Analisis
Pengaruh Bentuk Wing Tip Terhadap Performa Aerodinamika Sayap Pesawat Terbang
Radio Controlled Menggunakan Ansys 2022 R1
(
Analysis of the Effect of Wing Tip Shape on Aerodynamic Performance of Radio
Controlled Aircraft Wings Using Ansys 2022 R1 )
Bondhan
Firmanto1*
1 Program Studi Teknik Aeronautika Pertahanan, Akademi
Angkatan Udara
E-mail: bonduitbiz@aau.ac.id
Abstract— As is
the case with actual aircraft production, model aircraft are made in several
stages. One of the most important stages in the manufacture of an aircraft is
designing the wings and testing their aerodynamic performance. The wing is the
main part of the aircraft because it is the part of the aircraft that produces
the most lift. Likewise, in the manufacture of model aircraft, the aerodynamic
performance of the wings needs to be designed and analyzed so that the aircraft
can fly stably and show optimal aerodynamic performance. In this study, three
variations of the shape of the NACA2812 wing tip will be analyzed to determine
the optimal aerodynamic performance. Aerodynamic analysis was performed
numerically using the ANSYS 2022R1 software package. The compute domain was
created using the ANSYS DesignModeler software. 3D wing model with NACA2812
airfoil. Mesh was created using ANSYS Meshing software. Simulation using ANSYS
Fluent software. The turbulence model used is k-omega SST in transient,
incompressible, subsonic, and sea level conditions. The simulation is run at a
speed of 8.33 m/s and an angle of attack of 0°. The analysis focuses on the
aerodynamic performance of the CL, CD, CL/CD, and visualization of fluid
pressure around the wing. The results of the analysis show that the infinite
wing tip design produces a lift coefficient value of 0.249437106, a drag
coefficient value of 0.032376252, and a lift to drag ratio of 7.704323091 (the
lowest value of lift to drag ratio). The design of the cut off wing tip
produces a lift coefficient value of 0.292337624, a drag coefficient value of
0.025722932, and a lift to drag ratio value of 11.36486404. The aft swept wing
tip shape design produces a lift coefficient value of 0.322231093, a drag
coefficient value of 0.027981121, and a lift to drag ratio value of 11.51601789
(the highest lift to drag ratio value). Therefore, the design of radio
controlled aircraft will use a wing design with an aft swept wing tip shape.
Keywords— aerodynamics, wing tip, lift coefficient, drag
coefficient, computational fluid dynamics
Abstrak— Seperti halnya pada produksi pesawat sebenarnya,
pesawat model dibuat dalam beberapa tahap. Salah satu tahap terpenting dalam
pembuatan pesawat terbang adalah merancang sayap dan menguji kinerja
aerodinamisnya. Sayap merupakan bagian utama pesawat karena merupakan bagian
pesawat yang menghasilkan daya angkat paling besar. Demikian pula dalam
pembuatan pesawat model, kinerja aerodinamis sayap perlu dirancang dan
dianalisis agar pesawat dapat terbang dengan stabil dan menunjukkan kinerja
aerodinamis yang optimal. Pada penelitian ini akan dianalisis tiga variasi
bentuk wing tip NACA2812 untuk menentukan kinerja aerodinamis yang optimal.
Analisis aerodinamika dilakukan secara numerik menggunakan paket perangkat
lunak ANSYS 2022R1. Domain komputasi dibuat menggunakan perangkat lunak ANSYS
DesignModeler. Model sayap 3D dengan airfoil NACA2812. Mesh dibuat menggunakan
perangkat lunak ANSYS Meshing. Simulasi menggunakan software ANSYS Fluent.
