simulasi numerik pengaruh penggunaan rear spoiler model single airfoil dengan variasi camber...

Simulasi Numerik Pengaruh Penggunaan Rear Spoiler Pada Mobil Honda Civic Generasi Kedelapan

SIMULASI NUMERIK PENGARUH PENGGUNAAN REAR SPOILER MODEL SINGLE AIRFOIL DENGAN VARIASI CAMBER TERHADAP GAYA AERODINAMIKA PADA MOBIL

HONDA CIVIC GENERASI KEDELAPAN

Ilham Abdulloh HakamS1 Pendidikan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya

e-mail: [email protected]

A Grummy WailanduwJurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Surabaya

e-mail: [email protected]

AbstrakDesain body kendaraan selain memberikan nilai estetika pada kendaraan, juga memberikan sebuah efek yang lebih penting bila dilihat dari aspek aerodinamika kendaraan. Desain body kendaraan akan berpengaruh terhadap timbulnya gaya aerodinamika pada kendaraan. Semakin tinggi gaya negatif lift atau downforce akan memberikan gaya dorong kebawah terhadap kendaraan sehingga kestabilan kendaraan akan meningkat. Salah satu cara untuk meningkatkan downforce adalah dengan mengaplikasikan rear spoiler pada kendaraan. Dalam penelitian ini, digunakan rear spoiler tipe inverted airfoil pada sebuah model kendaraan sedan Honda Civic Generasi Kedelapan untuk memberikan downforce pada kendaraan. Rear spoiler dipasang pada ketinggian 0,4 chord dan pada angle of attack sebesar 15º. Chord adalah panjang airfoil dari leading edge hingga trailing edge. Sedangkan angle of attack adalah sudut kedatangan airfoil diukur dari garis chord. Pada airfoil diberikan variasi camber dengan besar 4% chord atau NACA 4415, 6% chord atau NACA 6415, dan 8% chord atau NACA 8415. Panjang chord pada airfoil adalah 300 mm. Metode penelitian yang digunakan adalah simulasi numerik dengan menggunakan ANSYS FLUENT 14.5. Dalam simulasi ini, digunakan model mesh tetrahidral atau segitiga, dengan model turbulen k-ε realizable dengan variasi Reynolds Number 1.2 x 106, 2.4 x 106, dan 3.6 x 106. Data dianalisa dengan menggunakan pendekatan 2D antara lain koefisien lift (CL), koefisien drag (CD), pressure contour, velocity contour, velocity streamlines dan flow separation. Dari hasil simulasi didapatkan bahwa rear spoiler memiliki kemampuan untuk meningkatkan downforce, namun dengan konsekuensi peningkatan gaya drag pada kendaraan.

Dengan mempertimbangkan efisiensi gaya aerodinamika kendaraan, dimana downforce meningkat namun dengan peningkatan gaya drag minimal, variasi airfoil NACA 6415 dipilih sebagai variasi terbaik dengan CL -0.3296 dan dengan peningkatan CD terendah sebesar 10.4% dengan CD 0.3193.Kata Kunci: CFD, Rear Spoiler, Airfoil, Camber, Gaya Aerodinamika.

AbstractVehicle body design besides providing an aesthetic value on the vehicle, also giving more important effect from vehicle aerodynamics perspective. Vehicle body design will affect to aerodynamic forces on vehicle. The higher the negative lift force or so called downforce will give a downwards thrust over vehicle, then the vehicle stability will be increased. One way of improving downforce is to apply the rear spoiler on vehicle. In this research, an inverted airfoil type of rear spoiler used on a Honda Civic Eighth Generations model to provide downforce over vehicle. Rear spoiler mounted at 0.4 chord of height and 150 of angle of attack. Chord is the length of the airfoil from the leading edge to trailing edge. While angle of attack is the angle between oncoming air and it’s chord line. Camber in the airfoil varied between 4% chord or NACA 4415, 6% chord or NACA 6415, and 8% chord or NACA 8415. The chord length of the airfoil is 300mm. Research methods in this research is numerical simulation using ANSYS FLUENT 14.5. In this simulation, tetrahidral mesh model and k-ε realizable turbulence model were used with Reynold Number variation of 1.2 x 106, 2.4 x 106, and 3.6 x 106. Data of lift coefficient (CL), drag coefficient (CD), pressure contour, velocity contour, velocity streamlines and separation point will be analyzed with 2D approach. From the simulation result were obtained that rear spoiler has an ability to increase the downforce, but with a consequence in the increasing of drag force. Considering the aerodynamic efficiency over vehicle, where the downforce highly increased with minimum increased of the drag, NACA 6415 chosen as the best variation with CL of -0.3296 and the lowest increase in CD for 10.4% at 0.3193.Keywords: CFD, Rear Spoiler, Airfoil, Camber, Aerodynamic Force

