jbptppolban-gdl-singgihsat-3310-1-perhitun-n (1).pdf
TRANSCRIPT
-
8/19/2019 jbptppolban-gdl-singgihsat-3310-1-perhitun-n (1).pdf
1/9
Analisis Dinamika dan Kestabilan Gerak 2D Modus Longitudinal Roket RX 250 LAPAN Halaman 1 dari 9
PERHITUNGAN K ARAKTERISTIK AERODINAMIKA,
ANALISIS DINAMIKA DAN K ESTABILAN GERAK DUA DIMENSI
MODUS LONGITUDINAL R OKET RX 250 LAPAN
Singgih Satrio Wibowo
Dosen
Program Studi Teknik Aeronautika
Jurusan Teknik Mesin
Politeknik Negeri Bandung
e-mail: [email protected], [email protected]
Abstrak
Dalam penelitian ini dilakukan analisis dinamika dankestabilan roket RX 250 LAPAN pada modus
longitudinal. Parameter aerodinamika yang digunakan
dalam analisis diperoleh dengan menggunakan metode
Datcom dengan bantuan Digital Datcom. Sedangkansimulasi gerak dilakukan dengan MATLAB. Dalam
simulasi gerak ini, gangguan dimodelkan dengan defleksigaya dorong yang berharga konstan. Dari hasil analisis,
dapat disimpulkan bahwa roket ini stabil statik dan stabil
dinamik pada modus longitudinalnya selama tidak ada
gangguan atau jika gangguan yang terjadi cukup kecil,yaitu untuk defleksi gaya dorong kurang dari tiga derajat.
Kata kunciKestabilan roket, parameter aerodinamika, DigitalDatcom
1 PENDAHULUAN
Roket adalah sejenis sistem propulsi yang dapat
membawa bahan bakar dan oksigennya sendiri, yang
bekerja dengan prinsip momentum, yaitu dengan
memancarkan aliran massa hasil pembakaran propelan.
Pancaran aliran massa ini akan menghasilkan gaya
dorong dengan arah yang berlawanan.
Prinsip kerja roket yang sederhana ini menjadialasan banyaknya penggunaan roket sebagai wahana
pendorong, misalnya dalam pesawat antariksa ( space
shuttle) dan peluru berpandu ( guided missile).
Perkembangan teknologi roket berawal sejak abad
pertengahan di Asia [1]. Namun teori-teori mengenai penerbangan roket masih sangat sedikit. Teori
penerbangan roket mulai muncul pada awal abad ke-20.Teori-teori mengenai roket ini menjadi pendorong
pesatnya perkembangan teknologi roket abad ini, baikuntuk keperluan sipil maupun militer. Di bidang militer,
penggunaan roket sebagai persenjataan dimulai pada
masa Perang Dunia II oleh Jerman dengan pembuatan
roket V-2 [Ref. 10]. Di bidang sipil, penggunaan roketsebagai wahana peluncur dimulai sejak akhir Perang
Dunia II, yang dipelopori oleh dua negara adikuasa saatitu, Rusia dan Amerika Serikat.
Pengembangan teknologi roket terus berlanjut seiring
berjalannya waktu. Kini teknologi ini sudah menjadimilik semua bangsa. Saat ini banyak negara yang
memiliki lembaga khusus di bidang ini, yang bertujuan
melakukan penelitian dan pengembangan roket untuk
berbagai keperluan, baik militer maupun sipil.Indonesia adalah salah satu negara yang memiliki
lembaga tersebut. Penelitian dan pengembanganteknologi roket di Indonesia dilakukan oleh Lembaga
Penerbangan dan Antariksa Nasional (LAPAN).
LAPAN telah melakukan pengembangan berbagai
roket. Salah satunya adalah RX 250. Roket ini dirancangdapat ditembakkan dari darat ke udara dengan tinggi
terbang maksimum (apogee) hingga 70 km [14]. Tetapi,
dalam uji terbang yang dilakukan, tinggi terbangmaksimum yang dapat dicapai hanya berkisar 16 km [15],atau hanya 23 % dari hasil yang diinginkan dalam
perancangan.
Untuk mengetahui penyebab prestasi terbang yang
rendah ini perlu dilakukan kaji ulang terhadap semuaaspek wahana tersebut, meliputi perhitungan karakteristik
aerodinamika dan analisis mengenai dinamika dankestabilan geraknya.
Dalam upaya kaji ulang ini, LAPAN melakukan
kerjasama dengan ITB. Kajian yang dilakukan ini terbagi
menjadi dua, yaitu (1) kajian mengenai prestasi terbang
dan (2) dinamika gerak. Kajian mengenai dinamika gerak
roket RX 250 inilah yang melatarbelakangi penelitian ini.Sedangkan kajian mengenai prestasi terbang dilakukan
oleh saudara Ahmad Riyadl [21].Dalam penelitian ini akan dianalisis beberapa aspek
mengenai dinamika dan kestabilan roket RX 250 dalam
modus longitudinal. Parameter-parameter aerodinamika
yang digunakan dalam analisis diperoleh denganmenggunakan perangkat lunak Digital Datcom.
