Peralatan/ Bekal Prajurit meliputi Perlengkapan

Operasi Personel

Arah Litbang Teknologi Hankam

Arah Penelitian dan Pengembangan Teknologi Pertahanan dan

Keamanan Untuk Tema Teknologi Pendukung Daya Gerak Sampai

Tahun 2025

4

No. Kebutuhan ALPALHANKAM

Teknologi Terkait Yang Harus Dikuasai

Rencana Pengembangan

1. Alat Transportasi Darat Teknologi Otomotif Teknologi Material

Rancang bangun dan rekayasa ranmim, rantis dan ranpur

2. Alat Transportasi Laut (Surface/Sub Surface)

Teknologi Propulsi Teknologi Navigasi Teknologi Instrumen Teknologi Kontrol

Rancang bangun dan rekayasa kapal corvette, kapal LCU

(Landing Craft Utility)

tank amfibi dan kapal selam mini

3. Alat Transportasi Udara

Teknologi Kontrol Jarak Jauh

Teknologi Telemetri Teknologi Material

Rancang bangun dan rekayasa pesawat terbang tanpa awak (PTTA), pesawat latih, pesawat angkut dan pesawat tempur

Technology Readiness Level

5

1.5.4 Optimalisasi Peran PTDI sebagai Lead Integrator aspek

Aerospace & Aviation Industry

Lead Integrator Roles :

Produce the main system of weapon, or integrated the main

component, and raw material into a ready to use weapon system.

Membina industri pendukung untuk mencapai kualifikasi sesuai

Quality Management System Requirement, khususnya dalam

aspek aerospace qualification (cth: AS9100)

Berkoordinasi dengan lembaga riset nasional dan institusi

pendidikan guna memperoleh binaan atas perkembangan teknologi

yang ‗state of the art.‘

Menjalin koordinasi intensif dengan operator dan customer guna

mengetahui kepentingan operasional atau performance dari user

(main target)

Lead Integrator Roles :

Produce the main system of weapon, or integrated the main

component, and raw material into a ready to use weapon system.

SUPPLY CHAIN

MAIN WEAPON

INDUSTRY

MAIN COMPONENT & SUPPORT

INDUSTRY

SUPPORT OF LOGISTIC & SPAREPART

INDUSTRY

RESOURCE INDUSTRY

6

Membina industri pendukung untuk mencapai kualifikasi sesuai

Quality Management System Requirement, khususnya dalam

aspek aerospace qualification (cth: AS9100)

Berkoordinasi dengan lembaga riset nasional dan institusi

pendidikan guna memperoleh binaan atas perkembangan teknologi

yang ‗state of the art.‘

Menjalin koordinasi intensif dengan operator dan customer guna

mengetahui kepentingan operasional atau performance dari user

(main target)

Milestone Akusisi Teknologi di PTDI

Integrasi berbagai Mission System dalam pesawat

PT. DI sebagai Industri Pertahanan BUMN, berperan serta dalam

meningkatkan Alpalhankam untuk teknologi pendukung Daya Gerak pada

alat transportasi udara yang sesuai dengan geografis Indonesia.

Pesawat jenis CN235-220 tipe

Maritim Patrol Aircraft (MPA) ini

merupakan pesawat yang

mengemban tugas misi patroli

perbatasan, pengawasan pencurian

ikan, imigrasai gelap atau

perdangangan manusia,

penyelundupan narkoba dan penyelematan korban bencana.

7

PTDI telah berhasil membangun berbagai Mission System Integration pada pesawat CN 235 yang melibatkan banyak Sensor dan computer dari berbagai supplier yang berbeda.Inti dari peralatan Mission system terdapat pada

Mission Computer (dalam mission avionic rack).

Dengan berbagai Integrasi dari komponen sensor dan computer, dan

software pesawat MPA menjadi Tactical Command and Control System

Station

Mencakup seluruh wilayah nkri hingga lapis terluar (medan pertahanan

penyanggah )dengan jumlah radar lebih sedikit dari ground radar

8

Airbone System Dan Ground Control System Ptta Wulung

Sebuah produk pesawat terbang tanpa awak buatan PT. DI yang sudah

mendapatkan Type Certificate dari Indonesian Military Airworthiness

Authority (IMAA). Dengan luasnya wilayah Indonesia, maka dibutuhkan

banyak PTTA Wulung sebagai pengemban tugas menjaga wilayah dan

pertahanan negara. Sekarang ini PTDI bersama Konsorsium MALE

(Litbang AU, Balitbang Kemhan, Pothan Kemhan, BPPT, PT. DI, PT. LEN

dan ITB) sedang mengembangkan PTTA MALE untuk meningkatkan

kemampua

n

Alpalhankam dalam menjaga wilayah Indonesia.

Strategi Pengembangan Ptta Male Dengan Konsorsium

PTTA Wulung NW01-100 - Endurance >6 hr - Altitude 10K ft - MTOW 150 kg - Autopilot with

Waypoint capabilities

- Day-Night flight - ISR Mission

Advance Tactical UAV

9

PTTA Wulung NW01 - Endurance 3 hr - Altitude 8K ft - MTOW 125 kg - Autopilot with

Waypoint capabilities

- Day flight - ISR Mission - Certiified (TC)

Tactical UAV

PTTA MALE NP01 (blok O)

- Endurance 24 hr - Altitude >15K ft - MTOW >800 kg - Autopilot with

Waypoint

capabilities

MALE UAV

10

Kebutuhan Ptta Dalam Menunjang Pertahanan Negara

Konsep Operasi Ptta

Hasil Akusisi Teknologi Melalui Kerjasama Strategis

11

Skema Strategis untuk Mencapai Kemandirian Program Pesawat

Tempur

Design Concept – Smart Avionics

Advanced Sensors & Correlated Information Provide Total

Situational Awareness

SAR Resolution : OO ft @ OO nm

F-15 (RCS: OO m2 Detection range=OO nm

Ground Forces Aimed Laser Spot Tracker

EO Targeting

Surface

12

Smart Weapon and Integration

Strategi Pengembangan Kemampuan Teknologi Composite

13

PERTEMUAN 2

Mekanika Fluida dan Termodinamika

2.1 Pendahuluan

Pokok bahasan materi dalam pertemuan 2 terdiri dari:

a. Mekanika Fluida b. Konversi Energi c. Sifat Fluida



memahami Mekanika Fluida, Konversi Energi, Sifat Fluida



menjelaskan Mekanika Fluida, Konversi Energi, Sifat Fluida


a. Dosen menjelaskan silabus kuliah, aturan kuliah, dan sistem penilaian b. Dosen menjelaskan materi kuliah c. Diskusi dan tanya jawab dengan mahasiswa d. Pembagian kelompok e. Evaluasi pencapaian belajar


2.5.1 Mekanika Fluida

Mekanika Fluida adalah cabang dari ilmu fisika yang mempelajari

mengenai zat fluida (cair, gas dan plasma) dan gaya yang bekerja

padanya. Mekanika fluida dapat dibagi menjadi statika fluida, ilmu

yang mempelajari keadaan fluida saat diam; kinematika fluida, ilmu

yang mempelajari fluida yang bergerak; dan dinamika fluida, ilmu

yang mempelajari efek gaya pada fluida yang bergerak.

14

Fase Padat Cair Gas Dan Plasma

15

2.5.2 Konversi Energi

Klasifikasi Mesin Konversi Energi

16

Sumber Energi Dan Konversi

17

2.5.3 Sifat Fluida

20

Efesiensi

Dalam proses perubahan energi tidak dapat dihindari kehilangan

energi dalam bentuk panas dan Efisiensi mesin didefenisikan

sebagai perbandingan daya keluaran daya masuk

Pengadukan Dan Pencampuran

21

Pencampuran terjadi pada tiga tingkatan yang berbeda yaitu : Mekanisme konvektif : pencampuran yang disebabkan aliran cairan secara keseluruhan (bulk flow). Eddy diffusion : pencampuran karena adanya gumpalan - gumpalan fluida yang terbentuk dan tercampakan dalam medan aliran. Diffusion : pencampuran karena gerakan molekuler. Pengadukan adalah operasi yang menciptakan terjadinya gerakan dari bahan yang diaduk seperti molekul- molekul, zat-zat yang bergerak atau komponennya menyebar (terdispersi). Idealisasi Aliran yang Melalui Mesin Turbo

a. Mesin Kerja

Energi berpindah dari rotor kepada fluida

Pertambahan Komponen Tangensial Kecepatan Absolut searah

dengan putaran rotor

b. Mesin Tenaga

Energi berpindah dari fluida kepada rotor pertambahan

Komponen Tangensial Kecepatan Absolut berlawanan arah

dengan Putaran Rotor

Pompa Sentrifugal

Konstruksi Umum

Impeller

- Tersambung pada poros berputar

- Memiliki sejumlah sudu (blade/vane)

Casing

- Menyelubungi impleller

- Pengurangan kecepatan aliran kenaikan tekanan

22

Prinsip Operasi

Pertimbangan Teoritis

2.5.4 Konsep Aliran Fluida

Masalah aliran fluida dalam PIPA:

- Sistem Terbuka

- Sistem Tertutup

- Sistem Seri

- Sistem Parlel

Hal-Hal yang diperhatikan:

Sifat Fisis Fluida: Tekanan, Temperatur, Masa Jenis dan Viskositas.

Konsep Aliran Fluida

- Viskositas suatu fluida bergantung pada harga tekanan dan

temperatur

Untuk fluifa cair, tekanan dapat dibaikan.

Viskositas cairan akan turun dengan cepat bila

temperaturnya dinaikkan.

Hal-hal yang diperhatikan:

- Faktor Geometrik: Diameter Pipa dan Kekasaran Permukaan

Pipa

23

- Sifat Mekanis: Aliran Laminar, Aliran Transisi, dan Aliran

Turbulen.

Pola Aliran Fluida

24

PERTEMUAN 3

Sistem Propulsi dan Momentum

3.1 Pendahuluan


a. Landasan teori

b. Ilmu-ilmu yang berkaitan dengan roket

c. Roket

d. Isu strategis



memahami Landasan teori, lmu-ilmu yang berkaitan dengan roket,

Roket, Isu strategis



menjelaskan Landasan teori, lmu-ilmu yang berkaitan dengan roket,

Roket, Isu strategis


a. Dosen menjelaskan silabus kuliah, aturan kuliah, dan sistem

penilaian

b. Dosen menjelaskan materi kuliah

c. Diskusi dan tanya jawab dengan mahasiswa

d. Pembagian kelompok

e. Evaluasi pencapaian belajar


3.5.1 Landasan Teori

• Roket adalah sebuah benda yang digerakkan oleh media

tertentu yang memberikan dorongan, bisa berupa Zat cair,

gas, maupun benda padat.

• Roket sering digunakan untuk kembang api, persenjataan

militer, kendaraan peluncur untuk satelit buatan seperti

palapa, eksplorasi ke planet lain, dll.

• Nama Roket berasal dari italia, Rocchetta (yaitu sekering

kecil), nama petasan kecil yang diciptakan oleh artificer Italia

Muratori di 1379.

25

• Beberapa Ilmu yang terkait dengan Roket : Ilmu Fisika seperti

Teori Computational Fluid Dynamics (CFD), Momentum,

Impuls dan Hukum Kekekalan Momentum.

• Tekanan dan Temperatur gas yang tinggi pada roket

dihasilkan dari pembakaran propelan di dalam ruang bakar,

sebagai hasil reaksi kimia antara bahan bakar dan oksidator

pembentukan propelan

3.5.2 Ilmu-Ilmu Yang Berkaitan Dengan Roket

Computational fluid dynamics (CFD)

• Dinamika Fluida merupakan ilmu yang mempelajari

tentang fenomena-fenomena fisik aliran.

• Bagi desainer roket, perancangan nose pada model

roket sangat membutuhkan analisa dan pertimbangan

lebih untuk mengetahui karakteristik aerodinamikanya.

Hal ini dilakukan karena nose merupakan bagian dari

roket yang paling awal dikenai aliran udara dan dengan

konstruksinya sedemikian rupa akan berpotensi besar

menciptakan gelombang kejut (shock wave) yang akan

mempengaruhi struktur roket.

• Bentuk nose roket bermacam-macam, salah satu

pengujian dengan model nose roket dengan tipe nose

yaitu Tangent Ogive untuk diketahui bagaimana bentuk

shock wave yang terjadi dan dilakukan juga perhitungan

teoritisnya.

26

Geometri Nose Tangent Ogive

Gambar 1. menunjukkan geometri model nose yang akan diuji.

Dimensi pada nose dibagi menjadi 4 bagian, yaitu diameter base

nose (D), diameter tip nose (T), radius tangensi dari dua kurva

atau lingkaran (R) dan panjang dari tip nose sampai base nose

(L). Dimensi yang diketahui L = 60 cm, D = 30 cm dan T = 10

cm. Untuk mencari radius, digunakan persamaan (2-2) diperoleh

R = 185 cm.

Gambar. Dimensi dan Persamaan Nose Tangent Ogive

Asumsi aliran pada fluent dalam proses simulasi ini yaitu aliran

steady dan inviscid compressible flow dengan kondisi uji pada

ketinggian 32,808 [ft], tekanan 26,501 [Pa], temperatur 233,252

[oK], dan density 0,414 [kg/m3].

Persamaan Umum Gelombang Kejut

Dalam pembahasan ini melibatkan persamaan-persamaan di

bawah ini:

1. Persamaan Kontinuitas

p1u1 = p2u2 (2-5)

2. Persamaan Momentum

P1 + p1u1 = P2 + p2u2 (2-6)

3. Persamaan Energi

27

u1 u2

h1 + = h2 + (2-7)

2 2

Persamaan Kondisi Untuk Gelombang Kejut Miring (Oblique

Shock Wave)

Gambar 3 Bentuk Streamline aliran di depan dan belakang

Oblique Shock Wave. Untuk menghitung sudut oblique yang

terbentuk dapat digunakan persamaan dibawah ini:

Untuk menghitung bilangan Mach di belakang shock wave

dengan persamaan di bawah ini:

28

Untuk tekanan statiknya, kerapatan udara dan temperatur statik

di belakang oblique dapat dihitung dengan persamaan dibawah

ini:

Sudut shock wave semakin kecil dengan bertambahnya bilangan

Mach. Berikut ini grafik hubungan antara, Mach number, sudut

defleksi nosecone (θ), dan sudut shock wave (β).

Gambar.Grafik hubungan antara Mach number (M), sudut shock

wave (β) dan sudut defleksi nosecone (θ).

29

Momentum

• ―Momentum linear sebuah partikel atau benda yang dapat dimodelkan sebagai partikel dengan massa m dan bergerak dengan kecepatan v didefinisikan sebagai hasil kali masa dan kecepatan‖.

• Energi kinetik juga merupakan besaran yang bergantung pada massa dan kecepatan, namun energi kinetik merupakan besaran skalar yang tidak dapat memberikan gambaran arah dari suatu benda‖.

Secara sistematis dapat ditulis

P = m.v

Dimana :

p = momentum (kg.m/s)

m = massa (kg)

v = Kecepatan(m/s)

Impuls

• Hasil kali gaya dengan selang waktu singkat bekerjanya gaya terhadap benda yang menyebabkan perubahan momentum disebut impuls yang secara sistematis dapat ditulis I = F. Δt

• Hubungan Impuls dan Momentum secara matematis dapat ditulis

I = Δp

Keterangan:

I = Impuls (Kg.m/s)

F = Gaya Impuls (Newton)

Δt= Selang Waktu (Sekon)

Δp= Perubahan Meomentum

Hukum Kekekalan Momentum

• Berdasarkan Hukum Newton III dapat diartikan bahwa gaya terhadap partikel yang selalu sama besarnya dan berlawanan arah dengan gaya pada partikel yang satu lagi, maka impuls gaya-gaya itu sama besarnya dan berlawanan arahnya.

• Perubahan vektor momentum salah satu partikel dalam sembarang selang waktu sama besarnya dan berlawanan arahnya dengan percobaan vektor momentum partikel lainnya.