1

JTM. Volume 4 Nomer 1 Tahun 2015, 1-10

PENDAHULUANFaktor keselamatan berkendara selalu menjadi prioritas utama dalam mendesain kendaraan. Kendaraan yang melaju dengan kecepatan tinggi membutuhkan gaya dorongan kebawah (downforce) untuk mempertahankan kendaraan supaya tetap berada pada lintasannya, baik pada saat melaju di jalan lurus maupun pada saat berbelok dengan kecepatan tinggi. Sehingga kestabilan dan keselamatan berkendara dapat ditingkatkan.

Dalam mendesain kendaraan, selain harus memperhatikan nilai estetika dari sebuah kendaraan, namun juga harus memperhatikan aspek-aspek aerodinamika seperti diatas. Pada bodi kendaraan, diharapkan memiliki gaya tekan ke bawah dan memiliki hambatan terhadap udara sekecil mungkin sehingga dapat meningkatkan kestabilan kendaraan, memaksimalkan tenaga yang dihasilkan mesin dan meningkatkan efisiensi penggunaan bahan bakar.

Dalam melakukan analisa terhadap aerodinamika pada kendaraan, dapat digunakan dengan beberapa metode seperti metode eksperimen dan simulasi. Metode eksperimen dapat dilakukan dengan menggunakan wind tunnel untuk meneliti sebuah model kendaraan dengan skala tertentu. Sedangkan metode simulasi dilakukan dengan menggunakan bantuan software Computational Fluid Dynamics (CFD) untuk menganalisa fenomena aerodinamika di sekitar kendaraan.

Menurut Hucho (1993), drag force berkontribusi hingga 50% dari total konsumsi bahan bakar kendaraan pada kecepatan tinggi. Mereduksi drag force memberikan sebuah solusi untuk meningkatkan efisiensi pemakaian bahan bakar pada kendaraan. Hal itu dapat terjadi karena dengan mereduksi drag force dari sebuah kendaraan, akan mengurangi hambatan yang didapat pada saat kendaraan berjalan dengan kecepatan tinggi. Dengan berkurangnya hambatan tersebut, maka beban dari kendaraan juga akan berkurang sehingga konsumsi bahan bakar dapat berkurang.

Penelitian yang dilakukan oleh Mohd. Nizam Sudin (2014) tentang metode untuk mereduksi gaya drag menyebutkan bahwa terdapat beberapa cara untuk menurunkan gaya drag, baik menggunakan active flow control seperti air jet, steady blowing, dan suction, maupun menggunakan passive flow control seperti vortex generator, rear spoiler, front spoiler, air dam, diffuser, dan base cavity (body streamline).

Penelitian yang dilakukan oleh Chainani (2008) mengindikasikan bahwa 40% dari total drag force yang dihasilkan terkonsentrasi pada geometri bagian belakang kendaraan, seperti trailing edge dari kaca bagian belakang, bagian belakang body, dan beberapa peralatan

tambahan seperti rear spoiler dan rear diffuser berpengaruh besar terhadap pembentukan flow separation.

Untuk memodifikasi geometri belakang kendaraan tanpa mengubah bentuk asli dari body kendaraan tersebut, salah satu caranya adalah dengan mengaplikasikan rear spoiler. Penelitian yang dilakukan oleh Xu-Xia Hu dan Eric T.T. Wong (2011) tentang simulasi numerik pada penggunaan rear spoiler dengan variasi ketinggian dan posisi pemasangan rear spoiler, menyebutkan bahwa penurunan drag force secara optimal terjadi pada ketinggian 0,4c (0,4 chord) dan posisi pemasangan pada posisi ke-2 (160 mm dari trailing edge kaca belakang).

Penelitian oleh Rahhman (tanpa tahun) menggunakan metode simulasi numerik tentang rear spoiler tipe multi elemen airfoil dengan variasi angle of attack menyimpulkan pada sudut 15o didapatkan koefisien gaya lift terendah sebesar -3,88 dan koefisien gaya drag sebesar 0,27. Semakin besar angle of attack akan dihasilkan koefisien gaya lift yang semakin menurun, namun gaya drag yang dihasilkan akan semakin besar.