Sedangkan simulasi gerak dilakukan denganmenggunakan perangkat lunak MATLAB.
2 DASAR TEORI
Selama geraknya, roket yang bergerak dalam medan
udara akan selalu mengalami perubahan sikap. Perubahansikap ini terjadi karena adanya gaya dan momen yang
mailto:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]:[email protected]
-
8/19/2019 jbptppolban-gdl-singgihsat-3310-1-perhitun-n (1).pdf
2/9
Analisis Dinamika dan Kestabilan Gerak 2D Modus Longitudinal Roket RX 250 LAPAN Halaman 2 dari 9
bekerja pada roket, baik dari dalam maupun luar. Gayadan momen dari dalam yang dapat menimbulkan
perubahan sikap ini adalah gaya dan momen propulsi.Sedangkan gaya dan momen dari luar adalah gaya
gravitasi dan gaya serta momen aerodinamika.
Gerak roket dalam ruang tiga dimensi pada Tata
Acuan Koordinat (TAK) Inersial merupakan gerak yang
kompleks karena terdiri 6 derajat kebebasan. Persamaan
ini dapat disederhanakan dengan asumsi gerak roketmerupakan gerak pada bidang vertikal (dua dimensi)
dalam TAK Inersial, yang dinyatakan sebagai berikut(Perhatikan Gambar 2.1):
(2-1a)
(2-1b)
(2-1c)
Gambar 2-1 Skema Gerak Dua Dimensi
Pada persamaan (2-1) di atas, terlihat bahwa terdapat
dua belas variabel yang berperan dalam menentukangerak roket. Variabel-variabel tersebut adalah massa
roket (), gaya dorong ( dan ), sudut pitch ( ), percepatan gravitasi ( dan ), gaya aerodinamika ( dan ), jarak titik tangkap gaya dorong terhadap pusatmassa ( xe), laju perubahan massa (), momen inersiaterhadap sumbu-Y b (), dan momen aerodinamikaterhadap sumbu-Y b ().
Dalam penelitian ini, massa roket diasumsikan
berkurang secara konstan karena adanya pembakaran
propelan. Massa roket pada saat dihitung menurut persamaan berikut: (2-2)dengan adalah Massa awal roket dan laju
perubahan massa. Gaya dorong juga dimodelkan
berharga konstan sebagai berikut: (2-3)dimana impuls spesifik. Dalam penelitian ini, medangravitasi g akan dihitung menurut persamaan [8]:
(2-4)
dengan ( = 9.80665 m/s2) adalah percepatan gravitasiISA pada muka laut. Momen inersia roket dihitung
dengan asumsi bahwa roket terdiri atas beberapa massa
diskrit. Sedangkan gaya dan momen aerodinamikadihitung dengan menggunakan koefisien gaya dan
momen aerodinamika yang dihasilkan Digital Datcom.
Gambar 2-2 Diagram Gaya dan Momen Aerodinamika
yang Bekerja pada Roket
Roket disebut stabil statik jika dapat menghasilkan
gaya atau momen yang melawan gangguan. Denganmemperhatikan Gambar 2.2, dapat dipahami bahwa roket
dikatakan stabil statik jika menghasilkan momen, M aero
negatif akibat penambahan sudut serang, yang ekivalen
negatif. Karena itu,
disebut sebagai parameter
kestabilan statik. Jika < 0 maka berarti roket stabil statik . Sedangkan bila > 0, menunjukkan roket tidak stabil statik . Dan apabila = 0 menunjukkan roket stabil netral .
Roket dikatakan stabil dinamik jika dapat meredamosilasi yang terjadi akibat gangguan sehingga dapat
kembali ke kondisi seimbang awalnya. Cara untukmengetahui apakah roket ini dapat meredam osilasi atau
tidak, adalah dengan memecahkan persamaan gerak.
Selanjutnya, untuk menentukan kestabilan dinamik roket
akan digunakan kriteria Lyapunov [13].