30

• Pada peristiwa tumbukan antara dua benda yang tidak melibatkan gaya luar berlaku hukum kekekalan momentum yang berbunyi, ―jumlah momentum benda-benda sebelum dan sesudah tumbukan sama dengan jumlah momentum benda-benda setelah tumbukan‖ (Kanginan, 1999 : 140).

• Berdasarkan pendapat diatas maka dapat diartikan bahwa bila tidak ada gaya luar yang bekerja pada suatu sistem, maka besar dan arah momentum total sistem itu akan tetap konstan sehingga dapat ditulis :

P1 + P2 = P1’ + P2’

M1V1 + M2V2 = M1V1’ + M1V2’

3.5.3 Roket • Roket digerakan dari hasil pembakaran bahan bakar

minyak, gas dan oksigen cair. Setelah bahan bakar roket dinyalakan, pancaran gas yang keluar dari roket akan menimbulkan ledakan beruntun kebawah sehingga mendorong roket ke atas dan roket dapat melaju ke udara.

• Roket terbang dengan kecepatan supersonik, yaitu sekitar 300 m/s.

• Bahan bakar roket ada dua jenis yaitu : Bahan bakar cair

Bahan bakar padat

• Prinsip kerja dari roket berbahan bakar cair dan padat sama saja, di mana hasil pembakaran menghasilkan gaya dorong ke atas. Tetapi roket yang berbahan bakar padat mempunyai kelebihan yaitu mampu menyimpan bahan bakar dengan jumlah besar untuk ruang penyimpanan yang sama, karena bahan bakarnya telah dipadatkan, sedangkan bahan bakar cair tidak bisa dimampatkan.

Bagian - Bagian Roket

31

Komponen utama roket terdiri dari empat bagian yaitu;

a. Rangka (Structure System) b. Beban (Payload System) c. Sistem pemandu (Guidance System) d. Sistem propulsi (Propultion System)

• Solid-full mesin roket memiliki keunggulan penting : kesederhanaan, biaya rendah dan keamanan. Kelemahan : dorong tidak dapat dikontrol dan begitu dinyalakan mesin tidak bisa dihentikan atau restart

• Combustion Chamber, berfungsi sebagai tempat terjadinya pencampuran antara udara yang telah dikompresi dengan bahan bakar yang masuk.

• Combustion Liners; terdapat didalam Combustion Chamber yang berfungsi sebagai tempat berlangsungnya pembakaran.

• Fuel Nozzle, berfungsi sebagai tempat masuknya bahan bakar kedalam Combustion Liner

• Lynitors (Spark Plug), berfungsi untuk memercikkan bunga api kedalam Combustions Chamber sehingga campuran bahan bakar dan udara dapat terbakar.

• Transitions Fieces, berfungsi untuk mengarahkan dan membentuk aliran gas panas agar sesuai dengan ukuran Nozzle.

• Cross Fice Tubes, berfungsi untuk meratakan nyala api pada semua Combustion Chamber.

Cara Kerja Roket

• Gerak roket merupakan pemakaian yang menarik dari hukum-hukum Newton. Roket mengeluarkan pancaran gas panas dari ekornya, ini adalah gaya aksi pada gas oleh roket. Pancaran gas panas melakukan gaya pada roket dan menggerakkannya, ini adalah reaksi. Kedua gaya ini adalah gaya dalam untuk sistem yang terdiri atas roket dan gas. Dari segi momentum, gas panas mendapat momentum ke arah belakang dan roket mendapat momentum dalam jumlah yang sama ke arah depan.

• Cara kerja sebuah roket adalah berdasarkan kekekalan momentum. Momentum sebuah roket di tanah adalah sama dengan nol. Ketika bahan bakar dibakar, gas panas ditembakkan ke bawah dan badan roket naik untuk menyeimbangkan momentum totalnya sehingga tetap bernilai nol. Yang membuat roket meluncur tanah semburan sebagian masssanya ke arah belakang. Gaya ke depan pada roket itu tidak lain ialah reaksi terhadap gaya mundur pada bahan yang menyembur itu, dan makin

32

banyak bahan yang menyembur maka makin banyak berkurangnya massa roket.

Massa Berubah Dan Dorongan Roket

• Kekekalan momentum adalah; pada prinsip dorongan roket. Sebuah roket didorong oleh bahan bakar yang dipancarkan kearah belakang. Massa roket berkurang secara kontinu sebagai akibat pembakaran bahan. Gaya kedepan pada roket adalah reaksi dari gaya pada bahan yang dipancarkan.

• Dalam hal ini roket bergerak vertikal keatas dan gesekan udara serta perubahan percepatan gaya gravitasi (g) diabaikan :

Gambar 4. menyatakan roket pada saat t ketika massanya

m dan kecepatannya v ke atas. Sedangkan pada gambar

(b), menyatakan roket pada waktu t + dt, dimana kecepatan

roket bertambah menjadi v + dv.

• Misalkan μ menyatakan massa yg dipancarkan persatuan waktu, maka massa bahan yang dipancarkan μ dt, sehingga massa m dan dalam waktu dt menjadi m- μ dt.

• Jika Vr kecepatan roket relatif terhadap bahan bakar yang dipancarkan dan kecepatan bahan bakar yang dipancarkan adalah V‘ (relatif terhadap bumi), maka: v‘=v-vr................................(1)

• Satu-satunya gaya yang bekerja pada roket adalah berat m.g dengan memilih arah keatas positif, impuls gaya ini

33

dalam waktu dt adalah –mg dt yang sama dengan perubahan momentum.

• Karena momentum mula-mula m.v momentum akhir adalah (m- μ dt) (v + dv) dan momentum bahan yang dipancarkan v‘ μ dt, maka: -mg dt=[(m- μ dt) (v+dv) + v‘ μ dt]- mv .............................(2)

• Misalkan μ menyatakan massa yg dipancarkan persatuan waktu, maka massa bahan yang dipancarkan μ dt, sehingga massa m dan dalam waktu dt menjadi m- μ dt.

• Jika Vr kecepatan roket relatif terhadap bahan bakar yang dipancarkan dan kecepatan bahan bakar yang dipancarkan adalah V‘ (relatif terhadap bumi), maka: v‘=v-vr................................(1)

• Satu-satunya gaya yang bekerja pada roket adalah berat m.g dengan memilih arah keatas positif, impuls gaya ini dalam waktu dt adalah –mg dt yang sama dengan perubahan momentum.

• Karena momentum mula-mula m.v momentum akhir adalah (m- μ dt) (v + dv) dan momentum bahan yang dipancarkan v‘ μ dt, maka: -mg dt=[(m- μ dt) (v+dv) + v‘ μ dt]- mv .............................(2)

3.5.4 Isu Strategis

Pentingnya Pengembangan Teknologi Peroketan

Indonesia memerlukan satu sistem pertahanan yang tangguh.

Perlunya kemandirian dalam sistem pertahanan nasional.

Keuntungan pengembangan teknologi roket • Kemandirian penyebaran dan pemerataan informasi

antar wilayah Republik Indonesia, pertahanan nasional dan pemanfaatan pemeliharaan sumber daya alam

• Kemandirian pertahanan nasional melalui aplikasi roket untuk persenjataan

• Dukungan pertumbuhan industri dalam negeri melalui pemanfaatan potensi industri dalam negeri dan diseminasi teknologi roket ke industri.

Tantangan yang Dihadapi

o Internal o Lemahnya SDM o o Keterbatasan kemampuan produksi komponen

34

o Eksternal o

Membatasi o Sulitnya memperoleh offset/ TOT o Sulitnya mendapatkan komponen yang spek mil

Strategi Alutsista Berbasis Roket di TNI-AL

• Didasari pada doktrin pertahanan untuk menetralkan Angkatan Laut musuh di di ZEE. TNI-AL menggunakan rudal anti kapal (AKPA) jarak menengah

• Harpoon dan Exocet (hingga 2002); jangkauan hingga 40 km; propulsi propelan padat; mid-course guidance dengan tracking radar beam riding; terminal guidance menggunakan semi aktif radar.

• Mulai tahun 2007, C802 (jangkau 10 -120 km; sustainer turbojet)

35

• Mulai tahun 2010, C704 (jangkauan 35-40 Km); diproyeksikan untuk persenjataan kapal patroli PC 60, yang akan diproduksi di dalam negeri.

• Roket lainnya yang turut memperkuat sistem persenjataan TNI AL (Marinir) adalah Grad 122 (roket artileri medan dengan jangkauan 20-40 Km).

• Rudal lain yang sudah melewati jangka waktu operasi adalah AL 1 (senjata anti pesawat udara dengan jangkauan 6 Km; menggunakan seeker optoelektronik) dan Asroc (roket balistik pelontarkan bom dalam air/anti kapal selam).

Sistem Senjata Berteknologi Roket Tni Al

C-802 120

Harpoon 100

C704 35

Exocet 45

ASROC 3.625

RBU 5.5

Mistral 5

Seacat

AL1

RM70

KPR BM

RPG-7

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150

Jarak jangkau (km)

36

PERTEMUAN 4

Spesifikasi dan Sistem Daya Gerak Kendaraan Laut/Selam

4.1 Pendahuluan


a. Rekayasa (Engineering)

b. Propulsion Systems

c. Combined Marine Propulsion

d. Steering Systems



memahami Rekayasa (Engineering), Propulsion Systems, Combined

Marine Propulsion, Steering Systems



menjelaskan Rekayasa (Engineering), Propulsion Systems,

Combined Marine Propulsion, Steering Systems



penilaian





37


4.5.1 Rekayasa (Engineering)

CONCEPT ANALYSIS

SPECIFICATION

DESIGN

INSTALLATION & ALLIGNMENT

VERIFICATION & ACCEPTANCE

AFTER SALES WARRANTY

PRODUCTION/ MANUFACTURI

NG

SHAKEDONW TRAINING

38

Concept Analysis Opsreq

Analisis Kebutuhan Operasional Alat Utama Sistem Senjata

Misi Dan Fungsi Alat Utama Sistem Senjata

System Requirement Review Baseline Sytem

Top Level Requirements

Detailed Operational Requirement (Dopreq)

Lebih Unggul Baik Teknologi Maupun Kemampuannya

Tuntunan Dasar Rancang Bangun Pkr :

Memiliki Tingkat Teknologi Persenjataan Terkini Dan Dapat Di

Upgrade Sesuai Dengan Perkembangan Teknologi

Rancang Bangun Kapal Pkr Dengan Model Lunas (Hull Type),

Yang Memiliki Tingkat Stabilitas Yang Tinggi Untuk

Dioperasikan Di Zee Indonesia, Paling Sedikit Sea State 5 Dan

Memiliki Ketahanan Material Yang Baik, Berkaitan Dengan

Kondisi Lingkungan Laut Dan Tropis

Lebih Unggul Baik Teknologi Maupun Kemampuannya

Tuntunan Dasar Rancang Bangun Pkr :

Pemilihan Pesawat Pengindera, Komunikasi Dan Pengendalian

Serta Senjata, Tetap Mempertim-Bangkan Dampak Embargo

Mempertimbangkan Jaminan Keberlanjutan Dukungan Logistik

Untuk Mendukung Kelangsungan Usia Pakai Pkr

Sejauh Mungkin Tetap Melibatkan Industri Dalam Negeri Baik

Melalui Skema Transfer Of Technology (Tot) Baik Dalam

Pemenuhan Sistem, Subsistem Maupun Komponen

Fungsi Kapal Pkr

Utama

Peperangan Elektronika

Peperangan Anti Udara

Peperangan Anti Kapal Selam (Aks)

Peperangan Anti Kapal Permukaan (Akpa)

39

Bantuan Tembakan Kapal (Btk)

Tambahan :

Bantuan Pengamanan Tempur Sbg Kapal Jaga Radar Dan

Atau Sonar

Pengumpul Data Intelijen Maritim Serta Sar Bantuan

Operasi Kamla

Tugas-Tugas Pkr

Menjaga Keamanan & Kedaulatan Di Laut (To Prevent

Infiltration And Transgression Of Sovereignty) Atau Disebut

Law Enforcement Operations (Leo), Dengan Demikian,

Kemampuan Yang Dimiliki Untuk Melaksanakan Tugas Tsb

Adalah :

Surveillance (Air/Surface Warfare)

Offensive Sea Control

Anti-Submarine Warfare

Komunikasi & Navigasi

Self-Defense

Keamanan Laut (Protection Of Fishery And Natural Resources)

Atau Disebut Protect Territorial Waters (Ptw) & Natural

Resources, Dengan Demikian, Kemampuan Yang Dimiliki Tuk

Melaks Tugas Tsb :

Surveillance (Air/Surface Warfare)

Offensive Sea Control

Anti-Submarine Warfare

Komunikasi & Navigasi

Self-Defense

Sar (Search And Rescue), Untuk Melaksanakan Tugas Ini,

Kemampuan Yang Dimiliki, Adalah:

Deteksi Awal (Air/Surface Surveillance)

Komunikasi Dengan Organisasi Sar Internasional

40

Rescue Capabilities (Sea Borne)

Navigasi

Lingkungan Tugas

Alam

Kapal Pkr Akan Dioperasikan Di Perairan Indonesia Dengan

Kondisi Dan Keadaan Geografi Antara Perairan Indonesia

(Dangkal & Dalam). Kondisi Ini Menuntut Dukungan Logistik

Yang Memadai (Memiliki Daya Tahan Berada Di Laut Yang

Cukup Lama, Minimal 20 Hari Di Laut). Disamping Itu, Mengalir

Dari Kondisi Cuaca Tropis, Curah Hujan Dan Kadar Garam

Tinggi, Mengharuskan Kapal Pkr Mempunyai Kualitas Material

Yang Tahan Korosi Dan Memiliki Pengkondisi Udara Dalam

Kapal Yang Baik

Operasional

Sesuai Kebutuhan Operasi (Operation Requirement), Kapal

Perusak Kawal Rudal (Pkr) Harus Mampu Beroperasi Di

Seluruh Perairan Indonesia Sampai Dengan Di Luar Batas

Zona Ekonomi Eksklusif Indonesia (Zeei) Dengan Tetap

Mempertimbangkan Fungsi Asasinya Sekaligus Menghadapi

Littoral Warfare

Operasional

• Pkr Memiliki Persenjataan Dengan Fire Power Handal Sbg

Salah Satu Unsur Pemukul Strategis Yang Kehadirannya

Memiliki Dampak Penangkalan, Memiliki Kemampuan Tuk

Menghancurkan Kekuatan Musuh, Baik Yg Akan Dan Atau

Telah Memasuki Medan Pertahanan Penyanggah Hingga

Menghancurkan Kekuatan Yg Berada Di Medan Pertahanan

Utama Maupun Daerah Perlawanan

• Pkr Mampu Melaksanakan Tugas Secara Individu, Sejenis

Dan Antara Sejenis Serta Memiliki Kemampuan Untuk

Mendukung Operasi Gabungan

4.5.2 Perancangan (Design)

Rancangan (Design)

Rancangan Alat Utama Sistem Senjata Kapal Perang,

Biasanya Merujuk Pada Suatu Model Kapal Perang Yg

41

Ditawarkan Oleh Galangan, Namun Sejauh Mungkin Tetap

Memenuhi Konfigurasi Sistem Yg Dikehendaki

Kegiatan Perancangan Kapal Baru Bukan Saja Terkait Dgn

Bangunan Kapal (Hull And Structure) Juga Akan Berhub

Dgn Pengisian Sistem Platform, Yaitu Pemilihan Sistem Dan

Sub Sistem Serta Konfigurasi Platform Dan Sistem Tempur

Kapal (Combat Suite Selection), Shg Rancangan Tsb Sesuai

Dgn Tuntutan Ops Yg Dikehendaki, Termasuk Kebijakan

Rancangan Kapal Terkait Dgn Filosopi Pengawakan Dan

Dimana Alat Utama Sistem Senjata Tsb Akan Dioperasikan

Trade Off Study

Permintaan Kuota Yang Dikehendaki Oleh User, Akan Dikirimkan

Ke Semua Pabrik Dipertimbangkan Sbg Bakal Subkontraktor Untuk

Proyek. Pemenuhan Permintaan Kuota Merupakan Kegiatan Akhir

“Pembahasan Internal Proyek” Sebelum Berbagai Penawar Dan

Subkontraktor Dilibatkan Dalam Proyek. Setelah Penyebaran

Permintaan Kuota Dan Menerima Jawaban Pabrik Peralatan,

Dilaksanakan Evaluasi Terhadap Semua Jawaban Penawaran.