Penelitian oleh Ridhwan (2008) menggunakan metode simulasi numerik tentang aerodinamika dari aftermarket rear spoiler, dengan variasi model-model rear spoiler yang beredar di pasaran menyebutkan penggunaan spoiler belakang dengan tipe touring wing dapat mereduksi gaya drag dari 718,046 N menjadi 670,066 N pada kecepatan 150 km/jam.

M. A. Mosaad (2012) dalam penelitiannya tentang bentuk camber dari sebuah airfoil menyebutkan bahwa dengan meningkatkan camber sekitar 0 – 6% dapat meningkatkan efisiensi aerodinamik.

Besarnya gaya aerodinamis yang dihasilkan dari sebuah kendaraan bergantung pada bentuk geometri bagian belakang kendaraan. Oleh sebab itu, untuk meningkatkan downforce dan menurunkan koefisien drag pada kendaraan, digunakan sebuah rear spoiler model single airfoil dengan pertimbangan variasi camber. Dengan menggunakan objek penelitian model mobil sedan Honda Civic generasi ke-delapan, akan dilakukan pengujian gaya aerodinamis secara simulasi numerik menggunakan software ANSYS FLUENT.

Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui kontur tekanan, kontur kecepatan, streamlines, dan separation point disekitar model kendaraan tanpa menggunakan rear spoiler dan model kendaraan dengan tiga variasi camber pada rear spoiler dengan tipe single airfoil apabila dilakukan simulasi penelitian menggunakan software ANSYS Fluent 14. Selain itu tujuan penelitian ini untuk mengetahui hasil perhitungan koefisien lift dan drag pada model kendaraan tanpa menggunakan rear spoiler dan


model kendaraan dengan tiga variasi camber pada rear spoiler dengan tipe single airfoil. Sehingga dapat diketahui besar camber pada single airfoil spoiler yang paling tepat untuk diaplikasikan guna meningkatkan stabilitas kendaraan dan meningkatkan efisiensi penggunaan bahan bakar.

Manfaat penelitian adalah sebagai informasi yang dapat digunakan sebagai pengetahuan baru untuk diajarkan pada perkuliahan dan juga dapat digunakan sebagai acuan untuk melakukan penelitian selanjutnya tentang aerodinamika kendaraan tipe sedan. Selain itu dapat menambah pengetahuan kepada masyarakat tentang aerodinamika pada kendaraan dan juga dapat digunakan sebagai acuan untuk meningkatkan kestabilan dalam berkendara, serta untuk meningkatkan efisiensi pemakaian bahan bakar.

METODEFlowchart Penelitian

Gambar 1. Flowchart Penelitian.

Jenis Penelitian Jenis penelitian yang dilakukan adalah simulasi numerik untuk mengetahui pengaruh penggunaan rear spoiler model single airfoil dengan variasi camber terhadap gaya aerodinamika pada kendaraan mobil sedan Honda Civic Generasi Kedelapan.

Variabel-Variabel Penelitian Variabel-variabel yang digunakan dalam penelitian ini dapat diklasifikasikan menjadi tiga, antara lain:

Variabel Bebas dalam penelitian ini adalah variasi Reynolds Number antara lain 1.2 x 106, 2.4 x 106, dan 3.6 x 106, variasi model kendaraan tanpa pemasangan rear spoiler, dan variasi model kendaraan dengan pemasangan rear spoiler NACA 4415, NACA 6415, dan NACA 8415.

Variabel Terikat adalah variabel hasil, variabel terikat dalam penelitian ini adalah Lift Coefficient (CL), Drag Coefficient (CD), velocity contour, pressure contour, velocity streamline dan separation point pada model Honda Civic Generasi Kedelapan.

Variabel Kontrol adalah sesuatu yang dikontrol agar penelitian tetap fokus pada masalah yang diteliti. Variabel kontrol dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: Dimensi Kendaraan:

- Panjang (l) : 4503 mm- Lebar (w) : 1753 mm- Tinggi (h) : 1435 mm

- Ground Clearance (c) : 163 mm

Dimensi Airfoil:- Panjang (chord) : 300 mm- Tebal maksimal : 60 mm- Posisi ketebalan maksimal : 90 mm- Lebar : 1520 mm

Posisi Pemasangan Rear Spoiler:- Tinggi rear spoiler : 0,4 chord

- Angle of attack : 150

Teknik Pengumpulan Data

Tahap Preprocessing:Pre-processing adalah langkah pertama dalam membangun dan menganalisa sebuah model dengan menggunakan metode CFD. Dalam tahapan ini meliputi beberapa sub-tahapan, antara lain pembuatan geometri, meshing, dan penentuan parameter-parameter yang digunakan. Pembuatan Geometri

Proses pembuatan geometri dilakukan dengan menggunakan software CAD Solidworks untuk membuat model kendaraan Sedan Honda Civic Generasi Kedelapan. Pembuatan geometri dilakukan dengan teknik solid modeling.