Model turbulensi yang digunakan adalah k-omega SST pada kondisi transient, incompressible,
subsonic, dan sea level. Simulasi dijalankan dengan kecepatan 8,33 m/s dan
angle of attack 0°. Analisis berfokus pada kinerja aerodinamis CL, CD, CL / CD,
dan visualisasi tekanan fluida di sekitar sayap. Hasil analisis menunjukkan
bahwa desain bentuk infinite wing tip menghasilkan nilai koefisien lift sebesar
0,249437106, nilai koefisien drag sebesar 0,032376252, dan lift to drag ratio
sebesar 7,704323091 (nilai lift to drag ratio yang terendah). Desain bentuk cut
off wing tip menghasilkan nilai koefisien lift sebesar 0,292337624, nilai
koefisien drag sebesar 0,025722932, dan nilai lift to drag ratio sebesar
11,36486404. Desain bentuk aft swept wing tip menghasilkan nilai koefisien lift
sebesar 0,322231093, nilai koefisien drag sebesar 0,027981121, dan nilai lift
to drag ratio sebesar 11,51601789 (nilai lift to drag ratio yang tertinggi).
Oleh sebab itu, desain pesawat terbang radio controlled akan menggunakan desain
sayap dengan bentuk aft swept wing tip.
Kata
Kunci—
aerodinamika, wing tip, koefisien lift, koefisien drag,
komputasi dinamika fluida
I. Pendahuluan
Aeromodelling telah menjadi hobi sekaligus olahraga
dirgantara yang semakin diminati masyarakat. Salah satu media yang digunakan
dalam aeromodelling adalah pesawat model. Pesawat model diproduksi dalam
beberapa tahap seperti pada produksi pesawat sebenarnya. Salah satu langkah
terpenting dalam produksi pesawat adalah merancang sayap dan menguji kinerja
aerodinamikanya. Sayap menjadi salah satu bagian utama pesawat karena merupakan
bagian yang paling banyak menghasilkan gaya angkat pesawat. Demikian pula dalam
pembuatan pesawat model, sayap harus didesain sedemikian rupa dan dianalisis
kinerja aerodinamikanya agar pesawat dapat terbang dengan stabil dan memiliki
kinerja aerodinamis yang optimal.
Sayap
pesawat sebagai partisipan utama yang menghasilkan gaya angkat perlu dirancang
dengan tepat agar meminimalkan terbentuknya gaya hambat dan mengoptimalkan
performa aerodinamika sayap yaitu lift to drag ratio. Salah satu upaya
untuk mengoptimalkan lift to drag ratio adalah dengan mengurangi nilai drag.
Salah satu faktor penghasil drag pada sayap adalah geometri sayap.
Bentuk wing tip menjadi salah satu penentu bentuk geometri sayap
pesawat. Pada area wing tip berpotensi menimbulkan drag karena
terbentuk pusaran udara akibat pergerakan udara dari bawah sayap menuju ke atas
sayap melewati ujung sayap yang disebabkan oleh perbedaan tekanan udara.
Modifikasi geometri sayap pada area wing tip berpotensi mempengaruhi drag
yang timbul dan akan mempengaruhi nilai lift to drag ratio.
Mengacu
latar belakang tersebut, penulis akan menganalisis 3 variasi bentuk wing tip
sayap untuk menentukan kinerja aerodinamis sayap yang paling optimal melalui
penelitian yang berjudul Analisis Pengaruh Bentuk Wing Tip Terhadap
Performa Aerodinamika Sayap Pesawat Terbang Radio Controlled Menggunakan
ANSYS 2022R1. Performa aerodinamika sayap yang dianalisis antara lain
koefisien lift, koefisien drag dan lift to drag ratio pada
kondisi operasional transient, incompressible, subsonic, dan sea level. Tujuan
penelitian ini adalah mengetahui performa aerodinamika sayap yang paling
optimal untuk digunakan pada pesawat terbang radio controlled.
II. Landasan Teori
Penelitian
ini merupakan kelanjutan dari penelitian perancangan awal pesawat terbang radio
controlled untuk aeromodeling Taruna AAU. Firmanto dan Hernawan
dalam penelitian tersebut memperoleh hasil rancangan awal berupa lay out
konfigurasi, data payload, sayap, wing loading, power loading,
metode landing dan recovery [1]. Lay out pesawat model
ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar
1. Lay out pesawat model. Image used courtesy of ANSYS, Inc
[1].