3 PERHITUNGANPARAMETER
AERODINAMIKA R OKET RX 250 LAPAN
DENGAN DIGITAL DATCOM
Pada bagian ini akan dijelaskan penerapan perangkat
lunak Digital Datcom dalam perhitungan parameter
aerodinamika roket, yaitu CL, CD, dan Cm. Perangkat
lunak ini sebenarnya dibuat untuk menghitung
karakteristik aerodinamika pesawat udara. Perangkatlunak ini dipilih untuk menghitung karakteristik
aerodinamika roket karena konfigurasi roket padadasarnya serupa dengan pesawat udara. Selain itu, medan
gerak roket RX 250 LAPAN sama dengan medan gerak
pesawat udara, yaitu medan atmosfer bumi. Dengan
X
Z
i
i
Z b
b X
F
Sumbu
Longitudinal
-xe
dt
d
q
x
cmcp
V cm
T
L
D
N
F a
l
(+) aero M
-
8/19/2019 jbptppolban-gdl-singgihsat-3310-1-perhitun-n (1).pdf
3/9
Analisis Dinamika dan Kestabilan Gerak 2D Modus Longitudinal Roket RX 250 LAPAN Halaman 3 dari 9
alasan ini, roket RX 250 dapat dianggap sebagai pesawatudara, sehingga penggunaan Digital Datcom dalam
perhitungan karakteristik aerodinamika roket RX 250dapat dipertanggungjawabkan kesahihannya.
3.1
Tata Nama Roket RX 250 LAPANRoket RX 250 LAPAN merupakan salah satu tipe roket
eksperimen yang dikembangkan oleh LAPAN. Simbol
‘RX’ di depan nama roket ini adalah kependekan dariRoket eXperimen, sedangkan bilangan ‘250’
menunjukkan diameter body, yaitu 250 mm.
3.2 Geometri Roket RX 250 LAPAN
Roket RX 250 memiliki bentuk geometri seperti terlihat
pada Gambar 3.1. Geometri roket ini terdiri atas beberapa
bagian penting, yaitu hidung, tabung payload, tabungmotor, tabung sirip/ekor, dan sirip/ekor yang berjumlah
empat buah.
Gambar 3-1 Geometri Roket RX 250 LAPAN
(satuan dalam mm)
3.3 Input Digital Datcom
Sistematika atau pemodelan RX 250 sebagai input ke
Digital Datcom disarikan dari [3]. Denganmemperhatikan geometri roket ini, maka input ke Digital
Datcom dapat dimodelkan dengan dua cara, yaitu :
1. Wing-Body-Vertical Tail-Ventral Fin
Pada pemodelan ini, sirip horizontal dimodelkan
sebagai wing , sedangkan sirip vertikal yang bagian
atas dimodelkan sebagai vertical tail dan yang
bagian bawah dimodelkan sebagai ventral fin.2. Wing-Body-Horizontal Tail-Vertical Tail-Ventral
Fin
Pada pemodelan ini, sirip horizontal dimodelkansebagai horizontal tail , sedangkan sirip vertikal yang
bagian atas dimodelkan sebagai vertical tail danyang bagian bawah dimodelkan sebagai ventral fin.
Sedangkan geometri yang dimodelkan sebagai wing tidak ada, karena itu untuk pemodelan ini digunakan
luas wing nol (S w = 0 atau S w 0).Dari kedua pemodelan di atas, hanya pemodelan
pertama saja (Wing-Body-Vertical Tail-Ventral Fin)
yang dapat menghasilkan output, sedangkan pemodelan
kedua (Wing-Body-Horizontal Tail-Vertical Tail-Ventral Fin) menyebabkan proses eksekusi program
error , jadi cara yang digunakan adalah pemodelan
pertama dengan input geometri body dan airfoil sepertidisajikan pada Gambar 3.2 dan 3.3.
Gambar 3-2 Koordinat Body Roket RX 250 LAPAN
Gambar 3-3 Kurva Airfoil Roket RX 250 LAPAN
4 SIMULASI GERAK DUA DIMENSI R OKET RX 250
DENGAN MATLAB
Bagian ini berisi tentang program simulasi gerak roket
dua dimensi. Simulasi ini merupakan solusi numerik dari persamaan gerak dua dimensi yang telah dijelaskan dalam
Bab 2. Metode yang digunakan dalam mendapatkansolusi numerik persamaan gerak roket dua dimensi ini
adalah integrasi Euler.
Persamaan (2-1) dapat dimodifikasi dengan
menetapkan TAK Horizon Lokal sebagai TAK Inersial,
menjadi:
(4-1a) (4-1b)
(4-1c)
dengan dan adalah percepatan roket pada sumbu dan TAK Horizon Lokal, adalah percepatan sudut
pitch,
sudut lintas terbang,
dan
adalah gaya
hambat dan gaya angkat.