Peralatan Yang Diajukan Secara Dini Dibandingkan Dengan

Kebutuhan, Antara Lain Fungsinya, Secara Teknis, Harga Dan

Kaitannya Dengan Integrated Logistcs Support (Ils).

Detailed System Design. Mrpk Hasil Analisa Dari Kegiatan

Perancangan Kapal, Sistem Yg Dipilih Berikut Konfigurasinya.

Selanjutnya Dari Dok Ini Menjadi Dasar (Product Baseline) Tuk

Memasuki Tahap Produksi, Karena Dok Ini Mrpk Pedoman Dasar

Produksi Dlm Kegiatan Produksi Peralatan, Sistem Dan Subsistem,

Integrasi Dan Berbagai Pengujian (Test Plan). Dengan Demikian

Keluarannya Pada Kegiatan Ini, Adalah Tersusunnya :

Detailed System Design

Arrangement Drawing

A Spec Dan B Spec

Test Plan And Procedures

Ils Policy And Procedures

42

Produksi

Sistem Platform

Sistem Dan Subsistem Platform.

Kegiatan Produksi Dilaksanakan Di Pabrik Pembuatan

Peralatan Sesuai Dengan Spesifikasi Teknis Yang

Ditetapkan, Dan Berikut Jadwal Penyerahan (Delivery) Ke

Galangan Untuk Diinstalasi & Dilaksanakan Factory Testing

Di Pabrik Pembuat Yang Dihadiri Oleh Perwakilan Pemesan

Kapal (Test Report & Pernyataan Kualifikasi Formal/Formal

Qualification Review)

Hull & Stucture. Untuk Bidang Platform Bagian Hull Dan

Structure Yang Dilakukan Di Galangan, Tahap Produksi

Dilaksanakan Dengan Berbagai Kegiatan Sbb:

o Steel Preparation (Persiapan Pelat, Termasuk

Sandblasting Dan Primer Coating)

o Steel Parts Manufacturing (Merangkai Blok Yg

Dibuat, Termasuk Potongan Plat, Pelat Siku, Pelat

Lengkung, Plat Sangga Dan Lain-Lain Bentuk Plat

Yang Diperlukan)

o Pipe Prefabrication (Pipa-Pipa Yang Akan

Diinstalasi Di Kapal Dibuat Di Bengkel Pipa,

Mencakup Hampir 90% Dari Pipa Dibuat Di Luar

Kapal)




o Unit Prefabrication (Unit Prefabrication Adalah Unit

Yang Dibuat Berkaitan Dengan Subsistem Platform,

Antara Lain, Pompa, Filter, Pemindah Panas (Heat

Exchanger), Katup (Valve) Dan Instalasi Listrik Yang

Dibuat Bersama Frame-Nya (Rangkanya)




o Block Assembly (Kapal Yg Dibangun Dibagi Dalam

Bagian Blok-Blok Besar, Dan Selanjutnya Menjadi

43

Blok-Blok Kecil. Berat Dan Ukuran Dari Blok Besar

Bervariasi, Tergantung Pembagian Dan Rancangan

Berat Per Blok, Berkisar Antara 100 Ton S/D 1.000

Ton Tergantung Kapasitas Alat Angkat Yang Dimiliki

Galangan. Selama Proses Block Assembly, Bagian-

Bagian Plat Dan Subparts Dirangkai Pada Blok)




o Block Assembly (Kapal Yg Dibangun Dibagi Dalam

Bagian Blok-Blok Besar, Dan Selanjutnya Menjadi

Blok-Blok Kecil. Berat Dan Ukuran Dari Blok Besar

Bervariasi, Tergantung Pembagian Dan Rancangan

Berat Per Blok, Berkisar Antara 100 Ton S/D 1.000

Ton Tergantung Kapasitas Alat Angkat Yang Dimiliki

Galangan. Selama Proses Block Assembly, Bagian-

Bagian Plat Dan Subparts Dirangkai Pada Blok)




o Block Outfitting (Pekerjaan Outfitting Dimulai Pada

Tahap Block Assembly, Pemasangan Jenis

Komponen Outfitting Termasuk Pipa-Pipa Double-

Bottom Sangat Sulit Dipasang Pada Blok Besar Atau

Blok Yg Sudah Utuh, Kegiatan Pekerjaan Ini

Dinamakan "Hot Outfitting‖)

o Grand Block Assembly (Grand Block Assembly

Tidak Lebih Dari Kegiatan Pemasangan/Fitting

Bagian Plat Dan Pengelasan Blok-Blok Yang Telah

Terangkai

4.5.3 Rekayasa (Engineering)

Tacticos - Operational Capabilities

Iws Capabilities :

Surveillance,

Picture Compilation,

Tactical Link,

44

Warfare,

Operational Support,

Iws Support.

Tacticos Capabilities :

Command & Control; Eg Navigation, Own Ship Etc

Combat Execution; Eg Lirod M&C, Assignments Etc

Infrastructure; Eg Organisational Management, Data

Logging Etc

Training.

45

Underwater Radiated Noise (Urn)

Shock Resistance & Floating Floor

46

Uw. Streamlines Hull

Nbc Citadel

Gun Blast Resistence

47

PERTEMUAN 5

Pengenalan dan Simulasi Computational Fluid Dynamic dan Finite

Element untuk Design Engine dan Komponen Daya Gerak

5.1 Pendahuluan


a. Introduction

b. Modul Equations

c. Conclusions



memahami Introduction, Modul Equations, Conclusions



menjelaskan Rekayasa (Engineering), Propulsion Systems,

Combined Marine Propulsion, Steering Systems



penilaian






5.5.1 Introduction

• Practice of engineering and science has been dramatically

altered by the development of

• Scientific computing

• Mathematics of numerical analysis

• The Internet

• Computational Fluid Dynamics is based upon the logic of

applied mathematics

• provides tools to unlock previously unsolved problems

48

• is used in nearly all fields of science and engineering

• Aerodynamics, acoustics, bio-systems, cosmology, geology,

heat transfer, hydrodynamics, river hydraulics, etc…

• We are in the midst of a new Scientific Revolution as significant

as that of the 16th and 17th centuries when Galilean methods

of systematic experiments and observation supplanted the

logic-based methods of Aristotelian physics

• Modern tools, i.e., computational mechanics, are enabling

scientists and engineers to return to logic-based methods for

discovery and invention, research and development, and

analysis and design

Scientific method

• Aristotle (384-322 BCE)

• Greek philosopher, student of Plato

• Logic and reasoning was the chief instrument of scientific

investigation; Posterior Analytics

• To possess scientific knowledge, we need to know the cause

of which we observe

• Through their senses humans encounter facts or data

• Through inductive means, principles created which

will explain the data

• Then, from the principles, work back down to the facts

• Example: Demonstration of the fact

(Demonstratio quia)

• The planets do not twinkle

• What does not twinkle is near the earth

• Therefore the planets are near the earth

• Galileo Galilei (1564-1642)

• Formulated the basic law of falling bodies, which he verified

by careful measurements.

• He constructed a telescope with which he studied lunar

craters, and discovered four moons revolving around Jupiter.

49

• Observation-based experimental methods: required

instruments & tools ; e.g., telescope, clocks.

• Scientific Revolution took place in the sixteenth and

seventeenth centuries, its first victories involved the

overthrow of Aristotelian physics

Mathematics

• Isaac Newton (1643 – 1727)

• Laid the foundation (along with Leibniz) for differential and

integral calculus

• It has been claimed that the Principia is the greatest work in

the history of the physical sciences.

• Book I: general dynamics from a mathematical standpoint

• Book II: treatise on fluid mechanics

• Book III: devoted to astronomical and physical problems.

Newton addressed and resolved a number of issues

including the motions of comets and the influence of

gravitation.

• For the first time, he demonstrated that the same laws of

motion and gravitation ruled everywhere under a single

mathematical law.

Fluid Mechanics

• From mid-1800‘s to 1960‘s, research in fluid mechanics focused

upon

• Analytical methods (Primary focus of ME33)

• Exact solution to Navier-Stokes equations (~80 known

for simple problems, e.g., laminar pipe flow)

• Approximate methods, e.g., Ideal flow, Boundary layer

theory

• Experimental methods

• Scale models: wind tunnels, water tunnels, towing-

tanks, flumes,...

50

• Measurement techniques: pitot probes; hot-wire

probes; anemometers; laser-doppler velocimetry;

particle-image velocimetry

• Most man-made systems (e.g., airplane) engineered

using build-and-test iteration.

• 1950‘s – present : rise of computational fluid dynamics (CFD)

History of computing

• Mastodons of computing, 1945-1960

• Early computer engineers thought that only a few dozen

computers required worldwide

• Applications: cryptography (code breaking), fluid dynamics,

artillery firing tables, atomic weapons

• ENIAC, or Electronic Numerical Integrator Analyzor and

Computer, was developed by the Ballistics Research Laboratory in

Maryland and was built at the University of Pennsylvania's Moore

School of Electrical Engineering and completed in November 1945

High-performance computing

• Top 500 computers in the world compiled: www.top500.org

• Computers located at major centers connected to researchers via

Internet

51

5.5.2 Model Equations

• Most commercial CFD codes solve the continuity, Navier-Stokes,

and energy equations

• Coupled, non-linear, partial differential equations

• For example, incompressible form

Discretization

• Flow field must be treated as a discrete set of points (or volumes)

where the governing equations are solved.

• Many types of grid generation: type is usually related to capability

of flow solver.

• Structured grids

• Unstructured grids

• Hybrid grids: some portions of flow field are structured

(viscous regions) and others are unstructured

• Overset (Chimera) grids

Structured Grids

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

2

1

1

1

0

z

w

y

w

x

w

z

p

z

ww

y

wv

x

wu

t

w

z

v

y

v

x

v

y

p

z

vw

y

vv

x

vu

t

v

z

u

y

u

x

u

x

p

z

uw

y

uv

x

uu

t

u

z

w

y

v

x

u

52

• Algebraic equations

To solve NSE, we must convert governing PDE‘s to algebraic

equations

• Finite difference methods (FDM)

• Each term in NSE approximated using Taylor series,

e.g.,

• Finite volume methods (FVM)

• Use CV form of NSE equations on each grid cell ! ME

33 students already know the fundamentals !

• Most popular approach, especially for commercial codes

• Finite element methods (FEM)

• Solve PDE‘s by replacing continuous functions by

piecewise approximations defined on polygons, which

are referred to as elements. Similar to FDM.

Boundary Conditions

• Typical conditions

• Wall

• No-slip (u = v = w = 0)

• Slip (tangential stress = 0, normal velocity = 0)

• With specified suction or blowing

• With specified temperature or heat flux

• Inflow

• Outflow

• Interface Condition, e.g., Air-water free surface

• Symmetry and Periodicity

1

221 1

22

2

i i

i i i

U U UO x

x x

U U U UO x

x x

53

Usually set through the use of a graphical user interface (GUI) – click &

set

Solve

• Run CFD code on computer

• 2D and small 3D simulations can be run on desktop

computers (e.g., FlowLab)

• Unsteady 3D simulations still require large parallel

computers

• Monitor Residuals

• Defined two ways

• Change in flow variables between iterations

• Error in discrete algebraic equation

Uncertainty Assessment

• Process of estimating errors due to numerics and modeling

• Numerical errors

• Iterative non-convergence: monitor residuals

• Spatial errors: grid studies and Richardson

extrapolation

• Temporal errors: time-step studies and Richardson

extrapolation

• Modeling errors (Turbulence modeling, multi-phase physics,

closure of viscous stress tensor for non-Newtonian fluids)

• Only way to assess is through comparison with

benchmark data which includes EFD uncertainty

assessment.

Conclusions

• Capabilities of Current Technology

• Complex real-world problems solved using Scientific

Computing

• Commercial software available for certain problems

54

• Simulation-based design (i.e., logic-based) is being realized.

• Ability to study problems that are either expensive, too small,

too large, or too dangerous to study in laboratory

• Very small : nano- and micro-fluidics

• Very large : cosmology (study of the origin, current

state, and future of our Universe)

• Expensive : engineering prototypes (ships, aircraft)

• Dangerous : explosions, response to weapons of

mass destruction

• Limitations of Current Technology

• For fluid mechanics, many problems not adequately

described by Navier-Stokes equations or are beyond current

generation computers.

• Turbulence

• Multi-phase physics: solid-gas (pollution, soot), liquid-

gas (bubbles, cavitation); solid-liquid (sediment

transport)

• Combustion and chemical reactions

• Non-Newtonian fluids (blood; polymers)

• Similar modeling challenges in other branches of

engineering and the sciences

• Because of limitations, need for experimental research is great

• However, focus has changed

• From

• Research based solely upon experimental

observations

• Build and test (although this is still done)

• To

• High-fidelity measurements in support of validation

and building new computational models.

55

• Currently, the best approach to solving engineering problems often

uses simulation and experimentation

56

PERTEMUAN 6

Sistem Instrumentasi dan Sensor

6.1 Pendahuluan


a. Units and physical constants

b. Sensor Technologies

c. Charateristic of Instruments

d. Dynamic Response of Liquid in Glas Thermometer



memahami Units and physical constants, Sensor Technologies,

Charateristic of Instruments, Dynamic Response of Liquid in Glas

Thermometer

6.3. Tujuan Instruksional Khusus


menjelaskan Mekanika Fluida, Konversi Energi, Sifat Fluida,

Termodinamika



penilaian





6.5.1 Ringkasan Materi:

6.5.1 Units and Physical Constants SI Units

The standard unit system for medical, engineering and

scientific practice is taken from the SI (Systeme

57

SI depends on multiplying prefixes in the basic units (see

metric prefixes table)

Conversion to SI units

Conversion from SI units

58

Standar physical units

59

Definitions

• Measurand (Physical quantities):

Position, displacement

Temperature

Force

Pressure,…

Concentrations, chemicals,…,

• Sensor:

is a device that detects a change in a physical

stimulus and turns it into a signal which can be

measured or recorded

• Signal conditioning:

Amplifying, waveshaping, filtering, rectifying,…

• A Transducer

is a device that transfers power from one system to

another in the same or in a different form.

6.5.2 Sensor Technologies

Phase Linearity

• Describe how well a system preserves the phase

relationship between frequency components of the input

• Phase linearity: f=kf

• Distortion of signal

• Amplitude linearity

• Phase linearity

Sensor Technology-Terminology

• Transducer is a device which transforms energy from one

type to another, even if both energy types are in the same

domain.

60

o Typical energy domains are mechanical, electrical,

chemical, magnetic, optical and thermal.

• Transducer can be further divided into Sensors, which

monitors a system and Actuators, which impose an action

on the system.

o Sensors are devices which monitor a parameter of a

system, hopefully without disturbing that parameter.

Categorization of Sensor

• Classification based on physical phenomena

– Mechanical: strain gage, displacement (LVDT),

velocity (laser vibrometer), accelerometer, tilt meter,

viscometer, pressure, etc.

– Thermal: thermal couple

– Optical: camera, infrared sensor

– Others …

• Classification based on measuring mechanism

– Resistance sensing, capacitance sensing, inductance

sensing, piezoelectricity, etc.

• Materials capable of converting of one form of energy to

another are at the heart of many sensors.

– Invention of new materials, e.g., ―smart‖ materials,

would permit the design of new types of sensors.

Paradigm of Sesnsing Systems Design

61

Instrumentation Considerations

• Sensor technology;

• Sensor data collection topologies;

• Data communication;

• Power supply;

• Data synchronization;

• Environmental parameters and influence;

• Remote data analysis

Measurement

6.5.3 Sensor

Definition: a device for sensing a physical variable of a

physical system or an environment

Classification of Sensors

• Mechanical quantities: displacement, Strain, rotation

velocity, acceleration, pressure, force/torque, twisting,

weight, flow

• Thermal quantities: temperature, heat.

• Electromagnetic/optical quantities: voltage, current,

frequency phase; visual/images, light; magnetism.