Hedge, dkk telah melakukan pendekatan rancang bangun, analisis, dan uji
terbang sebuah pesawat terbang model secara sistematis.
Perangkat lunak CATIA V5R18
digunakan untuk membuat model CAD yang terdiri dari wing, fuselage,
motor mount, elevators, rudder, ailerons, dan landing
gear. Parameter aerodinamika dihitung dengan metode lifting line theory
pada perangkat lunak XFLR-5 kemudian divalidasi dengan hasil perhitungan
dari perangkat lunak ANSYS Fluent 15. Penampang sayap menggunakan airfoil
NACA0016, aspect ratio
6-6,5, wing loading 0,46-0,55 g/cm2, dan luas permukaan sayap
adalah 1.250-1.350 cm2.
Komponen elektronik yang digunakan antara lain motor, ESC, baterei, transmitter
dan receiver. Penelitian tentang pendekatan sistematis rancang bangun
pesawat terbang model ini menunjukkan bahwa perancangan pesawat terbang radio
controlled memberikan pembelajaran fundamental tentang desain, teknik,
pembuatan dan uji terbang prototip pesawat [2].
Rahman, dkk menyimpulkan bahwa UAV
Mohapotongo telah memenuhi syarat design requirement dan mission
requirement. Nilai lift to drag ratio yang tinggi diperoleh pada
kondisi terbang jelajah mampu meningkatkan glide rate dan endurance
terbang, tetapi menghemat daya baterei. UAV Mohapotongo mampu terbang
sejauh 100 km dengan maximum take-off weight adalah 2,3 kg. Penelitian
dilakukan secara numerik menggunakan perangkat lunak XFLR dan ANSYS.
Perangkat lunak XFLR digunakan menganalisis tiga pilihan airfoil
antara lain Clark Y, NACA23021, dan Eppler 210. Airfoil
tipe Clark Y dipilih dan dianalisis menggunakan perangkat lunak ANSYS karena memiliki
perubahan koefisien tekanan di permukaan atas yang seragam [3].
Azeez, dkk melakukan penelitian numerik
menggunakan CFD dan eksperimental terowongan angin terhadap model
pesawat udara tak berawak. Profil sayap menggunakan penampang e420-il-
EPPLER 420 airfoil. Sayap pesawat dimodifikasi dengan menambahkan winglet
dan vortex generator. Simulasi CFD menggunakan perangkat lunak ANSYS
Fluent, model viskos k-omega SST, inlet velocity 12 m/s, dan tetrahedron
mesh. Hasil penelitian menunjukkan bahwa modifikasi sayap dengan
menambahkan winglet bersudut 45 derajat memiliki gaya lift yang
paling tinggi dan gaya hambat yang paling rendah [4].
Nugroho, dkk telah meneliti penggunaan end
plate pada UAV Elang Caraka secara numerik. Simulasi menggunakan
model viskos k-omega SST pada cruise speed 100 km/jam, dan AoA
0° sampai dengan 18°. Airfoil sayap yang digunakan adalah NACA4412.
Pembuatan mesh menggunakan ICEM ANSYS. Kalkulasi menggunakan ANSYS
Fluent dengan kriteria konvergen 10-5 untuk setiap nilai residual. Hasil
penelitian menunjukkan bahwa pemakaian end plate pada Elang Caraka
mengurangi nilai L/D pada kondisi cruise, mengurangi endurance
akibat pengaruh skin friction drag. Namun, dapat meningkatkan stall
angle dan CL maksimum [5].
Firmanto telah meneliti pengaruh variasi
NACA 4 digit terhadap performa aerodinamika airfoil secara numerik.