3


Gambar 2. Proses Pembuatan Geometri. Pembuatan Domain

Pembuatan domain dilakukan dengan menggunakan ANSYS Design Modeler, dengan meng-import geometri yang telah dibuat. Pada domain ini dibuat sebuah virtual wind tunnel yang dimaksudkan untuk menggambarkan keadaan fluida disekitar objek penelitian. Dimensinya diambil dari penelitian sebelumnya oleh Mustafa Cakir (2012), dengan dibuat lebih panjang pada bagian dibelakang kendaraan supaya dapat dianalisa daerah pembentukan wake dibelakang kendaraan.

Gambar 3. Proses Pembuatan Domain. Meshing

Proses pembuatan meshing dilakukan dengan menggunakan program ANSYS ICEM CFD. Mesh yang digunakan adalah mesh volume berbentuk tetrahidral atau segitiga, dimana tipe mesh tersebut mudah untuk menyesuaikan pada bentuk geometri yang kompleks, misalnya pada bentuk geometri kendaraan.

Gambar 4. Pembentukan Mesh.

Solver SettingSolver setting mencakup beberapa parameter seperti tipe solver (2D atau 3D). Viscous model yang digunakan adalah k-epsylon realizable. Pada boundary condition, inlet dari virtual wind tunnel digambarkan dengan “velocity inlet”, sedangkan outlet dari virtual wind tunnel digambarkan dengan “pressure outlet”.

Tahap Processing:Dengan bantuan software CFD ANSYS FLUENT 14.5, kondisi-kondisi yang telah ditetapkan pada saat preprocessing akan dihitung (diiterasi). Apabila proses iterasi tercapai hasil yang konvergen, kemudian dilanjutkan pada tahap post-processing. Apabila hasil iterasi tidak tercapai tahapan akan mundur ke belakang pada tahapan pembuatan meshing untuk memperbaiki mesh.

Tahap Post processing:Post-processing merupakan penampilan hasil serta analisa terhadap hasil yang telah diperoleh berupa data kualitatif dan data kuantitatif. Data kuantitatif berupa distribusi koefisien lift dan koefisien drag. Sedangkan data kualitatif berupa visualisasi aliran dengan menampilkan mesh, Velocity Contour, Pressure Contour, Velocity Streamlines dan Separation Point.

VALIDASI MODEL

Pada proses validasi ini, akan dibandingkan data antara hasil simulasi CFD menggunakan model viscous k-epsilon realizable dan k-omega SST dengan data hasil eksperimen berupa grafik CP atau pressure coefficient, persentase eror dari penghitungan CD dan Grid Independence Test.

Grafik Pressure Coefficient (CP)


Gambar 5. Grafik Pressure Coefficient (CP) upper surface pada Re: 1.2 x 106

Gambar 6. Grafik Pressure Coefficient (CP) lower surface pada Re: 1.2 x 106

Persentase Eror CD

Tabel 1. Persentase eror CD pada Re: 1.2 x 106 (13.35 m/s)

No. Penelitian CD / CDP Eror (%)

1 Eksperimen 0.2728 -

2 CFD (k-epsilon realizable) 0.2923 7.14 %

3 CFD (k-omega SST) 0.3172 16.28 %

Berdasarkan grafik pressure coefficient (CP) dan hasil penghitungan drag coefficient (CD) diatas dapat dilihat pada grafik CP menunjukkan tren yang relatif sama antara penelitian eksperimen dan simulasi CFD, baik yang menggunakan model viscous k-epsilon realizable maupun k-omega SST. Sedangkan pada hasil penghitungan CD, simulasi menggunakan model viscous k-epsilon realizable menghasilkan CD dengan persentase eror yang lebih kecil dibandingkan dengan model viscous k-omega SST. Maka, dalam penelitian ini model viscous yang digunakan adalah k-epsilon realizable.