-
8/19/2019 jbptppolban-gdl-singgihsat-3310-1-perhitun-n (1).pdf
4/9
Analisis Dinamika dan Kestabilan Gerak 2D Modus Longitudinal Roket RX 250 LAPAN Halaman 4 dari 9
4.1 Metode Integrasi Numerik
Selanjutnya, persamaan (4-1) diselesaikan secara
numerik dengan integrasi Euler sebagai berikut:
(4-2a) (4-2b) (4-2c) (4-2d) (4-2e) (4-2f)
Perhitungan persamaan (4-2) ini dilakukan dengan
menggunakan selang waktu integrasi, yang sangatkecil, pada suatu waktu awal, t o dan berakhir pada waktuakhir, t stop.
Variabel yang akan diamati untuk mengetahui
kestabilan roket adalah sudut serang , sudut lintas
terbang , dan sudut sikap (pitch) , dalam selang waktu
sejak roket diluncurkan hingga propelan habis (t b = 9detik). Karena itu, selang waktu yang akan digunakan
dalam simulasi ini adalah dari t o = 0 hingga t stop = 15detik.
Hasil perhitungan ini akan semakin teliti jika selang
waktu integrasi, semakin kecil. Tetapi, proses perhitungan menjadi semakin lambat. Karena itu,
pemilihan yang sesuai, dapat menghasilkan solusiyang akurat dengan proses perhitungan yang cukup
cepat. Dengan alasan tersebut, dalam simulasi gerak
dengan MATLAB ini digunakan = 0.01 detik.4.2
Algoritma Program SimulasiDalam program simulasi, koefisien gaya dan momen
aerodinamika diperoleh dengan melakukan interpolasilinear terhadap hasil perhitungan Digital Datcom.
Sementara, simulasi gerak dilakukan denganmenggunakan persamaan (4-1) dan (4-2). Dengan
demikian, algoritma program simulasi dapat disusun
sebagai berikut :
Pada saat t o, tentukan input (harga awal):
F x, F z , M , I yy, X i, Z i, V x, V z , , , xe, g , , D, L, M aero;
Selama t t stop dan stop lakukan :
Selama roket bergerak pada peluncur, hitung :
= 0; = o;
t = t + t ; persamaan (4-1); persamaan (4-2);
interpolasi CL, CD, Cm;
M , D, L, M aero, I yy, xe, g (h), (h);Setelah roket lepas dari peluncur, hitung :
t = t + t ; persamaan (4-1); persamaan (4-2);
interpolasi CL, CD, Cm;
M , D, L, M aero, I yy, xe;
g (h), (h);
Selesai
5 ANALISIS HASIL PERHITUNGAN DAN SIMULASI
Dalam bagian ini akan dibahas data hasil perhitungan parameter aerodinamika dan kestabilan roket RX 250
LAPAN dari Bagian 3, serta hasil simulasi gerak roketdua dimensi dari Bagian 4.
5.1
Analisis Hasil Perhitungan Digital Datcom
(a) Pengaruh Bilangan Mach
Perubahan bilangan Mach berpengaruh terhadap
perubahan , , dan . Hal ini dapat dilihat padaGambar 5.1, 5.2, dan 5.3. Dari Gambar 5.1 terlihat bahwa
pada bilangan Mach < 1, harga CD menurun seiring
bertambahnya bilangan Mach. Kemudian naik pada
interval bilangan Mach 0.9 dan 1.5. Harga kembaliturun pada harga bilangan Mach > 1. Harga juga
berubah dengan berubahnya tinggi terbang. Semakin
besar tinggi terbang, semakin besar pula harga .
Gambar 5-1 Grafik CD terhadap Bilangan Mach untuk
Berbagai Tinggi Terbang
Gambar 5-2 Grafik CL terhadap Bilangan Mach untuk
Berbagai Tinggi Terbang
Perubahan ini disebabkan adanya komponen ,yaitu (koefisien gaya gesek) yang semakin besarseiring dengan bertambahnya tinggi terbang. Koefisien
gaya gesek ini berkaitan dengan adanya lapisan batas di
dekat permukaan roket [17]. Pada [17], ditunjukkan
hubungan antara
dengan bilangan Reynold, yaitu
berbanding terbalik dengan akar bilangan Reynold.Sedangkan bilangan Reynold untuk kecepatan terbang
konstan berkurang seiring dengan bertambahnya tinggi
-
8/19/2019 jbptppolban-gdl-singgihsat-3310-1-perhitun-n (1).pdf
5/9
Analisis Dinamika dan Kestabilan Gerak 2D Modus Longitudinal Roket RX 250 LAPAN Halaman 5 dari 9
terbang. Karena itu, bertambah besar seiring dengan bertambahnya tinggi terbang
Gambar 5-3 Grafik Cm terhadap Bilangan Mach untuk
Berbagai Tinggi Terbang
Perubahan terhadap bilangan Mach dapat dilihat pada Gambar 5.2. Pada gambar ini terlihat bahwa naiksampai bilangan Mach = 0.7, dan kemudian turun untuk > 0.7. Dari gambar ini juga terlihat bahwa relatifkonstan terhadap perubahan tinggi terbang.