• Chemical quantities: moisture, pH value

62

Specifications of Sensor

• Accuracy: error between the result of a measurement

and the true value being measured.

• Resolution: the smallest increment of measure that a

device can make.

• Sensitivity: the ratio between the change in the output

signal to a small change in input physical signal. Slope

of the input-output fit line.

• Repeatability/Precision: the ability of the sensor to

output the same value for the same input over a

number of trials

Accuracy vs. Resolution

Accuracy vs. Precision

63

Specifications of Sensor

• Dynamic Range: the ratio of maximum recordable input

amplitude to minimum input amplitude, i.e. D.R. = 20 log

(Max. Input Ampl./Min. Input Ampl.) dB

• Linearity: the deviation of the output from a best-fit straight

line for a given range of the sensor

• Transfer Function (Frequency Response): The

relationship between physical input signal and electrical

output signal, which may constitute a complete description

of the sensor characteristics.

• Bandwidth: the frequency range between the lower and

upper cutoff frequencies, within which the sensor transfer

function is constant gain or linear.

• Noise: random fluctuation in the value of input that causes

random fluctuation in the output value

Strain Gauges

• Foil strain gauge

– Least expensive

– Widely used

– Not suitable for long distance

– Electromagnetic Interference

– Sensitive to moisture & humidity

• Vibration wire strain gauge

– Determine strain from freq. of AC signal

– Bulky

• Fiber optic gauge

– Immune to EM and electrostatic noise

– Compact size

– High cost

– Fragile

64

Attributes of Sensors

• Operating Principle: Embedded technologies that make

sensors function, such as electro-optics,

electromagnetic, piezoelectricity, active and passive

ultraviolet.

• Dimension of Variables: The number of dimensions of

physical variables.

• Size: The physical volume of sensors.

• Data Format: The measuring feature of data in time;

continuous or discrete/analog or digital.

• Intelligence: Capabilities of on-board data processing

and decision-making.

• Active versus Passive Sensors: Capability of

generating vs. just receiving signals.

• Physical Contact: The way sensors observe the

disturbance in environment.

• Environmental durability: will the sensor robust enough

for its operation conditions

Strain Sensing

• Resistive Foil Strain Gage

– Technology well developed; Low cost

– High response speed & broad frequency bandwidth

– A wide assortment of foil strain gages commercially

available

– Subject to electromagnetic (EM) noise, interference,

offset drift in signal.

– Long-term performance of adhesives used for

bonding strain gages is questionable

• Vibrating wire strain gages can NOT be used for

dynamic application because of their low response

speed.

• Optical fiber strain sensor

65

Strain Sensing

• Piezoelectric Strain Sensor

– Piezoelectric ceramic-based or Piezoelectric

polymer-based (e.g., PVDF)

– Very high resolution (able to measure nanostrain)

– Excellent performance in ultrasonic frequency

range, very high frequency bandwidth; therefore

very popular in ultrasonic applications, such as

measuring signals due to surface wave

propagation

– When used for measuring plane strain, can not

distinguish the strain in X, Y direction

– Piezoelectric ceramic is a brittle material (can not

measure large deformation)

66

Acceleration Sensin

• Piezoelectric accelerometer

– Nonzero lower cutoff frequency (0.1 – 1 Hz for

5%)

– Light, compact size (miniature accelerometer

weighing 0.7 g is available)

– Measurement range up to +/- 500 g

– Less expensive than capacitive accelerometer

– Sensitivity typically from 5 – 100 mv/g

– Broad frequency bandwidth (typically 0.2 – 5 kHz)

– Operating temperature: -70 – 150 C

6.5.4 Characteristics of Instruments

Basic Steps in Development of Instruments

• Development of Mathematical Model for Identification of

Parameters to be measured.

67

• Identification of characteristics to be possessed by a

general Instruments.

• Qualitative and Quantitative models for determination of

Instrument design details.

• Selection of geometrical and physical parameters.

Characteristics of measurement systems

• To choose the instrument, most suited to a particular

measurement application, we have to know the system

characteristics.

• The performance characteristics may be broadly divided

into two groups, namely ‗static‘ and ‗dynamic‘

characteristics.

• Static characteristics

• the performance criteria for the measurement of quantities

that remain constant, or vary only quite slowly.

• Dynamic characteristics

• the relationship between the system input and output when

the measured quantity (measurand) is varying rapidly.

Generalized Instrument System

68

Static Performance of Instrument

• SYSTEMATIC CHARACTERISTICS

• Range (pengukuran)

• Span( derah pengukuran0

• Linearity (bentuk)

• Sensitivity(kecepatan merespn)

• Environmental effects (kondisi pengukuran)

• Hysteresis (

• Resolution ( ketajaman)

• Death space (ruang mati, gara2 defect material)

Range

• The input range defines the minimum and maximum value

of the variable to measure.

• The output rage defines the minimum and maximum value

of the signal given by the transducer.

• Assume a temperature transducer which temperature

range is from 100°C to 250°C and the output range is

given from 4 to 10 mV.

Environmental effects

• All calibrations and specifications of an instrument are only

valid under controlled conditions of temperature, pressure

etc.

• These standard ambient conditions are usually defined in

the instrument specification.

• As variations occur in the ambient temperature, etc.,

certain static instrument characteristics change, and the

sensitivity to disturbance is a measure of the magnitude of

this change.

69

• Such environmental changes affect instruments in two

main ways, known as zero drift and sensitivity drift.

• Zero drift is sometimes known by the alternative term,

bias.

Instrument Drift(disebabkan adanya kecacatan)

• This is caused by variations taking place in the parts of the

instrumentation over time.

• Prime sources occur as chemical structural changes and

changing mechanical stresses.

• Drift is a complex phenomenon for which the observed

effects are that the sensitivity and offset values vary.

• It also can alter the accuracy of the instrument differently

at the various amplitudes of the signal present.

Hysteresis and Backlash

• Careful observation of the output/input relationship of a

block will sometimes reveal different results as the signals

vary in direction of the movement.

• Mechanical systems will often show a small difference in

length as the direction of the applied force is reversed.

• The same effect arises as a magnetic field is reversed in a

magnetic material.

• This characteristic is called hysteresis

• Where this is caused by a mechanism that gives a sharp

change, such as caused by the looseness of a joint in a

mechanical joint, it is easy to detect and is known as

backlash.

•

6.5.5 Dynamic Characteristics of Instruments

Cyclic Input: Hysteresis and Backlash

70

Careful observation of the output/input relationship of an

instrument will sometimes reveal different results as the

signals vary in direction of the movement.

Mechanical systems will often show a small difference in

length as the direction of the applied force is reversed.

The same effect arises as a magnetic field is reversed in a

magnetic material.

This characteristic is called hysteresis

Where this is caused by a mechanism that gives a sharp

change, such as caused by the looseness of a joint in a

mechanical joint, it is easy to detect and is known as

backlash.

Hysteresis Loop

71

Dynamic Characteristics of Instrument Systems

• To properly appreciate instrumentation design and its use,

• it is necessary to develop insight into the most commonly

encountered types of dynamic loading &

• to develop the mathematical modeling basis that allows us

to make concise statements about responses.

• The response at the output of an instrument Gresult is

obtained by multiplying the mathematical expression for the

input signal Ginput by the transfer function of the instrument

under investigation Gresponse

Characteristic Equation Development

responseinputresult GGG

72

• The behavior of a block that exhibits linear behavior is

mathematically represented in the general form of

expression given as

Here, the coefficients a2, a1, and a0 are constants

dependent on the particular instrument of interest.

The left hand side of the equation is known as the

characteristic equation.

It is specific to the internal properties of the block and is

not altered by the way the insturment is used.

• The specific combination of forcing function input and

instrument characteristic equation collectively decides the

combined output response.

• Solution of the combined behavior is obtained using

Laplace transform methods to obtain the output responses

in the time or the complex frequency domain.

Behaviour of the Block

• Note that specific names have been given to each order.

• The zero-order situation is not usually dealt because it has

no time-dependent term and is thus seen to be trivial.

• It is an amplifier (or attenuator) of the forcing function with

gain of a0.

• It has infinite bandwidth without change in the amplification

constant.

• The highest order usually necessary to consider in first-cut

instrument analysis is the second-order class.

• Higher-order systems do occur in.

• Computer-aided tools for systems analysis are used to

study the responses of higher order systems.

73

Laplace Transforms: Solution of ODE

• The Laplace transform, is an elegant way for fast and

schematic solving of linear differential equations with

constant coefficients.

• Instead of solving the differential equation with the initial

conditions directly in the original domain, the detour via a

mapping into the frequency domain is taken, where only

an algebraic equation has to be solved.

• Thus solving differential equations is performed in the

following three steps:

• Transformation of the differential equation into the

mapped space,

• Solving the algebraic equation in the mapped space,

• Back transformation of the solution into the original

space.

74

PERTEMUAN 7

Desain dan Sistem Kendali

7.1 Pendahuluan


a. Control Engineering

b. Laboratory of Embedded Control Systems

c. Management Control


Setelah mempelajari pokok bahasan materi 7, mahasiswa

mampu memahami Control Engineering, Laboratory of

Embedded Control Systems, Management Control



mampu menjelaskan Control Engineering, Laboratory of

Embedded Control Systems, Management Control


a. Dosen menjelaskan silabus kuliah, aturan kuliah, dan

sistem penilaian






7.5.1 Control Engineering

Introduction to control systems

• The first applications of feedback control appeared in

Greece 300-1 BC ( a float regulator mechanism).

• The first feedback system invented in modern Europe was

a temperature regulator in Holland.

75

• Before 1868 control systems were developed through

intuition and invention.

• Mathematical theory started to develop using differential

equations to model control systems (J.C. Maxwell).

• Prior to WW II: development of telephone system and

electronic feedback amplifiers at Bell Lab (Bode, Nyquist,

Black).

• During WW II: impetus to the theory and practice of

automatic control: auto pilots, radar control, military

applications.

• Extensive development of the theory was done in the

1950s (root locus approach).

• In the 1970s, 1980s: further advances due to the

utilization of digital computers for control components,

simulation of control systems, state variable models,

optimal control, robust control system design.

• In the 1990s: automation using automatic control

systems, reliable and robust systems in manufacturing,

automobiles, airplanes,…

• First autonomous rover vehicle to explore Mars.

Basic Concepts

• This course is concerned with the analysis and design of

closed-loop control systems.

• Analysis: given a system, determine its characteristics or

behavior.

• Design: specify the desired system characteristics or

behavior, must configure (design) the system so that it

exhibits these desired quantities.

• Closed-loop system: system inputs are functions of

system outputs.

• Example: An automatic temperature control system in a

house.

76

Sensor => temperature in a room => feedback to input

If active the furnace else deactivate the

furnace.

• Process (plant) to be controlled:

• Open-loop control system:

• Closed-loop control system:

• Control systems are divided into two classes:

• If the aim is to maintain a physical variable at

some fixed value when there are disturbances,

this is a regulator.

Example: speed-control system on the ac generators of

power

utility companies.

• The second class is the servomechanism. This

is a control system in which a physical variable is

required to follow (track) some desired time

function.

Example: an automatic aircraft landing system, or a

robot arm

designed to follow a required path in space.

• Multivariate control system:

setsensor TT

77

Example: this example only considers the problem of

keeping the aircraft on the centerline of the runway

(controlling the lateral position

• Examples of modern control systems: automobile

automatic steering control system.

78

• Examples of computer control systems: coordinated control

system for a boiler generator.

79

• Automatic assembly and robots;

Control System Design

• Disk drive read system.

• The variable to control is the Position of the reader head.

• A closed control System can be applied for this purpose

80

• DC motor speed control system. (Turn table speed control),

Applications: CD players, Disk drives, Phonograph Record

Players….)

• Open loop speed control: A battery source provides a voltage

which is proprtional to the desired speed, this voltage amplified

and applied to the DC motor.

• DC motor speed control system. (Closed Loop Speed Control)

• A sensor (tachometer) provides an output voltage proportional

to the actual speed, this voltage is compared to the desired

81

voltage to produce the error signal, and error signal is applied to

the control device (amplifier), then it is applied to the motor.

This control is superior to the open loop control.

• Insulin delivery control system.

• The blood glucose and insulin

• of a healthy person

• The variable to control is the

• blood glucose concentration

• This Diagram shows the open

• loop control design for system

• This Diagram Shows the closed loop design, it uses a sensor

feedback

82

7.5.2 Laboratory of Embedded Control Systems

Aim of the course

• The aim of this course it to introduce the student (you :=)

) to model based design of embedded control systems

• This will be done with theoretical lectures (few) and lab

experiences (many)

• The course is a laboratory course

What we expect is that you deliver a complete working

project

• You will organise yourself in groups of two students

Please start searching for your mate and let me know in

the next class

The project

• The project will be developed in different phases

83

• At the end of each phase, you will produce a different

artefact (e.g., a piece of code or a model), which has to

be documented by a report

There is a specific date for each delivery

Those of you who do not attend the class can deliver the

project all at once, but I warmly recommend not to (is

possible)

• We will do most of the work together in the class, but you

may need to work on your own to complete the different

phase

A plant

• The objective of this course is to control a system that we

define a plant

• A plant is a continuous time system described by a set of

differential equations

• Example (Spring + Damper)

• Very often we will use the transfer function (Laplace

Transform) to express the plant in a mathematically

tractable way

• In our example:

• We can easily translate this equation into a scicos model

84

Performance Specs

• Once we have a model for our system we can formulate

performance specification (e.g., related to the step

response)

Physical Parameters

• Essential to our purpose is to determine the choice of

parameters whereby our model best fits the model

To do this we can

measure the physical quantities if easy/possible

Carry out the identification procedure

• Identification:

carry out a large set of experiments and collect data find

the set of parameters that minimise the distance between

our system and the model

Control Design

• At this point, we are in condition to design a feedback

controller that fulfils the specs.

• If we make a feedback connection of a plant P(s) with a

controller C(s), we get a new transfer function given by:

85

Digital Implementation

• The controller we have designed in this way is a

continuous time system (a differential equation)

• If we want to implement it in a digital computer, we need

to transform it into a numeric algorithm

• Instrumental to this goal is the introduction of a sampling

mechanism for the sensors and of a Zero order Hold

(ZoH) for the actuators

Feedback Control

What is the digital implementation C(z)?

Assume that our controller is given by

In terms of differential equations:

86

Digital Implementation

• If we sample periodically, the derivative can be

approximated by the backward difference (we will see

better approximations….)

Z-transform notation

• It is useful to express the difference equation in terms of

the Z-transform

• It plays the same role in discrete—time as the Laplace

transform plays in continuous time

• The one—step forward operator in the time domain

corresponds to multiplication by z in the Z domain and

the one step delay operator to multiplication by 1/z

• The controller equation becomes:

\

7.5.3 Management Controls

Objective of the course

• Gain understanding of Management Control:

what is management control?

87

how can control be implemented?

what managementinformation is needed?

which organizational conditions?

• Get students actively involved by using the case method

• sessions

• Take-home cases

• Final examination:

– Take home case

– Due date: 30 september 2008

• Literature:

– K. A. Merchant & W.A. van der Stede, 2003,

Management Control Systems, Prentice Hall,

ISBN 0 273 65596 5

• K. A. Merchant & W.A. van der Stede, 2007,

Management Control Systems, Prentice Hall,

ISBN 0 273 7080 15

• Website

Strategy formulation

• An organization must select any of innumerable

ways of seeking to attain its objectives.

• Strategies define how organizations should

use their resources to meet their objectives.

• Hence,

… strategies put constraints on employees to

focus activities on what the organization does

best or areas where it has an advantage over

competitors.

• Management …

88

… the process of organizing resources and directing

activities for the purpose of organizational objectives.

• Process-breakdown …

Objective setting; what goals do we want to achieve?

Strategy formulation; how are we going to realize these

goals?

Control: are we on track in realizing these goals?

Objective setting

• Objectives are …

a necessary prerequisite for any purposeful activities.

• Without objectives, it is impossible …

to assess whether the employees‘ actions are purposive;

to make claims about an organization‘s success.

• Objectives can be …

financial versus non-financial;

quantified, explicit versus implicit;

economic, social, environmental, societal.