Grid Independence Test

Tabel 2. Hasil Grid Independence Test

No Grid Jumlah Nodes CD Eror (%)

1 Grid 1 776 624 0.2848 4.39 %

2 Grid 2 579 152 0.2846 4.32 %

3 Grid 3 498 677 0.2923 7.14 %

4 Grid 4 446 861 0.2919 7.00 %

5 Grid 5 160 672 0.3154 15.61 %

Berdasarkan hasil grid independence test, didapatkan hasil terbaik pada variasi grid ke-2, dengan jumlah nodes 579 152 dan menghasilkan CD 0.2846, dengan persentase eror terendah sebesar 4.32 %. Dengan tingginya tingkat kerapatan mesh, waktu komputasi dan jumlah memori yang digunakan untuk proses iterasi semakin besar, namun hal itu tidak menjamin hasil simulasi yang lebih baik. Oleh karena itu, dengan mempertimbangkan hasil dan efisiensi dari proses simulasi maka dalam penelitian ini digunakan variasi grid ke-2.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Data yang ditampilkan dari pengujian ini adalah data Pressure Contour, Velocity Contour, Velocity Streamline, Separation Point, Lift Coefficient (CL) dan Drag Coefficient (CD).

Pressure Contour Dari gambar 7 sampai 10 berikut merupakan hasil pressure contour pada model kendaraan tanpa penambahan rear spoiler dan dengan tiga variasi rear spoiler.

Gambar 7. Pressure Contour Pada Model Kendaraan Honda Civic Tanpa Rear Spoiler.

5


Gambar 8. Pressure Contour Pada Model Kendaraan Honda Civic Dengan Rear Spoiler NACA 4415.



Terlihat bahwa tekanan tinggi didepan kendaraan terjadi karena pada bagian tersebut terjadi stagnasi aliran udara. Pada kendaraan dengan penambahan rear spoiler terdapat daerah dengan tekanan tinggi diatas permukaan rear spoiler, dimana keadaan tersebut akan meningkatkan tekanan diatas kendaraan sehingga terbentuk downforce pada kendaraan. Dengan meningkatnya camber pada rear spoiler, terlihat tekanan tinggi diatas permukaan rear spoiler semakin merata sehingga downforce yang dihasilkan lebih besar.

Velocity ContourDari gambar 11 sampai 14 berikut merupakan hasil

velocity contour pada model kendaraan tanpa penambahan rear spoiler dan dengan tiga variasi rear spoiler.

Gambar 11. Velocity Contour Pada Model Kendaraan Honda Civic Tanpa Rear Spoiler.

Gambar 12. Velocity Contour Pada Model Kendaraan Honda Civic Dengan Rear Spoiler NACA 4415.



Terlihat bahwa pada bagian atap kendaraan terjadi akselerasi aliran udara karena lengkungan profil kendaraan pada bagian tersebut. Pada bagian belakang kendaraan terbentuk daerah wake dengan kecepatan aliran udara yang rendah. Dengan dilakukan penambahan rear spoiler, terlihat bahwa daerah wake yang terbentuk semakin besar dan proses reattachment aliran udara dibelakang kendaraan semakin tertunda. Hal tersebut menyebabkan meningkatnya gaya drag yang dihasilkan.

Velocity StreamlinesDari gambar 15 sampai 18 berikut merupakan hasil

velocity streamlines pada model kendaraan tanpa penambahan rear spoiler dan dengan tiga variasi rear spoiler.


Gambar 15. Velocity Streamlines Pada Model Kendaraan Honda Civic Tanpa Rear Spoiler.

Gambar 16. Velocity Streamlines Pada Model Kendaraan Honda Civic Dengan Rear Spoiler NACA 4415.



Terjadinya separasi aliran dibelakang kendaraan menyebabkan terbentuknya turbulensi aliran udara. Dengan menambahkan rear spoiler, turbulensi yang terjadi dibelakang kendaraan semakin besar. Begitu juga dengan adanya variasi camber yang semakin besar,

sehingga udara mengalir ke atas dan menunda proses re-attachment antara aliran udara dari atas kendaraan dan dari bawah kendaraan. Tertundanya re-attachment menyebabkan daerah wake yang terbentuk semakin besar, sehingga gaya drag yang dihasilkan juga semakin besar.

Separation Point

Dari gambar 19 sampai 22 berikut merupakan hasil separation point pada model kendaraan tanpa penambahan rear spoiler dan dengan tiga variasi rear spoiler.

Gambar 19. Separation Point Pada Model Kendaraan Honda Civic Tanpa Rear Spoiler.

Gambar 20. Separation Point Pada Model Kendaraan Honda Civic Dengan Rear Spoiler NACA 4415.