Perubahan terhadap bilangan Mach serupadengan . Pada Gambr 5.3 terlihat bahwa turunsampai bilangan Mach = 0.7 dan kemudian naik untuk
bilangan Mach > 0.7. Dari gambar terlihat bahwa relatif tetap meskipun tinggi terbang berubah.
(b) Pengaruh Sudut SerangPada Gambar 5.4 terlihat bahwa harga C
D cenderung
simetrik terhadap sudut serang nol. Dari gambar ini juga
dapat dilihat bahwa harga CD untuk bilangan Mach < 1
dan sudut serang < -20o atau > 20
o cukup kecil, yaitu
kurang dari 0.5. Sementara dalam interval sudut serang
yang sama, harga CD untuk bilangan Mach > 1 sangat besar, yaitu lebih dari 0.5. Secara umum dapat dilihat
bahwa harga CD bertambah seiring bertambahnya sudutserang dan bilangan Mach.
Gambar 5-4 Grafik CD terhadap Sudut Serang
untuk Berbagai Bilangan Mach
Pada Gambar 5.5 dapat dilihat bahwa harga CL
bertambah seiring bertambahnya sudut serang dan bilangan Mach. Dari gambar ini juga dapat dilihat batas
sudut serang dimana variasi CL tidak lagi bertambah
seiring bertambahnya sudut serang. Sudut serang dimanaCL tidak lagi naik ini didefinisikan sebagai sudut serang
stop, stop. Dari gambar terlihat bahwa untuk bilangan
Mach < 1 harga stop ini sekitar 20o, sedangkan untuk
bilangan Mach > 1 harga stop sekitar 40o. Sudut serang
stop ini digunakan sebagai batas dihentikannya simulasi
gerak roket, jika sudut serang sudah mencapai hargatersebut. Simulasi dihentikan karena untuk > stop
harga parameter aerodinamika hasil perhitungan DigitalDatcom sudah tidak valid lagi. Kesalahan perhitungan
Digital Datcom untuk ini dapat dilihat dari harga CD yangtidak simetrik pada interval sudut serang tersebut.
Misalnya untuk Mach = 3, harga CD pada = -42o tidak
sama dengan harga CD pada = 42o. Seharusnya, harga
CD pada sudut serang tersebut berharga sama karena
geometri roket RX 250 simetri terhadap sumbulongitudinalnya.
Gambar 5-5 Grafik CL terhadap Sudut Serang
untuk Berbagai Bilangan Mach
Variasi Cm terhadap sudut serang dapat dilihat padaGambar 5.6. Pada gambar ini terlihat bahwa harga Cm
menurun seiring bertambahnya sudut serang sampai padasuatu sudut serang tertentu. Untuk bilangan Mach < 1,
harga Cm menurun dari sudut serang – 18o hingga sudut
serang sekitar 18o. Pada interval ini dapat dilihat bahwa
turunan Cm terhadap sudut serang, adalah negatif.Sesuai dengan kriteria kestabilan statik longitudinal,maka pada interval ini roket stabil statik. Sedangkan
untuk sudut serang, < – 18o atau > 18
o, diperoleh
harga
positif, yang menunjukkan bahwa roket tidak
stabil statik. Untuk bilangan Mach > 1, interval kestabilan bertambah seiring bertambahnya bilangan Mach. Untuk bilangan Mach 1.5, interval kestabilan adalah pada sudut
serang – 30o sampai 30
o. Sementara untuk bilangan Mach
> 1.5 interval kestabilan berada dalam sudut serang – 40o
sampai 40o.
-
8/19/2019 jbptppolban-gdl-singgihsat-3310-1-perhitun-n (1).pdf
6/9
Analisis Dinamika dan Kestabilan Gerak 2D Modus Longitudinal Roket RX 250 LAPAN Halaman 6 dari 9
Gambar 5-6 6 Grafik Cm terhadap Sudut Serang
untuk Berbagai Bilangan Mach
(c) Pengaruh Posisi Center of M ass
Perubahan posisi center of mass hanya berpengaruh
terhadap Cm tetapi tidak berpengaruh terhadap CD dan
CL. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 5.7. Semakin besar posisi cm (semakin dekat dengan ekor), semakin besar(positif) pula harga Cm. Meskipun harga Cm ini berubah,
namun harga perubahannya kecil. Perubahan harga Cm
yang kecil ini tidak terlalu berpengaruh terhadap
kestabilan roket.Dari Gambar 5.7 juga dapat dilihat bahwa perubahan
bilangan Mach berpengaruh terhadap harga Cm. Di siniterlihat bahwa untuk bilangan Mach < 1, harga Cm
semakin negatif seiring bertambahnya bilangan Mach.Tetapi, untuk bilanga Mach > 1 berlaku sebaliknya, yaitu
harga Cm semakin positif seiring bertambahnya bilangan
Mach.