Simulasi menggunakan perangkat lunak ANSYS Student 2022R1 dengan model
viskos k-omega SST. Nilai ketebalan dan lokasi maximum camber NACA
4 digit pada penampang sayap divariasikan kemudian disimulasikan. Hasil
penelitian menunjukkan bahwa airfoil NACA2812 diketahui memiliki nilai lift
to drag ratio sebesar 8,911, NACA2412
memiliki nilai lift to drag ratio sebesar 7,029, sedangkan NACA0012
memiliki lift to drag ratio sebesar -0,021. Variasi nilai ketebalan dan
lokasi maximum camber NACA 4 digit diketahui mempengaruhi kontur
tekanan. Desain airfoil terbaik dipilih berdasarkan nilai L/D
terbesar yaitu NACA2812 sebesar 8,911 [6].
Parameter lanjutan yang dikembangkan
dalam penelitian ini adalah berupa analisis komputasi dinamika fluida pengaruh
modifikasi bentuk wing tip terhadap performa aerodinamika sayap pesawat
model. Modifikasi wing tip antara lain infinite wing tip, cut
off wing tip, dan aft swept wing tip yang dianalisis menggunakan
perangkat lunak ANSYS 2022R1.
III.
Metodologi
A. Arsitektur
Penelitian
Penelitian ini akan menganalisis performa
aerodinamika sayap yang memiliki variasi bentuk wing tip, antara lain infinite
wing tip, cut off wing tip, dan aft swept wing tip. Analisis
dilakukan secara numerik menggunakan perangkat lunak ANSYS 2022R1 yang
mengintegrasikan beberapa perangkat lunak antara lain: ANSYS Workbench, DesignModeler,
Meshing, Fluent dan CFD-Post. Tahap komputasi dinamika
fluida yang dilakukan antara lain preprocessing, solving dan postprocessing.
Diagram alir penelitian ditunjukkan pada Gambar
2.
Gambar 2. Diagram alir
B.
Domain
komputasi dan diskritisasi
Penelitian ini menerapkan domain komputasi
berupa domain translasi yang terdiri dari domain solid dan domain fluida.
Geometri CAD 3D berupa tiga sayap airfoil NACA2812 yang
dimodifikasi bentuk wing tip. Data koordinat airfoil diperoleh
dari website www.airfoiltools.com. Data airfoil diubah pada tiap
dimensi sayap menggunakan perangkat lunak DesignModeler selanjutnya
membentuk domain komputasi untuk pengaturan mesh/diskritisasi. Geometri airfoil
2D ditunjukkan pada Gambar 3 sedangkan domain komputasi ditunjukkan pada
Gambar 4.
Gambar 3. Bentuk geometri 2D
airfoil hasil plotting di website www.airfoiltools.com
Gambar 4. Domain komputasi, a) infinite wing tip,
b) cut off wing tip, dan c) aft swept wing tip. Image used courtesy of ANSYS, Inc.
Mesh yang digunakan adalah hexahedral dibentuk menggunakan
perangkat lunak Meshing. Boundary condition diatur dengan
mendefinisikan inlet, outlet, symmetry dan wall
pada domain komputasi atau enclosure. Inlet didefinisikan sebagai
bidang datangnya aliran udara menuju domain komputasi. Outlet
didefinisikan sebagai bidang keluarnya aliran udara dari domain komputasi. Symmetry
didefinisikan sebagai sisi luar dari wing root dan wing tip. Wall
didefinisikan sebagai permukaan solid pada sayap yang diteliti. Simulasi
dilakukan di Laboratorium Software Teknik, Departemen Aeronautika, Akademi
Angkatan Udara. Hasil meshing dapat diamati pada Gambar 5.
Gambar 5. Hasil meshing, a) infinite wing
tip, b) cut off wing tip, dan c) aft swept wing tip. Image used courtesy of ANSYS, Inc.