7



Dari gambar diatas terlihat bahwa arah (vector) aliran udara mengalami back flow tepat dibelakang kendaraan dimana momentum aliran tidak cukup untuk mengikuti kontur kendaraan. Dengan mengaplikasikan rear spoiler dengan tipe airfoil tidak mengubah letak separasi aliran pada kendaraan. Aliran udara tetap terseparasi pada bagian ujung belakang kendaraan pada koordinat (x,y) = (4.374,1.064). Dengan penambahan rear spoiler, akan mengubah bentuk dari daerah wake dibelakang kendaraan karena aliran udara akan terpengaruh dengan kontur dari rear spoiler tersebut.

Gaya Aerodinamika (CL dan CD)Berikut adalah hasil data lift coefficient (CL) dan drag coefficient (CD) pada Reynolds Number 1.2 x 106, 2.4 x 106 dan 3.6 x 106.

Tabel 3. Gaya Aerodinamika Pada Re 1.2 x 106

No Variasi CL CL (%) CD CD (%)

1 Tanpa Rear Spoiler 0.0578 - 0.2923 -

2 Dengan NACA 4415 - 0.3003 - 619 % 0.3226 10.4 %

3 Dengan NACA 6415 - 0.3344 - 678 % 0.3204 9.6 %

4 Dengan NACA 8415 - 0.3585 - 720 % 0.3266 11.7 %




2 Dengan NACA 4415 - 0.2918 - 614 % 0.3231 11.3 %

3 Dengan NACA 6415 - 0.3389 - 697 % 0.3194 10 %

4 Dengan NACA 8415 - 0.3510 - 719 % 0.3270 12.6 %




2 Dengan NACA 4415 - 0.2941 - 651 % 0.3235 11.9 %

3 Dengan NACA 6415 - 0.3296 - 718 % 0.3193 10.4 %

4 Dengan NACA 8415 - 0.3536 - 763 % 0.3268 13 %

Berdasarkan data diatas, dibuat grafik antara CL vs Re dan CD vs Re berikut.

0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5-0.36-0.31-0.26-0.21-0.16-0.11-0.06-0.010.04

tanpa rear spoiler NACA 4415NACA 6415 NACA 8415

Re (x106)

CL

Gambar 23. Grafik data Lift Coefficient (CL) model kendaraan Honda Civic Generasi Kedelapan.

Pada Re 1.2 x 106, model kendaraan tanpa penambahan rear spoiler menghasilkan CL 0.0578. Sedangkan model kendaraan dengan penambahan rear spoiler NACA 8415 menghasilkan CL terendah - 0.3585 atau mengalami penurunan sebesar 720%. Pada Re 2.4 x 106, model kendaraan tanpa penambahan rear spoiler menghasilkan CL 0.0567. Sedangkan model kendaraan dengan penambahan rear spoiler NACA 8415 menghasilkan CL terendah -0.3510 atau mengalami penurunan sebesar 719%. Pada Re 3.6 x 106, model kendaraan tanpa penambahan rear spoiler menghasilkan CL 0.0533. Sedangkan model kendaraan dengan penambahan rear spoiler NACA 8415 menghasilkan CL

terendah - 0.3536 atau mengalami penurunan sebesar 763%.

Berdasarkan data diatas, diketahui bahwa dengan mengaplikasikan rear spoiler akan meningkatkan downforce dikarenakan timbulnya daerah bertekanan tinggi diatas permukaan kendaraan. Semakin besar camber pada rear spoiler akan menghasilkan downforce yang semakin tinggi pula. Semakin besar camber, maka permukaan di atas rear spoiler cenderung lebih cekung sehingga akan memperluas area bertekanan tinggi di atas rear spoiler, seperti yang ditunjukkan hasil data pressure contour. Dengan bertambahnya area bertekanan tinggi diatas kendaraan, maka akan memberikan gaya tekan kebawah atau downforce yang lebih besar pada kendaraan sehingga akan meningkatkan traksi kendaraan.


0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.50.27

0.28

0.29

0.30

0.31

0.32

0.33

tanpa rear spoiler NACA 4415NACA 6415 NACA 8415

Re (x106)

CD

Gambar 24. Grafik data Drag Coefficient (CD) model kendaraan Honda Civic Generasi Kedelapan.

Dengan dilakukan penambahan rear spoiler menyebabkan peningkatan CD pada model kendaraan. Pada Re 1.2 x 106, model kendaraan tanpa penambahan rear spoiler menghasilkan CD 0.2923. Sedangkan model kendaraan dengan penambahan rear spoiler NACA 8415 mencapai CD tertinggi sebesar 0.3266, atau mengalami peningkatan sebesar 11.7%. Model kendaraan dengan penambahan rear spoiler NACA 6415 mengalami peningkatan CD terendah pada 0.3204 atau sebesar 9.6%.