Gambar 5-7 Grafik Cm terhadap Posisi c g
untuk Berbagai Bilangan Mach
5.2 Analisis Hasil Simulasi
(a) Pengaruh Sudut Defleksi Gaya Dorong
Pengaruh sudut defleksi gaya dorong sangat besar
terhadap kestabilan gerak roket. Ini dapat dilihat padaGambar 5.8 sampai dengan 5.10. Pada gambar tersebut
terlihat bahwa semakin besar defleksi gaya dorong,semakin besar pula gangguan pada sudut serang dan
terlihat bahwa untuk defleksi – 3 derajat dan 3 derajat,roket dapat meredam isolasi yang terjadi. Ini
menunjukkan bahwa roket memenuhi kriteria kestabilanLyapunov (roket stabil dinamik).
Gambar 5-8 Grafik Hasil Simulasi padaSudut Defleksi Gaya Dorong -3 Derajat
0 2 4 6 8 10 12 14 16-10
0
10
20Sudut Serang vs Waktu
0 2 4 6 8 10 12 14 1680
90
100
110Sudut Lintas Terbang vs Waktu
0 2 4 6 8 10 12 14 1680
90
100
110Sudut Sikap vs Waktu
( d e r a j a t )
( d e r a
j a t )
( d e r a j a t )
Waktu (detik)
0 2 4 6 8 10 12 14 160
1000
2000
3000
4000
M o m e n G a y a
D o r o n g ( N m )
Grafik Momen Gaya Dorong vs Waktu
0 2 4 6 8 10 12 14 16-10000
-5000
0
5000
Waktu (detik)
M o m e n A e r o d i n a m i k a ( N m )
Grafik Momen Gaya Aerodinamika vs Waktu
0 2 4 6 8 10 12 14 16-10
-5
0
5
10Sudut Serang vs Waktu
(
d e r a j a t )
0 2 4 6 8 10 12 14 16
45
50
55
60Sudut Lintas Terbang vs Waktu
( d e r a j a t )
0 2 4 6 8 10 12 14 1645
50
55
60Sudut Sikap vs Waktu
Waktu (detik)
( d e r a j a t )
-
8/19/2019 jbptppolban-gdl-singgihsat-3310-1-perhitun-n (1).pdf
7/9
Analisis Dinamika dan Kestabilan Gerak 2D Modus Longitudinal Roket RX 250 LAPAN Halaman 7 dari 9
Gambar 5-9 Grafik Hasil Simulasi pada
Sudut Defleksi Gaya Dorong 0 Derajat
Gambar 5-10 Grafik Hasil Simulasi pada
Sudut Defleksi Gaya Dorong 3 Derajat
5.3 Trayektori (Lintas) Terbang
Berikut ini akan disajikan perbandingan trayektori
terbang roket RX 250 hasil uji terbang LAPAN denganhasil simulasi dalam penelitian penelitian ini. Trayektori
hasil uji terbang LAPAN disajikan dalam Gambar 5.11sedangkan trayektori hasil simulasi disajikan dalam
Gambar 5.12, Gambar 5.13, dan Gambar 5.14. Simulasidilakukan dengan panjang peluncur 10 meter dan
berbagai sudut peluncuran (sudut elevasi).
Gambar 5-11 Trayektori Roket RX 250 LAPAN hasil
Uji Terbang LAPAN [14]
Gambar 5-12 Trayektori Roket RX 250 LAPAN hasil
Uji Terbang LAPAN
Gambar 5-13Trayektori Roket RX 250 LAPAN hasilSimulasi Dengan l p = 10 m, = 3
o
Gambar 5-14 Trayektori Roket RX 250 LAPAN hasil
Simulasi Dengan l p = 10 m, = 0o
0 2 4 6 8 10 12 14 16
-1
-0.5
0
0.5
1
M o m e n G a y a D o r o n g ( N m )
Grafik Momen Gaya Dorong vs Waktu
0 2 4 6 8 10 12 14 16-5000
0
5000
Waktu (detik)
M o m e n A e r o d i n a m i k a ( N m )
Grafik Momen Gaya Aerodinamika vs Waktu
0 2 4 6 8 10 12 14 16-20
-10
0
10Sudut Serang vs Waktu
0 2 4 6 8 10 12 14 1660
70
80
90Sudut Lintas Terbang vs Waktu
0 2 4 6 8 10 12 14 1660
70
80
90Sudut Sikap vs Waktu
( d e r a j a t )
( d e r a j a t )
( d e r a j a t )
Waktu (detik)
0 2 4 6 8 10 12 14 16-4000
-3000
-2000
-1000
0
M o m e n G a y a D o r o n g ( N m )
Grafik Momen Gaya Dorong vs Waktu
0 2 4 6 8 10 12 14 16-4000
-2000
0
2000
4000
6000
8000
Waktu (detik)
M o m e n A e r o d i n a m i k a ( N
m )
Grafik Momen Gaya Aerodinamika vs Waktu
-
8/19/2019 jbptppolban-gdl-singgihsat-3310-1-perhitun-n (1).pdf
8/9
Analisis Dinamika dan Kestabilan Gerak 2D Modus Longitudinal Roket RX 250 LAPAN Halaman 8 dari 9
Gambar 5-15 Trayektori Roket RX 250 LAPAN hasil
Simulasi Dengan l p = 10 m, = -3o
(b) Pengaruh Sudut Peluncuran
Perubahan sudut peluncuran berpengaruh terhadapkestabilan roket. Semakin tinggi sudut peluncuran,
semakin kecil simpangan yang terjadi pada sudut serangsesaat setelah lepas dari peluncur.