The planning / control cycle

89

The basic control problem

• Management control is about encouraging

PEOPLE to take desirable actions,

i.e., it guards against the possibilities that employees will

do something the organization does not want them to do,

or, fail to do something they should do.

• Hence, management control has a ...

… BEHAVIORAL ORIENTATION !

• If all personnel could always be relied on to do what is best

for the organization, there would be no need for a

management control system.

• Management Control is about taking steps to help ensure

that the employees do what is best for the organization.

• Three issues:

Do they understand what we expect of them ...

Lack of direction

Will they work consistently hard and try to do what

is expected of them ...

Lack of motivation

• Are they capable of doing what is expected of them ...

Personal limitations

• Employees do not know what the organization

wants from them.

• When this lack of direction occurs, the likelihood of the

desired behaviors occurring is obviously small.

90

PERTEMUAN 8

UTS

91

PERTEMUAN 9

Penilaian Kinerja Daya Gerak

9.1 Pendahuluan


a. Pengenalan Kendaraan Militer

b. Standar Kendaraan Militer

c. Tahapan Pengembangan



mampu memahami Pengenalan Kendaraan Militer, Standar

Kendaraan Militer, Tahapan Pengembangan



mampu menjelaskan Pengenalan Kendaraan Militer, Standar


9.4. Skenario Pembelajaran


sistem penilaian





9.5. Ringkasan Materi:

9.5.1 Penengenalan Kendaraan Militer

• Kendaraan Militer (Ranmil) adalah kendaraan yang

digunakan untuk melaksanakan tugas pertempuran

langsung maupun tidak langsung dengan dilengkapi

sistem senjata; tugas taktis seperti membawa peralatan

92

tempur dan logistik, sebagai alat transportasi pasukan,

dan pendukung unit-unit pasukan; maupun tugas

administrasi kemiliteran lainnya.

• Metode klasifikasi:

– Berdasarkan fungsi/tugas

– Berdasarkan daya angkut (pay load)

– Berdasarkan kecabangan pengguna

Klasifikasi Berdasarkan Fungsi

93

Standart Kendaraan Militer

• Rujukan:

– Ketentuan Standar Umum (KSU) TNI AD

– Standar Militer Indonesia (SMI) Kemhan

– Military Standard

– STANAG (Standard Nato Agreement)

– Regulasi LLAJR

– Dll

Faktor Pertimbangan Penentuan Materiil

• Faktor Politis. Materiil yang akan dibeli

persyaratannya tidak dikaitkan dengan masalah politik

dari kedua negara.

• Faktor Ekonomi. Materiil yang akan dibeli memiliki

nilai purna jual yang tinggi dikaitkan dengan

kesinambungan dukungan suku cadang.

• Tingkat Teknologi. Materiil yang akan dibeli memiliki

teknologi yang modern/masih memiliki teknologi yang

digunakan oleh negara lain /lebih maju dari peralatan

yang kita miliki.

• Kemampuan dukungan industri dalam negeri. Setiap

pengadaan diupayakan menggunakan sebagian

produksi dalam negeri (memiliki nilai kandungan lokal

yang tinggi).

Persyaratan Materiil

• Mempunyai ketahanan dan keawetan yang tinggi

serta mudah dalam perawatannya.

• Suku cadang mudah didapat dan terjamin.

• Mudah dalam pelayanan dan pengoperasionalan.

94

• Mempunyai tingkat keamanan yang tinggi terhadap

pengguna dan lingkungan.

• Mudah dikemas dan mudah dalam pembawaan.

• Mempunyai kemampuan tukar alih.

Standar kendaraan Militer

Sista Ranpur Kavaleri.

(1) Ranpur Intai.

(2) Ranpur Kanon

(3) Ranpur Angkut Personel.

(4) Ranpur Komando.

(5) Ranpur Ambulan.

(6) Ranpur Logistik.

(7) Ranpur Recovery.

(8) Ranpur Jembatan.

(9) Ranpur VIP/VVIP

Tahapan Pengembangan Ranpur

1. Apa Misi Dan Tugas Ranpur Yang Akan Didesain?

2. Definisikan Dro (Design Requirement Objective) /Opsreq

Dari User

a. Parameter Taktis

b. Parameter Teknis

c. Batasan Kemampuan

d. Regulasi (Llaj, Emisi Dll)

e. Batasan Lingkungan Kerja

f. Batasan Bentuk Fisik / Dimensi

g. Human Factor/Ergonomi

h. Metode Pengujian

i. Manajemen Resiko

j. Analisa Biaya Dan Waktu

k. Sistem Maintenance

95

3. Design

4. Prototype

5. Test & Validation, Kualifikasi/Sertifikasi

System Engineering Based Development

Schedule Of Development

96

System Architecture

9.5.2. Standar Kendaraan Militer

Persyaratan Taktis

Memiliki tenaga gerak (mobilitas) yang besar

sehingga mampu bermanuver di sebagian besar

medan Indonesia dengan baik.

Memiliki Senjata Pokok Kanon, Senjata Koaksial dan

Senjata PSU.

Mampu menembakan berbagai jenis amunisi senjata

Kanon (termasuk munisi jenis APFSDS).

Memilki sudut elevasi minimal +13°dan sudut depresi

minimal -6° serta memiliki sudut kelebaran/putaran

kubah (Traverse) sebesar 360°.

Ranpur Kanon sebagai Tank Tempur Utama memiliki

sistem stabiliser Kubah (Turret stabilized system),

sistem penguncian sasaran (Locking target system)

97

dan sistem pemilihan sasaran otomatis (Hunter killer

system).

Kemampuan sistem Senjata secara keseluruhan tidak

dibatasi oleh sudut mati.

Memiliki sistem komunikasi dengan anti jamming dan

frekuensi hopping serta jarak Carima yang jauh.

Memiliki sistem komunikasi, komando dan

pengendalian (Kodal) serta administrasi dan logistik

(Minlog) menggunakan sistem informasi data teks dan

Grafik taktis Battlefield Management System (BMS).

Dapat diangkut dengan Tank Transporter, kapal laut

dan kereta api dan untuk Ranpur Kanon kelas ringan

dapat diangkut oleh pesawat angkut atau Helikopter

(Air-transportable).

Mendapatkan bantuan pengamanan/perlindungan

dari Ranpur atau unsur lainnya.

Memiliki sudut peninjauan periskop yang luas dan

sudut penembakan Senjata 360°, serta dilengkapi

dengan alat optronik penginderaan jarak jauh yang

dapat berputar 360° secara individual.

Dapat dioperasikan pada siang hari dan malam hari

(Night Vision / Thermal Sight) serta medan yang

terkontaminasi bahaya Nubika (NBC Protection).

Memiliki Shilouette yang relatif rendah dengan tinggi

total hull < 2,50 meter untuk mengurangi peninjauan

dan perkenaan tembakan musuh.

Ranpur beroda rantai (Tank) sebagai Alutsista Satkav

dalam pertempuran di darat dengan kemampuan

lintas medan yang baik dan relatif tidak dibatasi oleh

adanya jaring-jaring jalan.

Ranpur beroda ban (Panser) sebagai Alutsista Satkav

dalam pertempuran di darat dengan kemampuan

98

lintas medan yang terbatas dan relatif dibatasi oleh

adanya jaring-jaring jalan.

Persyaratan Teknis

a. Menggunakan mesin (Power pack) jenis diesel turbo-

intercooler (minimal memenuhi standar EURO-3).

Power to Weight Ratio (PWR) yang cukup besar yaitu

minimal 20 hp/ton.

b. Menggunakan transmisi semi otomatis atau otomatis

penuh/dilengkapi dengan percepatan darurat manual

dengan percepatan minimal 4 tingkat maju dan 1

tingkat mundur.

c. Dilengkapi alat kendali penembakan secara manual

dan otomatis, alat penaksir jarak (Laser range finder),

balistik komputer (Computer balistic) dan alat bidik

siang/malam hari (Day/night sight).

d. Dilengkapi sistem pengisian munisi semi otomatis

atau otomatis penuh secara elektrik (Ammo Auto

Loader).

e. Memiliki daya angkut yang diijinkan (Pay load) untuk

Ranpur kelas Berat minimal 1.500 kg, untuk Ranpur

kelas Sedang minimal 1100 kg dan untuk Ranpur

kelas Ringan minimal 400 kg.

f. Memiliki lindung lapis baja sebagai perlindungan pasif

(hull dan pelindung samping/skirt) dan aplikasi armor

protection system sebagai perlindungan aktif

(Explosive reactive armor-ERA) dan dapat melindungi

Ranpur dari ranjau anti tank.

Ranpur Roda Rantai (Tank).

• Menggunakan rantai (track-link) dengan tipe ―double

pin‖ (pasak ganda).

99

• Memiliki track-link yang mudah diperbaiki dan mudah

dibongkar pasang.

• Memiliki sepatu rantai (pad shoe) yang mudah

diganti secara terpisah dengan rantai (track-link)

dengan usia pakai pad shoe minimal 2.000 km.

• Tekanan jejak ideal < 0,60 kg/cm² dan maksimal <

0,80 kg/cm².

• Memiliki sistem suspensi menggunakan Batang Torsi

(Torsion bar) dan/atau Hidrolik (Hydro-pneumatic

Suspension Unit/HSU).

Ranpur Roda Ban (Panser).

• Memiliki roda ban yang dapat diperbaiki dan mudah

dibongkar pasang.

• Memiliki ban Run Flat (Ban mati di dalamnya)

dengan kemampuan operasional dalam kondisi ban

pecah/kempes dengan waktu tempuh 2 jam atau

jarak tempuh sekitar 80 km (untuk

penyelamatan/Escape).

• Tekanan udara roda ban dapat disesuaikan /

dipompa baik secara manual maupun secara sistem

pompa ban otomatis (Centralize Tire Inflation

System/CTIS).

• Memiliki suspensi dengan sistem independen

(Independent Suspension) yang nyaman, aman dan

handal serta mudah dalam perawatan dan memiliki

kemampuan untuk mengatur ketinggian setiap ban,

sehingga dapat mendukung kelincahan, manuver,

mobilitas dan stabilitas.

g. Sistem rem menggunakan hydrolik pneumatik dan

dilengkapi dengan rem mesin dan rem parkir (dan

Retarder).

100

h. Sumber listrik menggunakan baterai dan alternator 24

volt dan generator listrik independen (Auxiliary Power

Unit).

i. Memiliki bebas dasar (Ground Clearance) minimal 40

cm dari atas permukaan tanah.

j. Mampu melintasi sudut tanjakan 60 % (31°) dan

melintasi sudut miring 30 % (17°).

k. Mampu melintasi rintangan tegak minimal 50 cm

untuk Ranpur Panser dan100 cm untuk Ranpur Tank.

l. Kemampuan melangkah parit lebar minimal 0,50

meter untuk Ranpur Panser dan minimal 1,5 m untuk

Ranpur Tank.

m. Memiliki kecepatan aman sampai dengan 60 km/jam

(Kecepatan diatas 60 km/jam hanya untuk Escape

atau keadaan darurat)

n. Tingkat kebisingan mesin <80 Decibel.

o. Memilki tingkap untuk keluar masuk dan pintu darurat.

p. Memiliki lampu tempur dan lampu blackout.

q. Kemampuan mengarung (Fording) atau berenang

(amphibious) :

Ranpur tipe kelas berat mampu mengarung

kedalaman minimal 1,5 meter (tanpa persiapan)

dan minimal 2 meter (dengan persiapan).

Ranpur tipe kelas sedang mampu mengarung

kedalaman 1,2 meter (tanpa persiapan) dan

minimal 2 meter (dengan persiapan) dan/atau

berenang.

Ranpur tipe kelas ringan mampu mengarung

kedalaman 1 meter (tanpa persiapan) dan/atau

berenang.

a) Memiliki sistem kemudi (gandar/steering).Sistem

kemudi Steering menggunakan power steering dan

101

sistem kemudi gandar menggunakan sistem hidrolik

yang dibantu dengan sistem angin.

b) Memiliki sarana pemeliharaan dan pemulihan

(recovery) berupa anting penarik di depan dan

dibelakang, winch (motor kabel penarik), peralatan

toolkit dan kabel pancing.

c) Memiliki sistem pemadam api (kebakaran) untuk

ruang mesin dan ruang awak Ranpur dengan sistem

otomatis (Automatic fire extinguisher) dengan

penjejak sensor panas dan tabung pemadam api

portable untuk pegoperasian secara manual.

d) Memiliki senjata lebih dari satu selain senjata pokok

(Senjata utama, senjata koaksial dan senjata PSU).

e) Memiliki sistem pengamanan putaran kopula

dengan sudut kelebaran (Traverse) 360°.

f) Pengisian munisi secara manual atau otomatis (Auto

Loader). Memilki tabung pelontar granat asap pada

sisi kanan dan sisi kiri dari Ranpur.

g) Memilki kotak penyimpanan amunisi dan dudukan

amunisi yang aman dan kokoh.

h) Peralatan tambahan dan peralatan optik yang

bersifat optional untuk dapat mewujudkan Ranpur

Kavaleri TNI AD sebagai Ranpur yang modern

antara lain :

i) Alat penaksir jarak (Laser Range finder).

j) Alat stabilisator kubah (Gyro stabilizer).

k) Alat bantu penglihatan malam hari (Night Vision /

Thermal Sight device).

l) Sistem pengendali penembakan otomatis (Automatic

Firing Control System).

m) Alat penentu kedudukan (Global Positioning Sistem).

n) Alat pendeteksi panas (Thermal Device).

o) Sistem pengendali kontaminasi NUBIKA (anti NBC).

102

p) Armor Protection System dengan menggunakan

Lapisan baja reaktif / dan atau cat khusus

menggunakan anti infra merah / penyerap

gelombang radar atau Composite Armor dan

Ceramics.

q) Alat anti deteksi bidikan musuh /Laser Warning

Device.

r) Sistem alat komunikasi (Radio Ranpur).

s) Memiliki kemampuan Carima jarak jauh, baik

keadaan Ranpur statis maupun bergerak.

t) Menggunakan Radio Ranpur HF/SSB type AM dan

VHF type FM serta Interkomset secara terintegrasi

yang memiliki kemampuan untuk diintegrasikan

dengan Battlefield Management System (BMS).

u) Sumber tenaga dari Ranpur tidak membutuhkan catu

daya yang besar.

v) Memiliki sistem komunikasi dengan kemampuan anti

jamming dan frekuensi hopping.

w) Radio Ranpur mudah pelayanan (operasional) dan

mudah perawatan serta dapat diperbaiki di dalam

negeri.

x) Memilki helmet yang kuat dan nyaman bagi awak

Ranpur (pengemudi, penembak dan Danran) yang

dapat terintegrasi dengan alat komunikasi dan alat

optronik penglihatan malam.

y) Memiliki antena Radio yang fleksibel dan tidak

mudah patah.

z) Terpasang pada chasis (mounting tray) dengan

pelindung yang tahan dan aman terhadap

goncangan, getaran dan benturan.

aa) Memiliki koneksi GPS untuk navigasi.

103

bb) Dilengkapi dengan peralatan Battlefield Management

System (BMS) yang mampu menayangkan situasi

pertempuran serta menayangkan informasi secara

Text dan Grafik taktis.

Sistem alat komunikasi (Radio Ranpur).

• Memiliki kemampuan Carima jarak jauh.

• Menggunakan Radio Ranpur HF/SSB type AM dan

VHF type FM serta Interkomset secara terintegrasi

yang memiliki kemampuan untuk diintegrasikan

dengan Battlefield Management System (BMS).

• Memiliki sistem komunikasi dengan kemampuan anti

jamming dan frekuensi hopping.

• Memilki helmet yang kuat dan nyaman bagi awak

Ranpur (pengemudi, penembak dan Danran) yang

dapat terintegrasi dengan alat komunikasi dan alat

optronik penglihatan malam.

• Memiliki antena Radio yang fleksibel dan tidak

mudah patah.

• Terpasang pada chasis (mounting tray) dengan

pelindung yang tahan dan aman terhadap

goncangan, getaran dan benturan.

• Memiliki koneksi GPS untuk navigasi.