Pada Re 2.4 x 106, model kendaraan tanpa penambahan rear spoiler menghasilkan CD 0.2903. Sedangkan model kendaraan dengan penambahan rear spoiler NACA 8415 mencapai CD tertinggi sebesar 0.3270, atau mengalami peningkatan sebesar 12.6%. Model kendaraan dengan penambahan rear spoiler NACA 6415 mengalami peningkatan CD terendah pada 0.3194 atau sebesar 10%.

Pada Re 3.6 x 106, model kendaraan tanpa penambahan rear spoiler menghasilkan CD 0.2890. Sedangkan model kendaraan dengan penambahan rear spoiler NACA 8415 mencapai CD tertinggi sebesar 0.3268, atau mengalami peningkatan sebesar 13%. Model kendaraan dengan penambahan rear spoiler NACA 6415 mengalami peningkatan CD terendah pada 0.3193 atau sebesar 10.4%.

Berdasarkan data diatas, diketahui bahwa dengan mengaplikasikan rear spoiler akan meningkatkan gaya drag pada kendaraan. Apabila dilihat dari hasil data velocity contour dan velocity streamlines, dengan mengaplikasikan rear spoiler pada kendaraan menyebabkan timbulnya daerah wake yang semakin besar dibelakang kendaraan. Hal itu terjadi karena aliran udara dibelakang kendaraan tertarik ke atas oleh kontur rear spoiler sehingga proses reattachment dibelakan kendaraan tertunda dan daerah wake yang terbentuk semakin besar.

Dari data yang dihasilkan pada variasi rear spoiler NACA 8415 didapatkan hasil CD tertinggi. Hal itu terjadi karena dengan camber yang semakin besar, maka daerah di bawah rear spoiler menyempit sehingga membatasi ruang gerak udara di bawahnya. Oleh sebab itu, aliran udara cenderung mengalir melalui bagian atas rear spoiler sehingga daerah wake dibelakang kendaraan menjadi semakin besar.

PENUTUPSimpulanDari analisa hasil simulasi CFD yang telah dilakukan mengenai pengaruh penggunaan rear spoiler model single airfoil dengan variasi camber terhadap gaya aerodinamika pada model kendaraan Honda Civic generasi kedelapan, diperoleh beberapa kesimpulan sebagai berikut: Berdasarkan pressure contour, dengan

mengaplikasikan rear spoiler terjadi peningkatan tekanan di wilayah upper surface kendaraan sehingga memberikan downforce pada kendaraan. Berdasarkan velocity contour dan velocity streamlines, dengan mengaplikasikan rear spoiler akan memperbesar daerah wake sehingga menyebabkan meningkatnya gaya drag pada kendaraan. Sedangkan berdasarkan velocity vector, dengan mengaplikasikan rear spoiler pada kendaraan tidak mengubah separation point pada kendaraan, tetapi hanya memperbesar betuk daerah wake dibelakang kendaraan.

Penggunaan rear spoiler dengan tipe inverted airfoil dapat meningkatkan downforce pada kendaraan, dimana hal tersebut merupakan suatu keuntungan untuk meningkatkan traksi kendaraan. Semakin besar camber akan menghasilkan downforce yang lebih besar pula. Model kendaraan dengan rear spoiler NACA 8415 mengalami penurunan CL yang paling drastis sebesar 763% dengan CL -0.3536 pada Re 3.6

x 106. Penggunaan rear spoiler dengan tipe inverted airfoil

memberikan konsekuensi peningkatan drag force pada kendaraan, dimana hal tersebut merupakan suatu kerugian karena akan menambah hambatan pada kendaraan. Model kendaraan dengan rear spoiler NACA 8415 mengalami peningkatan CD

tertinggi sebesar 13% dengan CD 0.3268 pada Re 3.6x106. Sedangkan model kendaraan dengan rear spoiler NACA 6415 mengalami peningkatan CD

terendah sebesar 10.4% dengan CD 0.3193 pada Re 3.6x106.

Dengan mempertimbangkan efisiensi gaya aerodinamika kendaraan, variasi airfoil NACA 6415

9


dipilih sebagai variasi terbaik dengan CL -0.3296 dan dengan peningkatan CD terendah sebesar 0.3193.

SaranDari simulasi yang telah dilakukan, beberapa saran yang peneliti sampaikan untuk penelitian selanjutnya sebagai berikut: Sebaiknya perlu diadakan sarana bagi laboratorium

aerodinamika meliputi komputer dengan kemampuan tinggi untuk melakukan simulasi CFD, untuk menarik minat kepada peneliti selanjutnya dalam bidang simulasi aerodinamika kendaraan.