Simpangan sudut serang ini terjadi karena sesaatsetelah roket lepas dari peluncur, sudut sikap roket masih
sama dengan sudut peluncuran, tetapi sudut lintas
terbangnya sudah berubah, dan memiliki harga kurang
dari sudut peluncuran. Simpangan yang terjadi pada sudutserang ini cukup kecil sehingga roket dapat melawan
osilasi yang terjadi.
(c) Pengaruh Panjang PeluncurPerubahan panjang peluncur relatif tidak berpengaruh
terhadap kestabilan roket. Secara teoritis, perubahan
panjang peluncur akan berpengaruh terhadap kestabilangerak roket. Hal ini dapat dijelaskan sebagai berikut,
penambahan panjang peluncur akan menyebabkan
bertambahnya waktu lepas roket dari peluncur.Bertambahnya waktu ini sebanding dengan
bertambahnya kecepatan roket saat meninggalkan peluncur. Sementara, seperti telah dijelaskan pada pasal
(c), sudut serang akan bertambah pada saat roket
meninggalkan peluncur.
(d) Pengaruh Waktu Gangguan
Waktu gangguan (waktu ketika gangguan mulai terjadi),
berpengaruh besar terhadap kestabilan roket. Hal ini
dapat dijelaskan sebagai berikut. Roket akan mengalami penambahan kecepatan seiring bertambahnya waktu,
ketika gaya dorong masih bekerja, atau dalam selangwaktu pembakaran propelan. Ketika roket mengalami
gangguan defleksi gaya dorong, roket akan melawan
dengan menghasilkan momen aerodinamik. Sedangkan
momen aerodinamik berbanding lurus dengan kuadrat
kecepatan. Jadi dapat disimpulkan bahwa semakin besar
waktu gangguan, semakin besar pula momenaerodinamik yang dihasilkan untuk melawan gangguan
tersebut, sehingga amplitudo osilasi pada sudut serangmenjadi berkurang.
6 K ESIMPULAN DAN SARAN
6.1
Kesimpulan
Dari analisis yang telah dilakukan pada bagian-bagian
sebelumnya, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :
(a)
Secara aerodinamis, roket RX 250 memenuhi syaratkestabilan statik longitudinal dalam interval sudut
serang tertentu. Ini terlihat pada harga yangnegatif. Untuk kecepatan subsonik, roket ini stabil
statik dalam interval sudut serang antara – 20o sampai
20o. Batas sudut serang ini bertambah untuk
kecepatan supersonik, yaitu dalam interval – 30o
sampai 30o pada bilangan Mach 1 sampai 2.
Sedangkan pada bilangan Mach lebih dari 2, interval
sudut serang ini adalah – 40o sampai 40
o.
(b) Sudut peluncuran, berpengaruh terhadapkestabilan gerak roket sesaat setelah roket
meninggalkan peluncur. Semakin besar sudut
peluncuran, semakin kecil simpangan yang terjadi pada sudut serang sesaat setelah meninggalkan peluncur.
(c) Sudut defleksi gaya dorong, berpengaruh besarterhadap kestabilan gerak roket. Semakin besar semakin besar simpangan sudut serang yang terjadi.
(d) Pengaruh perubahan panjang peluncur, sangatkecil terhadap kestabilan roket, meskipun secara
teoritik ada.
(e) Waktu terjadinya defleksi gaya dorong, t gangguan juga berpengaruh terhadap kestabilan roket. Semakin awal
waktu terjadinya gangguan semakin besar simpanganyang terjadi pada sudut serang.