• Dilengkapi dengan peralatan Battlefield Management

System (BMS) yang mampu menayangkan situasi

pertempuran serta menayangkan informasi secara

Text dan Grafik taktis.

104

Standar Ranpur Kanon

1. Fungsi : Ranpur Tank/Panser Kanon difungsikan

untuk menghancurkan Ranpur musuh (Tank, Panser)

dan melakukan tugas penindasan dan penghancuran

sasaran musuh lainnya (Bungker/Perkubuan, Rantis,

dan sasaran kelompok) dengan kepadatan tembakan

senjata Kanon kaliber besar (120 mm / 125 mm) atau

senjata Kanon kaliber sedang (90 mm / 100 mm /105

mm) serta senjata coaxial dan senjata PSU.

2. Persyaratan Operasional (Opsreq/DRO)

• Umum : Ranpur Kanon selain memiliki daya

gempur tembakan senjata Kanon yang dasyat,

mobilitas/ kelincahan gerak yang tinggi dan alat

komunikasi yang luas dan kenyal, juga harus

dilengkapi dengan aplikasi teknologi terkini

pada sistem obsevasi/peninjauan, sistem

navigasi dan sistem Kodal yang canggih.

106

PERTEMUAN 10

Sistem Engine dan Transmisi

10.1 Pendahuluan


a. Gear Ratios

b. Transmissions Systems - Auto



mampu memahami Gear Ratios, Transmissions Systems -

Auto







sistem penilaian






10.5.1 Gear Ratios

107

In the transmission diagram different size gear ratios join

together to enable the road wheels to turn at a wide variety of

speeds within the engine limits.

In the picture to the right, suppose the smaller gear has 13

teeth. The second, larger gear has 26 teeth.

The gear ratio is therefore 13/26 or 1/2 (written as a ratio of

1:2) For every revolution of the smallest gear the largest gear

has turned much slower – only ½ a revolution

Typical Example

108

The gear selector is used to change gear ratios Warning! -

Because low gears have more power but not much speed it

is easy to lose traction

In easy terms – you can accelerate quickly in a low gear but

you can‘t attain a high speed, You can reach a high speed in

a high gear but you can‘t accelerate as quickly

10.5.2 Transmission Systems

There are many different types of gearbox and gear

selectors

– In general most buses and many coaches have some

form of automatic gears

– Often, this modern type of transmission senses and

selects the appropriate gear according to road speed

and the load on the engine

– The driver is usually able to override the system by

use of the gear selector or ‗kickdown‘

- By depressing the accelerator fully down this

provides for quicker acceleration and:

- It may also result in the vehicle automatically

changing down to a lower gear

109

- The engine may rev higher than normal before

changing gear

Selecting drive

- Application of the footbrake before selecting drive is a

very important safety feature for any automatic

transmission

- It ensures foot placement is correct before releasing the

handbrake

- Some transmissions will not allow drive to be selected

unless the footbrake is applied and the handbrake is on

Using the handbrake

- Fully applying the handbrake whenever you are

stationary is important on an automatic vehicle

- Automatic vehicles may move forwards or backwards in

gear with the handbrake off – this is called ‗creeping‘

- Secure the vehicle and select NEUTRAL when stationary

for a long period to avoid danger and damage. Never

leave the vehicle in gear with the engine running.

Manual selection

- This gives the same flexibility as a manual gearbox

- It is especially useful for uphill or downhill gradients

- It also allows you to hold the vehicle in the same gear

- On downhill gradients selecting a low gear will assist

braking, especially if the vehicle has a retarder fitted.

Driving safely

- You should know how to change gear

- When to select gears

- Which gear to select

- Some coaches have high and low ratio transmissions

which can total up to 16 different gears!

110

How to change gear

- Consult the vehicle manufacturers handbook

- Seek advice from a qualified trainer

- There are many different types of gearbox that will

require further training

When to change gear

- Steep downhill gradients may require the selection of a

lower gear. This will increase engine speed but reduce

the vehicle speed

- Modern buses and coaches have a braking retarder.

Efficiency may be improved when the engine speed is

increased

- The engine braking effect and retarder will avoid

excessive use and overheating of the service brake

Which gear to select

- Select the correct gear(s) to combine safety,

performance and economy

- Avoid maximum acceleration through the gears where

possible. This may compromise safety, comfort and

cause excessive wear of mechanical components

- Reduce speed safely before selecting lower gears

Which gear to select

- Change gear in good time before a hazard or junction

- Choose the most appropriate gear for your speed and

the road conditions

- Avoid holding on to the gear lever unnecessarily

- Avoid ‗coasting‘ with the clutch pedal depressed or the

gear lever in neutral. It is illegal

111

PERTEMUAN 11

Power Engine Technology

11.1 Pendahuluan


a. Ruang Bakar

b. Motor Listrik

c. Mobil Hybird



mampu memahami Ruang Bakar, Motor Listrik, Mobil Hybird



mampu menjelaskan Ruang Bakar, Motor Listrik, Mobil

Hybird



sistem penilaian






11.5.1 Ruang Bakar

Berfungsi Sebagai Tempat Pembakaran Campuran Bahan

Bakar Dengan Udara Yang Telah Di Kompresikan Oleh

Torak Didalam Silinder dan ruang bakar terhubung

langsung ke katup masuk dan katup buang, juga tempat

pemasangan busi.

112

Bentuk Ruang Bakar Pada Motor Bensin Adalah Sebagai

Berikut :

• Ruang Bakar Model Setengah Bulat (Hemispherical

Combustion Chamber )

• Ruang Bakar Model Baji (Wedge Type Combustion

Chamber )

• Ruang Bakar Model Bak Mandi (Bath Up Type


• Ruang Bakar Model Pent Roof

Bentuk Ruang Bakar

1. Ruang bakar model setengah bulat (Hemispherical


• Ruang bakar model ini mempunyai kelebihan

dibandingkan model lain.

• Model ini mempunyai permukaan yang lebih kecil

apabila di bandingkan dengan model lain yang sama

kapasitasnya. Hal ini menguntungkan karena panas

yang hilang atau efisiens panas yang dihasilkan lebih

besar.

• Efisiensi pemasukan dan pemasukan akan lebih

tinggi. Dalam segi konstruksi model ini lebih

sempurna, tapi penempatan mekanisme katubnya

lebih rumit.

113

2. Ruang bakar model baji ( Wedge Type Combustion

Chamber)

• Ruang bakar model ini adalah salah satu model yang

popular karena kehilangan panasnya lebih kecil.

Mekanisme katup yang akan ditempatkan dapat

dibuat dengan konstruksi yang lebih sederhana di

banding dengan model setengah bulat.

• Model ruang bakar yang satu ini juga memiliki

efisiensi panas yang baik, selain itu juga mempunyai

kontruksi mekanisme katup yang lebih sederhana

lagi bila dibandingkan dengan ruang bakar setengah

bulat

3. uang bakar model bak mandi ( Bath Up Type Combustion

Chamber)

• Model ini konstruksinya lebih sederhana sehingga biaya

produksi nya lebih murah. Diameter katup yang

digunakan lebih kecil. Tetapi proses exhaust dan

intake menjadi kurang dfisien di banding model

setengah bulat.

• Dengan bentuk ruang bakar yang menyerupai bak

mandi, maka nantinya akan terjadi pusaran gas yang

berguna untuk memaksimalkan pembakaran. Sama

dengan ruang bakar yang lain, ruang bakar tipe ini

juga mempunya kerugian. Kerugiannya adalah pada

saat menghisap campuran udara dan bahan bakar,

atau pada saat membuang gas hasil pembakaran

kurang sempurna bila dibandingkan dengan jenis

ruang bakar yang lainnya

114

4. Ruang bakar model pent roof

Model ini pada umuumnya digunakan pada mesin yang

jumlah katupnya lebih dari 2 untuk setiap silinder. Model

ini akan memberikan efek semburan yang lebih baik

sehingga proses pembakaran akan lebih cepat dan

penempatan busi berada di tengah ruang bakar.

Macam-Macam Ruang Bakar Pada Mesin Diesel

• Ruang bakar pada mesin diesel adalah merupakan

bagian yang penting untuk menentukan kemampuan

daripada mesin diesel itu sendiri.

• Pada saat ini telah dikembangkan berbagai macam

konfigurasi ruang bakar (Combustion Chamber) mesin

diesel untuk menjamin bahan bakar yang disemprotkan

http://2.bp.blogspot.com/-rwjnY9Ze4AM/Vk8v2dMKAEI/AAAAAAAAATQ/izv2Mj8AUBA/s1600/ruang-bakar-model-pent-roof.jpg

http://2.bp.blogspot.com/-rwjnY9Ze4AM/Vk8v2dMKAEI/AAAAAAAAATQ/izv2Mj8AUBA/s1600/ruang-bakar-model-pent-roof.jpg

115

ke dalamnya dapat mengurai, mengabut, dan

bercampur rata dengan udara

• Cara yang digunakan disini meliputi pembentukan

saluran masuk pada kepala silinder sedemikian rupa

sehingga udara berputar di dalam silinder, atau dengan

jalan menambahkan ruang bakar tambahan (Auxilary

Combustion Chamber) yang dapat mempercepat

ekspansi gas pada tahap pembakaran awal untuk

meningkatkan efisiensi pembakaran mesin diesel.

Macam-Macam Ruang Bakar Pada Mesin Diesel

Penyebab Ruang Bakar Mesin Berkerak

Ada beberapa faktor yang memicu ruang bakar mesin

berkerak :

• Kualitas bahan bakar yang tidak baik ataupun tingkat

oktan rendah yang dipakai pada mesin sepeda motor

akan memicu pembakaran timbulnya kerak.

• Banyaknya unsur parafin, sulfur, serta lain-lain yng

kadang ikut masuk ke dalam ruang bakar mesin pun

mampu memicu kerak.

116

Kerak di mesin motor pun mampu penyebabnya yaitu

oleh oli serta debu yng masuk ke ruang bakar.

• Kurangnya perawatan pada filter udara, ataupun Suka

terlambat mengganti oli mesin sesuai ketentuan.

• Disarankan untuk membersihkan ruang bakar mesin

motor secara rutin setiap kali motor sudah menempuh

jarak 10 ribu kilometer.

Prinsip Kerja Motor Listrik

• Motor listrik merupakan sebuah perangkat

elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi

energi mekanik.

• Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya,

memutar impeller pompa, fan atau blower,

menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dan

lain sebagainya.

• Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor

listrik, fan atau kipas angin) dan di industri.

• Motor listrik dalam dunia industri seringkali disebut

dengan istilah ―kuda kerja‖ nya industri sebab

diperkirakan bahwa motor-motor menggunakan

sekitar 70% beban listrik total di Industri.

• Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan

gaya jika kawat yang membawa arus dibengkokkan

menjadi sebuah lingkaran/loop, maka kedua sisi loop,

yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan

mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.

• Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/ torque

untuk memutar kumparan.

• Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya

untuk memberikan tenaga putaran yang lebih

seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh

117

susunan elektromagnetik yang disebut kumparan

medan.

• Dalam memahami sebuah motor, penting untuk

mengerti apa yang dimaksud dengan beban motor

listrik.

11.5.2 Prinsip Kerja Motor Listrik

• Arus listrik dalam medan magnet akan memberikan

gaya jika kawat yang membawa arus dibengkokkan

menjadi sebuah lingkaran/loop, maka kedua sisi loop,

yaitu pada sudut kanan medan magnet, akan

mendapatkan gaya pada arah yang berlawanan.

• Pasangan gaya menghasilkan tenaga putar/ torque

untuk memutar kumparan.

• Motor-motor memiliki beberapa loop pada dinamonya

untuk memberikan tenaga putaran yang lebih

seragam dan medan magnetnya dihasilkan oleh

susunan elektromagnetik yang disebut kumparan

medan.

• Dalam memahami sebuah motor, penting untuk

mengerti apa yang dimaksud dengan beban motor

listrik.

118

Beban mengacu kepada keluaran tenaga putar/

torque sesuai dengan kecepatan yang diperlukan.

Beban umumnya dapat dikategorikan kedalam tiga

kelompok (BEE India, 2004) :

• Beban torque konstan adalah beban dimana

permintaan keluaran energinya bervariasi

dengan kecepatan operasinya namun torque

nya tidak bervariasi. Contoh beban dengan

torque konstan adalah conveyors, rotary kilns,

dan pompa displacement konstan.

• Beban dengan variabel torque adalah beban

dengan torque yang bervariasi dengan

kecepatan operasi. Contoh beban dengan

variabel torque adalah pompa sentrifugal dan

fan (torque bervariasi sebagai kwadrat

kecepatan).

• Beban dengan energi konstan adalah beban

dengan permintaan torque yang berubah dan

berbanding terbalik dengan kecepatan. Contoh

untuk beban dengan daya konstan adalah

peralatan-peralatan mesin.

Jenis - Jenis Motor Listrik

Pada dasarnya motor listrik terbagi menjadi 2 jenis yaitu :

http://zonaelektro.net/motor-listrik/jenis-jenis-motor-listrik/

119

Motor listrik DC

Motor listrik AC

Kemudian dari jenis tersebut digolongkan menjadi beberapa

klasifikasi lagi sesuai dengan karakteristiknya.

11.5.3 Cara Kerja Mobil Hybrid

• Mahalnya harga bahan bakar minyak, membuat produsen

mobil berlomba-lomba membuat mobil yang irit bahan

bakar minyak.

• Tentunya mobil yang irit bahan bakar kemudian

mengurangi performa kendaraan tidak akan disukai oleh

sebagian besar konsumen. Oleh karena itu, pabrikan

mobil membuat teknologi mobil Hybrid atau disebut

dengan nama mobil Hybrida. Dengan tujuan irit konsumsi

bahan bakar minyak tanpa mengurangi performa mobil.

• Kendaraan Hybrid menggunakan penggabungan manfaat

dari mesin bensin dan motor listrik tenaga baterai, untuk

mengurangi konsumsi bahan bakar.

• Mesin bensin menyediakan sebagian besar tenaga

untuk mobil, dan motor listrik memberikan daya tambahan

bila diperlukan, seperti untuk mempercepat kendaraan

dan untuk menyalip.

https://cdn.rentalmobilbali.net/wp-content/uploads/2014/07/Cara-Kerja-Mobil-Hybrid.jpg

120

• Mobil hybrid sebuah mobil yang menggabungkan mesin

menggunakan bahan bakar minyak dan mesin dengan

pengerak motor menggunakan tenaga baterai.

• Beberapa tujuan dari teknologi mobil Hybrid, seperti mobil

irit bahan bakar minyak, peningkatan tenaga mobil dan

daya tambahan untuk penambahan alat yang

menggunakan daya listrik pada mobil, seperti audio.

• Jenis mobil Hybrid saat ini ada dua, Hybrid standar dan

full Hybrid.

121

PERTEMUAN 12

Fuel System and Energy Storage

12.1 Pendahuluan


a. Energy

b. Produksi Minyak Dunia

c. Penyimpanan Energi



mampu memahami Energy, Produksi Minyak Dunia,

Penyimpanan Energi Fosil



mampu menjelaskan Energy, Produksi Minyak Dunia,




sistem penilaian






12.5.1 Energi

Energi - tidak bisa diperbaharui

• Sumber energi yang tidak dapat diperbaharui keluar dari

dalam tanah sebagai cairan, gas dan padatan

122

• Sumber energi yang tidak dapat diperbaharui dapat

dibagi menjadi dua jenis : Bhn bakar fosil dan bahan

bakar nuklir

• Batu bara, minyak mentah dan gas alam adalah

merupakan bahan bakar fosil karena semua itu dibentuk

dari tanaman dan tumbuhan

• yang hidup jutaan tahun lalu

Produksi Minyak Dunia

Hubbert memperkirakan produksi minyak dunia akan mencapai

puncaknya pada tahun 2000 dan perkiraan Deffeyes pada tahun

2005.

123

Indonesia pada tahun 2004 sebagai net importir minyak, sampai

sekarang

12.5.2 Penyimpanan Energi

Energi Baru Terbarukan (Ebt)

Pemerintah telah merencanakan program kebijakan EBT

untuk tahun 2025 sebesar 23%, untuk tahun 2030 sebesar

25% dan untuk tahun 2050 sebesar 31%

Apakah bisa tercapai ? Kendala ?