Pada penelitian ini, nilai kualitas mesh
berbeda untuk tiap desain. Skewness dan orthogonal quality menjadi acuan
yang menunjukkan kualitas mesh. Hasil meshing dinyatakan memiliki
kualitas baik apabila memiliki nilai skewness mendekati 0, sedangkan
nilai orthogonal quality mendekati 1. Rekomendasi nilai skewness
dan orthogonal quality ditunjukkan pada Gambar 6.
Gambar 6. Rekomendasi kualitas mesh. Image
used courtesy of ANSYS, Inc.
C.
Pengaturan
Solver
Setelah meshing dilanjutkan proses komputasi (processing)
menggunakan Fluent. Pada tahap ini digunakan perangkat lunak ANSYS
Fluent 2022R1 yang sudah terintegrasi dengan ANSYS Workbench 2022R1.
Pengamatan dilakukan terhadap grafik residual dan plot iterasi koefisien lift
untuk melihat konvergensi hasil komputasi yang telah dilakukan. Semakin stabil
grafik residual yang terbentuk maka semakin mendekati kondisi konvergen.
Pengaturan solver yang digunakan pada proses komputasi dirangkum pada Tabel I.
TABEL I Rangkuman
pengaturan solver
|
Menu Solver
|
Pengaturan
|
|
|
|
|
Launcher
|
3D, Double Precision dan Display Mesh
After Reading
|
|
General
|
Solver Type
|
Pressure-Based
|
|
Time
|
Transient
|
|
Gravity
|
Y component = -9,81 m/s2
|
|
Model
|
Viscous Model
|
 -omega SST (2 equations)
|
|
Material
|
Fluid
|
Air
|
|
Boundary Condition
|
Inlet
|
velocity -inlet (Magnitude and
Direction)
|
|
|
Sesuai variasi kecepatan dan sudut
serang (m/s dan °)
|
|
Outlet
|
pressure-outlet
|
|
|
gauge-pressure 0 Pa
|
|
Symmetry
|
Symmetry
|
|
Wall
|
No-slip condition
|
|
|
Model sayap dan dinding domain fluida
|
|
Report Definition
|
Lift coeff dan drag coeff
|
|
Residual
|
Absolute criteria
|
0,00001
|
|
Solution Initialization
|
Standard
|
Compute From inlet
|
|
Reference Frame
|
Relative to Cell Zone
|
|
Time Advancement
|
Parameter
|
Number of Time Step 100
|
|
|
Time Step Size 0,1 s
|
|
|
Max Iteration/Time Step 20
|
|
Flow Time
|
10 s
|
|
Total Iteration
|
2000
|
Grafik
residual menunjukkan kecenderungan hasil yang mendekati stabil karena terjadi
tren grafik yang horisontal hingga akhir iterasi. Grafik residual ditunjukkan
pada Gambar 7.
Gambar 7. Grafik
residual pada proses komputasi. Image used courtesy of ANSYS, Inc.
IV.
Hasil dan Pembahasan
Simulasi aerodinamika telah dilakukan untuk
mendapatkan karakteristik aerodinamika sayap hasil modifikasi pada bagian wing
tip. Pada penelitian ini dianalisis pengaruh modifikasi wing tip
terhadap performa aerodinamika sayap. Parameter yang dihitung antara lain
koefisien gaya angkat (CL), koefisien gaya hambat (CD),
dan lift to drg ratio (CL/CD). Distribusi aliran
udara akan divisualisasikan dalam bentuk pathline. Data diambil pada
kecepatan 8,33 m/s dan sudut serang 0ยบ. Data pengaruh bentuk wing tip
terhadap koefisien lift ditunjukkan pada Gambar 8.
Gambar 8. Grafik
pengaruh bentuk wing tip terhadap koefisien lift.