6.2 Saran
Setelah mengkaji ulang proses dan hasil dari analisis
yang telah dilakukan, ada beberapa saran yang dapat
disampaikan, baik kepada pihak yang berkaitan dengan
industri roket, khususnya LAPAN, maupun pihak yang berminat untuk melakukan kajian di bidang peroketan,
berikut ini :(a) Perlu adanya uji terhadap gaya dorong yang
dihasilkan roket RX 250 LAPAN apakah berimpit
dengan sumbu longitudinal roket ( = 0) atau tidak( 0).
(b) Analisis yang telah dilakukan dalam penelitian ini
dapat dikembangkan lebih lanjut untuk analisis geraktiga dimensi.
(c) Analisis gerak dua dimensi dengan memasukkan
unsur gangguan lain (kecepatan dan arah angin,
pengaruh elast isitas struktur roket, dan sudut pasangsirip ekor) dapat dijadikan sebagai bahan penelitian
selanjutnya.(d) Diperlukan pengukuran-pengukuran untuk
mendapatkan perilaku dinamik roket di atas peluncur, misalnya dengan memasang high speedcamera pada saat roket meluncur.
-
8/19/2019 jbptppolban-gdl-singgihsat-3310-1-perhitun-n (1).pdf
9/9
Analisis Dinamika dan Kestabilan Gerak 2D Modus Longitudinal Roket RX 250 LAPAN Halaman 9 dari 9
R EFERENSI
[1] Cornelisse, J. W. Rocket Propulsion and
Spceflight Dynamics. Pitman Publishing ltd.
London, 1979.
[2] Nielsen, J. N. Missile Aerodynamics. McGraw-
Hill. American Institute of Aeronautics andAstronautics. New York, 1960.
[3] Williams, J. E. The USAF Stability and Control
Digital Datcom-Volume I . Airforce Flight
Dynamics Laboratory Wright-Patterson Air Force
Base. Ohio, 1979.
[4] Meriam, J. L. and Kraige, L. G. Engineering
Mechanics Volume One. John Wiley & Sons, Inc.
USA, 1993.
[5] Muhammad, Hari. Catatan Kuliah Teknik Pengukuran Terbang . Jurusan Teknik
Penerbangan ITB.[6] Blakelock, J. H. Automatic Control of Aircraft
and Missiles. John Wiley & Sons, Inc. USA,1991.
[7] Hanselman, D and Littlefield, B. The Student Edition of MATLAB Version 5 User’s Guide.
Prentice Hall. New Jersey, 1997.
[8] Ruijgrok, G. J. J. Elements of Airplane
Performance. Delft University Press, 1990.
[9] Jenie, Said D. Manual Perancangan Roket
Kendali. Pusat Roket dan Satelit, Lembaga
Penerbangan Antariksa Nasional, 1990.
[10] Dornberger, Walter. V-2 & Hitler . PT PustakaUtama Grafiti. Jakarta. 1989.
[11] Jenie, Said D. dan Muhammad, Hari. MekanikaTerbang Lintasan Roket . Laboratorium
Aerodinamika Pusat Antar Universitas – IlmuRekayasa ITB. Bandung, 1987.
[12] Muhammad, Hari. Catatan Kuliah DinamikaTerbang . Jurusan Teknik Penerbangan ITB.
[13] Hughes, Peter C. Spacecraft Attitude Dynamics.
John Wiley & Sons, Inc. USA, 1996.
[14]
Anon. Data Roket RX 250. LAPAN.
[15] Anon. Desain Wahana RX 250. LAPAN.
[16] Anon. Motor Roket RX 250. LAPAN.
[17] Anderson, John D. Fundamental of
Aerodynamics. John Wiley & Sons, Inc. USA,
1992.
[18] LaBudde, V. Edward. A Design Procedure for Maximazing Altitude Performance. NARAM,
1999.
[19] Menon, P. K. and Yosefpor, M. Design of
Nonlinear Autopilots for High Angle of Attack .Optimal Synthesis, 1996.
[20] Dasril, Iqbal F. Analisis Kestabilan Statik Matra Longitudinal Pesawat Udara Wing-In-Surface-
Effect Konfigurasi NWIG10B-WING11. LaporanTugas Sarjana, Departemen Teknik Penerbangan,
Fakultas Teknologi Industri, ITB. Bandung, 2001.
[21] Riyadl, Ahmad. Perhitungan Karakteristik
Aerodinamika dan Analisis Prestasi Terbang Roket RX 250 LAPAN . Laporan Tugas Sarjana,
Departemen Teknik Penerbangan, Fakultas
Teknologi Industri, ITB. Bandung, 2002.
[22] Iskandar, Tulus. Desain Lintasan Antar Planet Bumi – Pluto (Misi Fly-By). Laporan Tugas
Sarjana, Departemen Teknik Penerbangan,
Fakultas Teknologi Industri, ITB. Bandung, 2001.