Energi Terbarukan (Reneable Energy)

Energi-Dapat diperbaharui, Energi yang dapat diperbaharui

adalah energi yang diturunkan dari sumber yang dapat

regenerasi atau secara praktis dikatakan tidak dapat habis

(dunia sdh mengkonsumsi14 % energi terbarukan)

Sumber energi terbarukan yang sering digunakan adalah : air

(Hydropower), Matahari (solar), angin (wind), panas bumi

(geothermal) dan biomassa

124

Masalah energi selalu menarik perhatian banyak orang di seluruh

dunia.

Penyimpanan energi akan menjadi komponen yang semakin

penting dari keseluruhan gambaran pasokan energi di masa

depan.

Teknologi alternatif, seperti sumber tenaga surya dan angin,

dengan produksi energi yang terputus-putus (kondisi angin dan

matahari yang tidak 24 jam), menjadi tantangan untuk

dikembangkan, dengan berbagai cara energi dapat disimpan

untuk penggunaan selanjutnya

125


126

Penyimpanan Energi Pada Kendaraan Bermotor

Penyimpanan dalam Sistem Distribusi Bahan Bakar

o Dalam kasus yang paling sederhana, bahan bakar alam

seperti kayu, batu bara atau minyak mentah dapat disimpan

dalam sistem transportasi, di tumpukan, kapal dan jaringan

pipa. Misalnya, minyak mentah dan beberapa produk

petrokimia yang lebih ringan disimpan di dalam tangki di

depot minyak (kadang-kadang disebut terminal tangki

minyak) di sekitar kilang minyak.

o Lokasi sering berada di dekat pelabuhan kapal tanker laut

atau jaringan pipa. Jenis penyimpanan penyangga

sementara ini umumnya memiliki kapasitas yang relatif kecil,

namun harus dilengkapi dengan metode lain yang dapat

menangani jumlah energi yang jauh lebih besar.

Penyimpanan Berkala

Ketergantungan waktu penggunaan energi seringkali tidak

sesuai dengan varians waktu dari sumber tersebut.

Yang dibutuhkan adalah situasi di mana kombinasi dari

produksi energi dan energi tersimpan saat ini sesuai dengan

127

kebutuhan energi dan daya setiap saat. Ini kadang disebut

"manajemen beban", namun sebenarnya harus disebut

"pengelolaan sumber daya".

Keterbatasan kapasitas sumber energi atau sistem

penyimpanan mahal, dan banyak perhatian diberikan pada

kebutuhan pengguna energi yang paling efektif dan murah.

Penyimpanan Jangka Panjang, atau Musiman

Penyimpanan jangka panjang memerlukan tangki

penyimpan yang lebih banyak di beberapa lokasi (untuk

minyak), untuk batubara bisa ditempat lokasi terdekat

dengan kegiatan

Meskipun ada pengecualian, seperti penyimpanan

musiman umumnya melibatkan instalasi yang sangat

besar, seperti waduk dan bendungan yang

mengumpulkan air terutama selama musim hujan tahun

ini.

Tenaga listrik diproduksi di fasilitas pembangkit listrik

tenaga air dengan cara melewati air melalui turbin besar.

Air yang dikumpulkan di fasilitas tersebut sering

digunakan untuk keperluan pertanian, dan juga untuk

produksi energi.

Penyimpanan Harian dan Mingguan

Sejumlah sumber energi menghasilkan energi pada siklus

harian, terkait dengan karakteristik periodik matahari, pasang

surut gelombang, dan terkadang angin.

Dengan demikian, perlu adanya mekanisme energi ini dapat

tersedia bila diperlukan, dan untuk sementara disimpan bila

tidak dibutuhkan. Tapi energi dari sumber ini juga bisa

berbeda dengan waktu dalam setahun, dan dapat

128

dipengaruhi secara signifikan oleh perubahan cuaca, baik

pada skala waktu yang panjang dan pendek.

Hal ini umum bagi sumber-sumber ini untuk dihubungkan ke

jaringan transmisi listrik yang besar, memberikan energi

untuknya saat mereka beroperasi

Sejumlah sumber energi menghasilkan energi pada siklus harian,

terkait dengan karakteristik periodik matahari, pasang surut, dan

terkadang angin. Dengan demikian, perlu adanya mekanisme

dimana energi ini dapat tersedia bila diperlukan, dan untuk

sementara disimpan bila tidak dibutuhkan. Tapi energi dari sumber

ini juga bisa berbeda dengan waktu dalam setahun, dan dapat

dipengaruhi secara signifikan oleh perubahan cuaca, baik pada

skala waktu yang panjang dan pendek. Hal ini umum bagi sumber-

sumber ini untuk dihubungkan ke jaringan transmisi listrik yang

besar, memberikan energi untuknya saat mereka beroperasi.

Dengan demikian, grid juga berfungs sebagai media penyangga

dan penyimpan Untuk memastikan kendaraan bermotor dapat

dioperasikan selama beberapa jam, diperlukan

tempatpenyimpanan energi.Tangki kendaraan bermotor ini di disain

agar mampu menampung bebrapa liter minyak disesuaikan dengan

powernya serta di disain dengan faktor keamanannya

129

Tangki

Dinding tangki dibuat dengan punggung untuk memberi kekuatan.

Penyekat bagian dalam (internal baffle) dipasang di tangki untuk

mencegah bahan bakar dari olakan (turbulance) dan untuk

meningkatkan kekuatan keseluruhannya. Beberapa tangki dibuat

dengan dinding ganda dengan lapisan karet lateks di antaranya.

Tujuan dinding adalah membuat tangki selfsealing.

130

PERTEMUAN 13

Desain dan Sistem Kendaraan Militer

13.1 Pendahuluan


a. Pengenalan Kendaraan Militer

b. Standar Kendaraan Militer

c. Tahapan Pengembangan



mampu memahami Pengenalan Kendaraan Militer, Standar








sistem penilaian





131


13.5.1 Pengenalan Kendaraan Militer

Kendaraan Militer (Ranmil) adalah kendaraan yang

digunakan untuk melaksanakan tugas pertempuran

langsung maupun tidak langsung dengan dilengkapi

sistem senjata; tugas taktis seperti membawa peralatan

tempur dan logistik, sebagai alat transportasi pasukan,

dan pendukung unit-unit pasukan; maupun tugas

administrasi kemiliteran lainnya.

Metode klasifikasi:

Berdasarkan fungsi/tugas

Berdasarkan daya angkut (pay load)

Berdasarkan kecabangan pengguna

Klasifikasi Berdasarkan Fungs

132

Klasifikasi Berdasarkan Fungsi

133

Standar Kendaraan Militer

Rujukan:

Ketentuan Standar Umum (KSU) TNI AD

Standar Militer Indonesia (SMI) Kemhan

Military Standard

STANAG (Standard Nato Agreement)

Regulasi LLAJR

dll

Faktor Pertimbangan Penentuan Materiil

Faktor Politis. Materiil yang akan dibeli persyaratannya tidak

dikaitkan dengan masalah politik dari kedua negara.

Faktor Ekonomi. Materiil yang akan dibeli memiliki nilai

purna jual yang tinggi dikaitkan dengan kesinambungan

dukungan suku cadang.

Tingkat Teknologi. Materiil yang akan dibeli memiliki

teknologi yang modern/masih memiliki teknologi yang

digunakan oleh negara lain /lebih maju dari peralatan yang

kita miliki.

Kemampuan dukungan industri dalam negeri. Setiap

pengadaan diupayakan menggunakan sebagian produksi

dalam negeri (memiliki nilai kandungan lokal yang tinggi).

Persyaratan Materiil

Mempunyai ketahanan dan keawetan yang tinggi serta

mudah dalam perawatannya.

Suku cadang mudah didapat dan terjamin.

Mudah dalam pelayanan dan pengoperasionalan.

Mempunyai tingkat keamanan yang tinggi terhadap

pengguna dan lingkungan.

Mudah dikemas dan mudah dalam pembawaan.

134

Mempunyai kemampuan tukar alih.

Standar Kendaraan Militer

Sista Ranpur Kavaleri.

(1) Ranpur Intai.

(2) Ranpur Kanon

(3) Ranpur Angkut Personel.

(4) Ranpur Komando.

(5) Ranpur Ambulan.

(6) Ranpur Logistik.

(7) Ranpur Recovery.

(8) Ranpur Jembatan.

(9) Ranpur VIP/VVIP.

13.5.2 Tahapan Pengembangan Ranpur

1. Apa Misi Dan Tugas Ranpur Yang Akan Didesain?

2. Definisikan Dro (Design Requirement Objective) /Opsreq

Dari User

a) Parameter Taktis

b) Parameter Teknis

c) Batasan Kemampuan

d) Regulasi (Llaj, Emisi Dll)

e) Batasan Lingkungan Kerja

f) Batasan Bentuk Fisik / Dimensi

g) Human Factor/Ergonomi

135

h) Metode Pengujian

i) Manajemen Resiko

j) Analisa Biaya Dan Waktu

k) Sistem Maintenance

3. Design

4. Prototype

5. Test & Validation, Kualifikasi/Sertifikasi

Schedule Of Development

Target Performance

136

Work Breakdown Structure

138

Common Rail Fuel Injection

140

Automotive Mobility Test during Military Certification

1. Track bend test

2. On road and off road test

3. Climb ability test

4. Turning/steering ability test

5. Elasticity test

6. Acceleration and deceleration test

7. Brake test (wet – dry)

8. Stability test (drift and axle tramp)

9. Cruising test

10. Low speed test

11. Endurance test 3x24 hours

12. Heat load test

13. Fording test

14. Sand cross test

15. Black out lamp function

Syarat-Syarat Tipe

1. Persyaratan Taktis

Memiliki tenaga gerak (mobilitas) yang besar sehingga

mampu bermanuver di sebagian besar medan Indonesia

dengan baik.

Memiliki Senjata Pokok Kanon, Senjata Koaksial dan Senjata

PSU.

Mampu menembakan berbagai jenis amunisi senjata Kanon

(termasuk munisi jenis APFSDS).

Memilki sudut elevasi minimal +13°dan sudut depresi minimal

-6° serta memiliki sudut kelebaran/putaran kubah (Traverse)

sebesar 360°.

141

Ranpur Kanon sebagai Tank Tempur Utama memiliki sistem

stabiliser Kubah (Turret stabilized system), sistem penguncian

sasaran (Locking target system) dan sistem pemilihan

sasaran otomatis (Hunter killer system).

Kemampuan sistem Senjata secara keseluruhan tidak dibatasi

oleh sudut mati.

Memiliki sistem komunikasi dengan anti jamming dan

frekuensi hopping serta jarak Carima yang jauh.

Memiliki sistem komunikasi, komando dan pengendalian (Kodal)

serta administrasi dan logistik (Minlog) menggunakan sistem

informasi data teks dan Grafik taktis Battlefield Management

System (BMS).

Dapat diangkut dengan Tank Transporter, kapal laut dan

kereta api dan untuk Ranpur Kanon kelas ringan dapat

diangkut oleh pesawat angkut atau Helikopter (Air-

transportable).

Mendapatkan bantuan pengamanan/perlindungan dari Ranpur

atau unsur lainnya.

Memiliki sudut peninjauan periskop yang luas dan sudut

penembakan Senjata 360°, serta dilengkapi dengan alat

optronik penginderaan jarak jauh yang dapat berputar 360°

secara individual.

(Dapat dioperasikan pada siang hari dan malam hari (Night

Vision / Thermal Sight) serta medan yang terkontaminasi

bahaya Nubika (NBC Protection).

Memiliki Shilouette yang relatif rendah dengan tinggi total hull

< 2,50 meter untuk mengurangi peninjauan dan perkenaan

tembakan musuh.

Ranpur beroda rantai (Tank) sebagai Alutsista Satkav dalam

pertempuran di darat dengan kemampuan lintas medan yang

baik dan relatif tidak dibatasi oleh adanya jaring-jaring jalan.

142

Ranpur beroda ban (Panser) sebagai Alutsista Satkav dalam

pertempuran di darat dengan kemampuan lintas medan yang

terbatas dan relatif dibatasi oleh adanya jaring-jaring jalan.

2. Persyaratan Teknis

Menggunakan mesin (Power pack) jenis diesel turbo-intercooler

(minimal memenuhi standar EURO-3). Power to Weight Ratio

(PWR) yang cukup besar yaitu minimal 20 hp/ton.

Menggunakan transmisi semi otomatis atau otomatis

penuh/dilengkapi dengan percepatan darurat manual dengan

percepatan minimal 4 tingkat maju dan 1 tingkat mundur.

Dilengkapi alat kendali penembakan secara manual dan

otomatis, alat penaksir jarak (Laser range finder), balistik

komputer (Computer balistic) dan alat bidik siang/malam hari

(Day/night sight).

Dilengkapi sistem pengisian munisi semi otomatis atau otomatis

penuh secara elektrik (Ammo Auto Loader).

Memiliki daya angkut yang diijinkan (Pay load) untuk Ranpur

kelas Berat minimal 1.500 kg, untuk Ranpur kelas Sedang

minimal 1100 kg dan untuk Ranpur kelas Ringan minimal 400

kg.

Memiliki lindung lapis baja sebagai perlindungan pasif (hull dan

pelindung samping/skirt) dan aplikasi armor protection system

sebagai perlindungan aktif (Explosive reactive armor-ERA) dan

dapat melindungi Ranpur dari ranjau anti tank.

Memiliki alat peninjauan/observasi :

Danran : menggunakan alat optronik penginderaan jarak jauh

yang dapat berputar 360° secara individual yang dapat

143

dioperasionalkan pada siang dan malam hari (thermal

imaginary).

Penembak : menggunakan alat optronik penginderaan jarak

jauh yang dapat berputar 360° yang dapat dioperasionalkan

pada siang dan malam hari (thermal imaginary).

Pengemudi : menggunakan alat optik Periscope yang dapat

dioperasionalkan pada siang dan malam hari (thermal

imaginary) dan/atau sistem optronik danLCD Screen.

Ranpur Roda Rantai (Tank).

Menggunakan rantai (track-link) dengan tipe ―double pin‖

(pasak ganda).

Memiliki track-link yang mudah diperbaiki dan mudah dibongkar

pasang.

Memiliki sepatu rantai (pad shoe) yang mudah diganti secara

terpisah dengan rantai (track-link) dengan usia pakai pad shoe

minimal 2.000 km.

Tekanan jejak ideal < 0,60 kg/cm² dan maksimal < 0,80 kg/cm².

Memiliki sistem suspensi menggunakan Batang Torsi (Torsion

bar) dan/atau Hidrolik (Hydro-pneumatic Suspension

Unit/HSU).

Ranpur Roda Ban (Panser).

Memiliki roda ban yang dapat diperbaiki dan mudah dibongkar

pasang.

Memiliki ban Run Flat (Ban mati di dalamnya) dengan

kemampuan operasional dalam kondisi ban pecah/kempes

dengan waktu tempuh 2 jam atau jarak tempuh sekitar 80 km

(untuk penyelamatan/Escape).

Tekanan udara roda ban dapat disesuaikan / dipompa baik

secara manual maupun secara sistem pompa ban otomatis

(Centralize Tire Inflation System/CTIS).

Memiliki suspensi dengan sistem independen (Independent

Suspension) yang nyaman, aman dan handal serta mudah

dalam perawatan dan memiliki kemampuan untuk mengatur

144

ketinggian setiap ban, sehingga dapat mendukung kelincahan,

manuver, mobilitas dan stabilitas.

Sistem rem menggunakan hydrolik pneumatik dan dilengkapi

dengan rem mesin dan rem parkir (dan Retarder) Sumber listrik

menggunakan baterai dan alternator 24 volt dan generator listrik

independen (Auxiliary Power Unit) Memiliki bebas dasar (Ground

Clearance) minimal 40 cm dari atas permukaan tanah, Mampu

melintasi sudut tanjakan 60 % (31°) dan melintasi sudut miring 30

% (17°), Mampu melintasi rintangan tegak minimal 50 cm untuk

Ranpur Panser dan100 cm untuk Ranpur Tank. Kemampuan

melangkah parit lebar minimal 0,50 meter untuk Ranpur Panser

dan minimal 1,5 m untuk Ranpur Tank, Memiliki kecepatan aman

sampai dengan 60 km/jam (Kecepatan diatas 60 km/jam hanya

untuk Escape atau keadaan darurat) Tingkat kebisingan mesin <80

Decibel, Memilki tingkap untuk keluar masuk dan pintu darurat.