Gambar 8 menunjukkan perubahan nilai
koefisien lift terjadi secara proporsional terhadap variasi bentuk wing
tip. Hasil simulasi menunjukkan nilai koefisien lift pada infinite
wing tip sebesar 0,249437106, nilai koefisien lift pada cut off
wing tip sebesar 0,292337624, dan nilai koefisien lift pada aft
swept wing tip sebesar 0,322231093. Bentuk aft swept wing tip diketahui
memiliki koefisien lift tertinggi dibandingkan bentuk cut off wing
tip dan infinite wing tip. Namun, bentuk infinite wing tip
diketahui menghasilkan koefisien lift paling rendah. Bentuk infinite
wing tip disimulasikan sebagai sayap yang memiliki bentuk cut off wing
tip, tetapi tidak memiliki ujung sayap sehingga model sayap infinite
wing tip tidak menghasilkan wing tip vortex. Distribusi tekanan
udara statis pada bentuk infinite wing tip cenderung merata di sepanjang
sayap dan tidak terjadi gangguan pada aliran udara di sepanjang permukaan
sayap. Tekanan udara statis di permukaan atas sayap lebih rendah daripada
tekanan udara statis di permukaan bawah sayap sehingga terjadi perbedaan
tekanan udara antara kedua permukaan sayap sehingga udara cenderung bergerak ke
arah permukaan atas sayap. Bentuk infinite wing tip ini tidak memiliki
ujung sayap sehingga udara akan mengalir dari pemukaan bawah sayap menuju trailing
edge. Distribusi tekanan udara pada bentuk infinite wing tip dapat
diamati melalui visualisasi pathline kontur distribusi tekanan udara
pada Gambar 9.
Gambar
9. Pathline tekanan aliran fluida pada infinite wing tip. Image used courtesy of ANSYS, Inc.
Bentuk cut off wing tip menghasilkan
koefisien lift yang lebih tinggi daripada bentuk infinite wing tip sebesar
17,199 %. Kondisi ini terjadi karena bentuk cut off wing tip memiliki
panjang sayap/span yang sama dengan bentuk infinite wing tip. Hasil
simulasi pada model cut off wing tip menunjukkan tekanan udara pada
bagian permukaan bawah sayap lebih tinggi daripada tekanan udara pada bagian
permukaan atas sayap sehingga menyebabkan udara akan cenderung mengalir ke arah
permukaan atas sayap. Perbedaan tekanan udara ini juga menyebabkan udara
di sekitar ujung sayap mengalir dari permukaan bawah sayap ke permukaan atas
sayap dengan menyusuri ujung sayap. Kondisi tersebut menyebabkan wing tip
vortex mulai terbentuk di sekitar trailing edge pada bagian ujung
sayap. Wing tip vortex cenderung mengurangi nilai koefisien lift pada
sayap karena pusaran udara pada ujung sayap menghasilkan distribusi tekanan
udara yang tidak merata di sekitar ujung sayap. Distribusi tekanan udara pada
bentuk cut off wing tip dapat diamati melalui visualisasi pathline
kontur distribusi tekanan udara pada Gambar 10.
Gambar 10. Pathline tekanan aliran
fluida pada cut off wing tip. Image used courtesy of ANSYS, Inc.
Bentuk aft swept wing tip
diketahui menghasilkan koefisien lift yang lebih tinggi daripada bentuk cut
off wing tip sebesar 10,226 % atau 29,183% lebih besar daripada
bentuk infinite wing tip. Hasil simulasi model aft swept wing tip
menunjukkan bahwa tekanan udara di bagian bawah sayap lebih tinggi daripada
tekanan udara di bagian atas sayap. Karena perbedaan tekanan udara ini, udara
cenderung mengalir dari bagian bawah sayap ke bagian atas sayap dengan melewati
trailing edge. Pada bagian ujung sayap, udara mengalir dari leading
edge menyusuri tepi luar wing tip. Aliran udara yang mengalir
menyusuri penampang luar wing tip ini kemudian terbagi menjadi tiga arah
antara lain mengalir menuju trailing edge, mengalir menuju permukaan
atas sayap, dan mengalir menuju permukaan bawah sayap. Aliran udara dari ketiga
arah tersebut bergerak menuju trailing edge dan terbentuk pusaran udara
di sekitar triling edge. Pathline kontur tekanan hasil simulasi
menunjukkan bahwa pusaran yang terjadi pada bentuk aft swept wing tip
lebih lemah daripada pusaran yang terjadi pada bentuk cut off wing tip.