Peningkatan hardware akan mendukung proses simulasi CFD dari pembentukan mesh hingga kemampuan dalam proses komputasi sehingga dapat dihasilkan hasil simulasi yang lebih akurat.

Sebaiknya penelitian mengenai angle of attack dari rear spoiler dilakukan untuk mempertimbangkan efisiensi gaya aerodinamika yang dihasilkan. Karena dengan tingginya angle of attack akan memperluas frontal area sehingga gaya drag yang dihasilkan akan semakin besar.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2012. Honda Civic 8th Generation, (Online)(http://media.caranddriver.com/images/11q2/404140/2012-honda-civic-ex-l-sedan-photo-404157-s-1280x782.jpg , diakses pada 17 Maret 2015)

Anonim. 2015. Airfoil Tools, (Online)(http://airfoiltools.com/plotter/index ,diakses pada 24 April 2015)

Cakir, Mustafa. 2012. CFD Study on Aerodynamics Effect of a Rear Wing/Spoiler on a Passenger Vehicle. California: Santa Clara University.

Chainani. A, Perera. N. 2008. CFD Investigation of Airflow on a Model Radio Control Race Car. Proceedings of the World Congress on Engineering 2008 Vol II WCE 2008, July 2 - 4, 2008, London, U.K.

Dole, Charles E, dan James E. Lewis. 2000. Flight Theory And Aerodynamics. 2nd Edition. New York: John Wiley & Sons, Inc.

Fox, Robert W, dan Mc. Donald, Alan T. 2004. Introduction to Fluid Mechanics. 6th Edition. New York: John Wiley & Sons, Inc.

Gillespie, Thomas D. 1992. Fundamental of Vehicle Dynamics. Warrendale, PA: Society of Automotive Enginers, Inc.

Hucho, Wolf-Heinrich, dan Sovran G. 1993. Aerodynamics of Road Vehicles. Annual Review of Fluid Mechanics. Vol. 25(1), pp485-537.

Katz, Joseph. 1995. Race Car Aerodynamics Designing for Speed. Cambridge: Bentley Publishers, a division of Robert Bentley, Inc.

Mosaad, M.A. 2012. Effect of Airfoil Camber on WIG Aerodynamic Efficiency. Egypt: Port Said University.

Nevers, Noel de, 1991. Fluid Mechanics for Chemical Engineers. 2nd Edition. New York: Mc Graw Hill.

Patankar, V. Suhas, 1980. Numerical Heat Transfer and Fluid Flow. New York: Mc Graw Hill.

Rahhman, Arif Aulia, Nur Ikhwan. Simulasi Numerik Pengaruh Multi-Element Airfoil Terhadap Lift dan Drag Force Pada Spoiler Belakang Mobil Formula SAE Dengan Variasi Angle of Attack. Teknik Mesin, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember, Surabaya.

Ridhwan. 2008. Aerodynamics of Aftermarket Rear Spoiler. Faculty of Mechanical Engineering, University Malaysia Pahang.

Sudin, Mohd. Nizam. 2014. Review of Research on Vehicles Aerodynamic Drag Reduction Methods. International Journal of Mechanical & Mechatronics Engineering IJMME-IJENS Vol:14 No:02.

Sutantra, I Nyoman. 2010. Teknologi Otomotif: Teori dan Aplikasinya. Edisi Kedua. Surabaya: Guna Widya Press.

Tim Penyusun Buku Pedoman Penulisan Skripsi. 2014. Pedoman Penulisan Skripsi. Surabaya: Unesa University Press.

http://airfoiltools.com/plotter/index

http://media.caranddriver.com/images/11q2/404140/2012-honda-civic-ex-l-sedan-photo-404157-s-1280x782.jpg




Tuakia, Firman. 2008. Dasar-Dasar CFD Menggunakan FLUENT. Bandung: Informatika.

Xu-Xia Hu, Eric T. T. Wong. 2011. A Numerical Study On Rear-spoiler Of Passenger Vehicle. World Academy of Science, Engineering and Technology, Vol. 57, pp636-641.

Young, Donald F., Bruce R. Munson, Theodore H. Okiishi, Wade B. Huebsch. 2011. A Brief Introduction to Fluid Mechanics. 5th

Edition. New York: John Wiley & Sons, Inc.

11

simulasi numerik pengaruh penggunaan rear spoiler model single airfoil dengan variasi camber...

Documents