Memiliki lampu tempur dan lampu blackout, Kemampuan

mengarung (Fording) atau berenang (amphibious) :

Ranpur tipe kelas berat mampu mengarung kedalaman minimal

1,5 meter (tanpa persiapan) dan minimal 2 meter (dengan

persiapan).

Ranpur tipe kelas sedang mampu mengarung kedalaman 1,2

meter (tanpa persiapan) dan minimal 2 meter (dengan

persiapan) dan/atau berenang.

Ranpur tipe kelas ringan mampu mengarung kedalaman 1

meter (tanpa persiapan) dan/atau berenang.

Memiliki sistem kemudi (gandar/steering).Sistem kemudi Steering

menggunakan power steering dan sistem kemudi gandar

menggunakan sistem hidrolik yang dibantu dengan sistem angin.

Memiliki sarana pemeliharaan dan pemulihan (recovery) berupa

anting penarik di depan dan dibelakang, winch (motor kabel

penarik), peralatan toolkit dan kabel pancing.

Memiliki sistem pemadam api (kebakaran) untuk ruang mesin dan

ruang awak Ranpur dengan sistem otomatis (Automatic fire

145

extinguisher) dengan penjejak sensor panas dan tabung pemadam

api portable untuk pegoperasian secara manual, memiliki senjata

lebih dari satu selain senjata pokok (Senjata utama, senjata

koaksial dan senjata PSU), memiliki sistem pengamanan putaran

kopula dengan sudut kelebaran (Traverse) 360°.Pengisian munisi

secara manual atau otomatis (Auto Loader). Memilki tabung

pelontar granat asap pada sisi kanan dan sisi kiri dari Ranpur.

Memilki kotak penyimpanan amunisi dan dudukan amunisi yang

aman dan kokoh.

Peralatan tambahan dan peralatan optik yang bersifat optional

untuk dapat mewujudkan Ranpur Kavaleri TNI AD sebagai Ranpur

yang modern antara lain :

Alat penaksir jarak (Laser Range finder).

Alat stabilisator kubah (Gyro stabilizer).

Alat bantu penglihatan malam hari (Night Vision / Thermal

Sight device).

Sistem pengendali penembakan otomatis (Automatic Firing

Control System).

Alat penentu kedudukan (Global Positioning Sistem).

Alat pendeteksi panas (Thermal Device).

Sistem pengendali kontaminasi NUBIKA (anti NBC).

Armor Protection System dengan menggunakan Lapisan

baja reaktif / dan atau cat khusus menggunakan anti infra

merah / penyerap gelombang radar atau Composite Armor

dan Ceramics.

146

PERTEMUAN 14

Power Taransmission Systems

14.1 Pendahuluan


d. The Cluth

e. The Transmission

f. The Differential



mampu memahami The Cluth, The Transmission, The

Differential



mampu menjelaskan The Cluth, The Transmission, The

Differential


f. Dosen menjelaskan silabus kuliah, aturan kuliah, dan

sistem penilaian

g. Dosen menjelaskan materi kuliah

h. Diskusi dan tanya jawab dengan mahasiswa

i. Pembagian kelompok

j. Evaluasi pencapaian belajar


14.5. 1 The clutch

Clutch is basically a system that many systems use, to

connect and disconnect one (sub-)system that produce

torque to other (sub-)system that will use that torque to

produce work;

147

The first sub-system could be, for instance, an engine,

and the second one a transmission (as in a car)

Multiplies or desmultiplies the torque

There are lots of other systems that use clutches like

drills, chain saws, some yo-yos…;

This might not be just mechanicals, can be electrical

too.

In automotive-systems we need a clutch because they

have a engine that spins all the time (when it is on), but

the car are not always in movement. When we need our

car start there movement, when we need to push a

more height that the usually (in manual transmission),

when we need to stop the car… just with motor,

gearbox and differential there were not possible.

Besides this the clutch provides a smooth start of the

car.

To do this we need a connection (on/off) between the

motor and the gearbox.

Operation method of a clutch:

148

The on and off of clutch is done by a pedal that is

present under the instrumental panel.

When the pedal is not pressed it means that the clutch

is engaged; when we press the pedal the clutch is not

connected, that means that the motor are disengaged

of gearbox.

The clutch has two fixed elements to the motor and

other connected to the transmission. When the pedal is

totally down, the engine could work even with one

speed engaged that the car will not has traction.

The clutch allows us to engage a spinning engine to a

non-spinning transmission by controlling the slippage

between them. It works because of the friction between

clutch plate (that is the output of the system) and a

flywheel (that is the input of the system). The friction is

possible because the plate of clutch is done by brake

pads there are connected to the engine, and the clutch

plate connects to the transmission; when we press the

clutch pedal, a cable or hydraulic piston pushes on the

release fork, which presses the throw-out bearing

against the middle of the diaphragm spring.

149

As the middle of the diaphragm spring is pushed in, a

series of pins near the outside of the spring cause the

spring to pull the pressure plate away from the clutch

disc. This releases the clutch from the spinning engine.

then the engine is locked to the transmission input

shaft, causing them to spin at the same speed.

This kind of transmission does the work of two clutch‘s,

like the name says.

When one clutch is working, the other is waiting and

when the first disengages the second engages. This is

useful for high performances, because the time

between up shifts or down shifts is insignificant.

It works like 2 gearboxes in 1, because we have one

clutch connected to the odd gears and to the reverse

gear, and other connected to the even gears by 2 axles;

one of them spins internally and other externally.

This clutch consisting in a wet multi-plate clutch there is

one that baths components in a fluid to reduce friction

and limits the production of heat.

150

Wet multi-plate clutches use hydraulic pressure to drive

the gears. The fluid does its work inside the clutch

piston. When the clutch is engaged, hydraulic pressure

inside the piston forces a set of coil springs part, which

pushes a series of stacked clutch plates and friction

discs against a fixed pressure plate. The friction discs

have internal teeth that are sized and shaped to mesh

with spines on the clutch drum. In turn, the drum is

connected to the gear-set that will receive the transfer

force.

14.5.2 The Transmissions

Cars need a transmission (gearbox) because the

engines binary itself isn‘t capable of create different

relations of velocity and binary. The engine has a

151

rotation limit (redline) that cannot be passed for the

good of the engine.

So, we need to create a way of using the available

rotation of the engine, creating different relationships

between engine and the wheels.

There are 4 big types of transmissions:

Manual Gear box

Dual-clutch transmission (DCT)

Continuous Variable transmission (CVT)

Automatic transmission

Manual transmission in cars is usually controlled by an

―H‖ pattern lever. This has this name because it has H

architecture, I mean the gear lever works like an H, how

we explain in the following diagrams:

152

This looks with the actual 5 gear-boxes, it works with

the same principle as next diagram:

The green shaft comes from the engine through the

clutch; The red shaft and gears are called the

layshaft. These are also connected as a single piece,

so all of the gears on the layshaft and the layshaft itself

spin as one unit. The green shaft and the red shaft are

directly connected through their meshed gears so that if

the green shaft is spinning, so is the red shaft. In this

way, the layshaft receives its power directly from the

engine whenever the clutch is engaged.

153

The yellow shaft connects directly to the drive shaft

through the differential to the drive wheels of the car. If

the wheels are spinning, the yellow shaft is spinning

too.

The blue gears ride on bearings, so they spin on the

yellow shaft. If the engine is off but the car is coasting,

the yellow shaft can turn inside the blue gears while the

blue gears and the layshaft are motionless.

The purpose of the collar is to connect one of the two

blue gears to the yellow drive shaft. The collar is

connected, through the spines, directly to the yellow

shaft and spins with the yellow shaft. However, the

collar can slide left or right along the yellow shaft to

engage either of the blue gears. Teeth on the collar,

called dog teeth, fit into holes on the sides of the blue

gears to engage them.

To we engage the 1st gear, we move the lever like in

the last image, and the gear selected, fork will engage

the collar in the 1st spur gear (blue);

To we engage the 2nd gear, we move the lever like in

the last image, and the gear selected fork will engage

the collar in the 2nd spur gear (blue). And the same

principle applies to the other gears. When the collar

engages in the any spur gear, there will be a transfer of

rotation between spur and differential, and now we

have rotation in wells. The reverse gear works like the

others, but has one more spur that promotes the

rotation in the reverse way that the others gears. The

154

next video animation shows who manual gearbox

works.

Manual transmissions in modern passenger cars use

synchronizers to eliminate the need for double-

clutching. A synchro's purpose is to allow the collar and

the gear to make frictional contact before the dog teeth

make contact. This lets the collar and the gear

synchronizer their speeds before the teeth need to

engage, like this:

This type of transmission is used in races since 1985 used

for audi and Porsche. This kind of transmission gave to

both victories in some Championships.

The main advantage of this transmission is her capability to

work sequentially with 2 clutches. One of them is connected

to the odd gears and to the reverse gear, and other

connected to the even gears.

This fact enable the vehicle of have the possibility to

change gears very quickly, promotes lowers consumptions

and a longer live than the other transmissions.

155

The synchronizers of this gearboxes are done with a more

abrasive material of friction to get very lower

synchronization times and to allow down shifts like 6th to

2nd. In other car this isn‘t possible.

Automatic transmission was invented in order to transfer

the need of shifting gears from the driver to the car,

allowing an easy and more fluid driving experience to all

passengers, as well as the same objective of all the other

types of transmission: convert the narrow range of engine

speeds into a wide range to the output.

Therefore, if the car would need to shift gear it should be

able to press the clutch pedal autonomously first. Well,

that‘s not like that...

Automatic transmission cars doesn‘t have clutch at all.

156

However, if in a manual transmission system there is a

need to use a clutch in order to keep the engine running

while the wheels are stopped, in automatic transmission

there is the same need, thus, another device was created to

act the same way, but now automatically.

Torque Converter is the device that will do that job and its

operation method is based on fluid movement.

Next we‘ll see how it works

This device has three major parts:

Turbine

Stator

Pump

Turbine is directly connected to the engine flywheel, so it

spins at the same speed. The stator is the middle part that

157

will redirect the fluid from the turbine to the pump, forcing

this one to rotate nearly at the same speed as the turbine

that will transmit the movement forward as it‘s directly

connected to the transmission. In low engine rpm‘s the

force of the fluid is so low that almost no rotation will be

generated in the pump.

Turbine is directly connected to the engine flywheel, so it

spins at the same speed. The stator is the middle part that

will redirect the fluid from the turbine to the pump, forcing

this one to rotate nearly at the same speed as the turbine

that will transmit the movement forward as it‘s directly

connected to the transmission. In low engine rpm‘s the

force of the fluid is so low that almost no rotation will be

generated in the pump.

Unlike manual transmissions, an automatic transmission

only works with one set of gears that produces all of the

different gear ratios. This set of gears is called Planetary

Gearset and consists in the ring gear, planet gears and sun

gear. Combining witch of these parts will stay stationary, act

as input and output, it‘s possible to produce all the gear

ratios available in the car. It has some clutches to hold

desired parts stationary and can be also seen in electric

screwdrivers

158

However, in cars it‘s used a Compound Planetary Gearset.

This has an extra sun gear with a different diameter

allowing to create more gear ratios than with one.

Although, that‘s not everything an automatic transmission

needs to do its job. It‘s necessary some kind of intelligence

in order to respond correctly to driver orders. For instance,

if he accelerates gently, shifts will occur at lower speeds

than if he accelerates at full throttle; if he pushes the gas

pedal all the way down, the transmission will downshift to

the next lower gear; etc…

This is actually the brain of the automatic transmission,

managing all of these functions and more. The

passageways route the fluid to all the different components

in the transmission. Passageways molded into the metal

are an efficient way to route the fluid; without them, many

159

hoses would be needed to connect the various parts of the

transmission.

The governor is a clever valve that tells the transmission

how fast the car is going. It is connected to the output shaft,

so the faster the car moves, the faster the governor spins.

Inside the governor is a spring-loaded valve that opens in

proportion to how fast the governor is spinning. The faster

the car goes, the more the governor valve opens and the

higher the pressure of the fluid it lets through.

Unlike other transmission systems, Continuous Variable

Transmission is a type of transmission witch can generate

infinite gear ratios without any kind of gears, instead of that

it uses a pair of pulleys capable of changes its diameter,

thus, changing gear ratio and allowing an infinite variability

between highest and lowest gears without discrete steps or

shifts while it doesn't have to lock toothed wheels.

160

It was conceptualized by Leonardo DaVinci in 1490 but

since then it has been modified in order to improve some

relevant questions including material witch the belt is made.

Pulleys are made of two 20-degree cones facing each other

varying its distance, where a belt adjusts its position

generating a continuous gear ratio. Is preferred this belt is

made from rubber and is V-shaped allowing to increase

frictional grip.

The belt is an essential component of the CVT transmission

system as it holds all the torque transferred by the engine to

the wheels. Now-a-days it‘s made of nine to twelve bands

of steel combined with steel pieces making this a very

strong although flexible belt.

161

There are, however, some types of CVT transmission

systems. A Toroidal CVT works in the same principle of

standard CTV but don‘t uses diameter-variable-cones and a

belt to change gear ratios, instead of that it connects the

input and output shafts through a adjustable surface. On

the left a simple toroidal CVT, on the right the NuVinci

bicycle CVT.

14.5.3 The Differential

Differential was invented to solve a problem: allow each

driven wheel to travel at different speed at the same time the

power is applied to them, this especially happens when

making a turn.

As you can see in figures above, when a car does a turn,

inner wheels travel a different distance from outer wheels,

forcing each ones to spin at different speeds. Since speed is

162

equal to distance divided by the time, inner wheels will spin

slower then outside wheels.

\

Non-driven wheels are physically disconnected, so they spin

independently. But not the driven wheels. Those must be

linked together in order to a single engine and transmission

can spin both ones.

The differential is the device that solves this paradox.

If differential doesn‘t exist it would be very hard to make a

turn as one of the wheels tend to slip, and with modern tires

and concrete roads that force will overstrain all the axle. It‘s

the last stage of the power before it hits the wheels and it‘s

inside a housing filled with differential fluid allowing to gears

spin easier. So, as we already saw, it‘s jobs are:

To aim the engine power at the wheels;

To act as final gear reduction, slowing the rotational speed of

the transmission one last time;

163

To transmit the power to the wheels while allowing them to

rotate at different speeds (the reason it earned the differential

name).

Its location varies according to the type of traction the car is.

In a 2WD front-wheel-drive car, differential its located in the

front axle; in a 2WD rear-wheel-drive car its located in the

rear axle (on the right).

There are, although, other types of car traction like all-wheel-

drive (AWD) and full-time four-wheel-drive car (full-time

4WD) that need an extra differential isolating front and rear

axis (on the left).

164

Notice, however, that part-time 4WD cars (the ones that

allow switching between 2WD and 4WD) don´t have a

differential between front and rear axis, that‘s the reason they

are hard to turn on concrete.

When in 4WD both axis are locked together in the transfer

case (on the right) so they have to spin at the same average

speed. That‘s the same situation of two wheels in an axle if it

wasn‘t used a simple differential between them.

165

The open differential is the one we have been presenting, a

differential with standard features, found in most cars.

Clutch-type limited slip differential is a differential that are

equipped with a clutch allowing to connect or disconnect both

axles in some situations.

166

The viscous coupling differential works without any kind of

physical connection between both axles actuating the input one

on a viscous fluid dragging the output, allowing differences in

speed.

Locking/Torsen differential is very useful for serious off-road

vehicles. That‘s because it allows to lock both axles whenever

driver wants. On the left a locking differential, on the right a

open and a Torsen one.

167

PERTEMUAN 15

STUDI KASUS

168

PERTEMUAN 16 UAS

penyadur : sovian aritonang editor : ridho illahi putra

Documents