Kondisi ini dapat diketahui dari pathline kontur tekanan yang didominasi
warna biru pada daerah trailing edge pada bentuk aft swept wing tip.
Lebih lemahnya pusaran udara ini menyebabkan terbentuknya koefisien lift yang
lebih tinggi pada bentuk aft swept wing tip. Distribusi tekanan udara
pada bentuk aft swept wing tip dapat diamati melalui visualisasi pathline
kontur distribusi tekanan udara pada Gambar 11.
Gambar
11. Pathline tekanan aliran fluida pada aft swept wing tip. Image used courtesy of
ANSYS, Inc.
Data pengaruh bentuk wing
tip terhadap koefisien drag yang diamati pada
kecepatan 8,33 m/s dengan sudut serang 0° ditunjukkan
pada Gambar 12.
Gambar 12. Grafik pengaruh bentuk wing tip terhadap koefisien drag
Gambar 12 menunjukkan perubahan nilai koefisien drag terhadap variasi bentuk wing
tip. Hasil simulasi menunjukkan nilai koefisien drag
pada infinite wing tip sebesar 0,032376252, nilai
koefisien drag pada cut off wing tip sebesar 0,025722932, dan
nilai koefisien drag pada aft swept wing tip sebesar 0,027981121.
Koefisien drag pada bentuk aft swept wing tip adalah 8,779% lebih
tinggi daripada koefisien drag pada bentuk cut off wing tip. Kondisi
tersebut terjadi akibat perbedaan bentuk planform sayap yang menimbulkan
perbedaan karakter aliran udara yang mengalirinya. Tekanan udara pada bentuk aft
swept wing tip di bagian permukaan atas dan trailing edge cenderung
lebih rendah dibandingkan pada bentuk cut off wing tip. Perbedaan
tekanan ini ditunjukkan oleh perbedaan warna kontur yang mendominasi di area
tersebut. Tekanan yang lebih rendah pada bentuk aft swept wing tip menimbulkan
intensitas pusaran yang lebih besar daripada bentuk cut off wing tip.
Pusaran ini menimbulkan induced drag yang lebih besar daripada bentuk cut
off wing tip sehingga menambah nilai total drag pada sayap aft
swept wing tip.
Data pengaruh bentuk wing
tip terhadap nilai lift to drag ratio yang diamati pada kecepatan 8,33 m/s dengan sudut
serang 0° ditunjukkan pada Gambar 13.
Gambar
13. Grafik pengaruh bentuk wing tip
terhadap nilai lift to drag ratio
Gambar 13 menunjukkan perubahan
nilai lift to drag ratio terhadap variasi bentuk wing tip.
Nilai lift to drag ratio diperoleh dengan
membandingkan nilai koefisien lift terhadap nilai koefisien drag pada
tiap-tiap bentuk sayap yang diteliti. Nilai lift to drag ratio dapat
mewakili nilai efisiensi aerodinamika sayap yang menunjukkan seberapa
kuat gaya lift dalam menghadapi gaya drag yang terjadi pada
sayap. Hasil simulasi menunjukkan nilai lift to drag ratio bentuk infinite
wing tip sebesar 7,704323091, nilai lift to drag ratio bentuk cut
off wing tip sebesar 11,36486404, dan nilai lift to drag ratio bentuk
aff swept wing tip sebesar 11,51601789. Berdasarkan hasil simulasi
diketahui bentuk aft swept wing
tip memiliki nilai lift to drag ratio lebih tinggi 1,33% daripada nilai lift to drag ratio bentuk cut
off wing tip dan sekaligus merupakan nilai lift to drag ratio yang
tertinggi.
Oleh sebab itu, bentuk aft swept wing tip dinilai sebagai desain yang
optimal untuk digunakan pada pesawat terbang model karena memiliki nilai lift
to drag ratio yang tertinggi.
V. Kesimpulan
Hasil analisis pengaruh modifikasi wing tip terhadap
performa aerodinamika sayap yang diamati
pada kecepatan 8,33 m/s dengan sudut serang 0°
menunjukkan bahwa desain bentuk infinite wing tip menghasilkan nilai
koefisien lift sebesar 0,249437106, nilai koefisien drag sebesar
0,032376252, dan lift to drag ratio sebesar 7,704323091 (nilai lift
to drag ratio yang terendah). Desain bentuk cut off wing tip menghasilkan
nilai koefisien lift sebesar 0,292337624, nilai koefisien drag sebesar
0,025722932, dan nilai lift to drag ratio sebesar 11,36486404. Desain
bentuk aft swept wing tip menghasilkan nilai koefisien lift sebesar
0,322231093, nilai koefisien drag sebesar 0,027981121, dan nilai lift
to drag ratio sebesar 11,51601789 (nilai lift to drag ratio yang
tertinggi). Desain yang dinilai optimal untuk digunakan pada pesawat model
adalah desain yang memiliki nilai lift to drag ratio tertinggi yaitu bentuk
aft swept wing tip.
Di masa mendatang,
beberapa pekerjaan penelitian akan dilakukan. Pekerjaan mendatang akan melanjutkan penelitian tentang
pengaruh sudut pemasangan sayap terhadap performa aerodinamika sayap guna
mengetahui sudut pemasangan sayap yang menghasilkan performa aerodinamika yang
paling optimal.
Referensi
[1] B. Firmanto and
S. T. Hernawan, “Desain dan Analisis Numerik Performa Aerodinamika Pesawat
Terbang Radio Controlled untuk Aeromodeling Taruna AAU,” Patriot Biru TNI AU,
vol.1, no.1, 2022.
[2] S.
S. Hegde and S. Nayak, “A Systematic Approach for Designing, Analyzing and
Building a Model RC Plane,” Int. J. Eng. Res., vol. 3, no. 12, p. 7,
2014.
[3] R.
ur Rahman and M. H. K. Nayeem, “Design and performance analysis of unmanned
aerial vehicle (UAV) to deliver aid to the remote area,” Int. Conf. Mech.
Ind. Mater. Eng. 2017 ICMIME2017 28-30 Dec. 2017 RUET Rajshahi Bangladesh,
2017.
[4] A.
A. Azeez, M. Gadala, N. A. Khudhiri, and S. S. Dol, “Aerodynamics Optimization
of RC Plane Winglet,” in 2019 8th International Conference on Modeling
Simulation and Applied Optimization (ICMSAO), Manama, Bahrain, Apr. 2019,
pp. 1–5. doi: 10.1109/ICMSAO.2019.8880426.
[5] G.
Nugroho, M. A. Bramantya, B. Setiawan, and C. Wiratama, “CFD Simulation of the
Endplate Effect on the Elang Caraka Unmanned Aerial Vehicle (UAV),” Proceeding
Int. Conf. Adv. Mechatron. Intell. Manuf. Ind. Autom. Surabaya Indones. IEEE
Explore, 2017.
[6] B.
Firmanto, “Analisis Pengaruh Perubahan Ketebalan dan Lokasi Maximum Camber pada
NACA 4 Digit Terhadap Performa Aerodinamika Sayap Pesawat Terbang Radio
Controlled Menggunakan ANSYS Student 2022 R1,” J. Def. Sci. Technol.,
2022.
Sumber:
Analisis Pengaruh Bentuk Wing Tip Terhadap Performa Aerodinamika Sayap Pesawat Terbang Radio Controlled Menggunakan Ansys 2022 R1
B. Firmanto
Prosiding Seminar Nasional Sains, Teknologi, dan Inovasi Indonesia IV AAU Tahun 2022
page 1-13
