RISET AERODINAMIKA PESAWAT TERBANG DENGAN CFD

Desain pesawat terbang merupakan suatu kegiatan yang cukup menantang dan menjadi passion bagi sebagian orang. Dalam tahap desainya, pesawat terbang terdiri dari proses-proses yang cukup panjang seperti conceptual design, preliminary design, detail design hingga desain untuk proses produksinya.

Cukup banyak terdapat buku-buku terkait dasar-dasar desain aerodinamika pesawat terbang, mulai dari teori pemilihan airfoil, penentuan ukuran sayap (span, chord, twist dll) hingga teori tentang interaksi antar komponen misalkan interaksi antara aliran propeller dengan sayap, interaksi fuselage dengan sayap, interaksi sayap dengan empenage dan lain sebagainya. Namun, teori-teori tersebut sangatlah umum dan kadang membutuhkan ketelitian dan pekerjaan yang ekstra untuk memperoleh konfigurasi yang optimal dari semua interaksi-interaksi tersebut.

Terlebih lagi, untuk pesawat dengan sayap non konvensional seperti adanya winglet, swept-back, sayap delta, ataupun dengan twist tertentu, teori-teori yang sudah ada kadang tidak cukup untuk mendeskripsikan permasalahan-permasalahan tersebut.

Di sisi lain, untuk mendapatkan analisa yang lebih komprehensif seperti aerodinamika karena interaksi-interaksi yang telah dijelaskan diatas serta konfigurasi-konfigurasi yang unik biasa digunakan metode eksperimen menggunakan wind tunnel. Metode ini cukup baik dalam menghasilkan data yang akurat, namun cenderung tidak fleksibel karena kita harus membuat model fisiknya terlebih dahulu yang mana membutuhkan waktu dan biaya.

Salah satu metode yang sudah berkembang dengan cukup cepat sebagai pertengahan antara metode analitis dengan eksperimen adalah menggunakan computational fluid dynamics (CFD). Metode yang sudah digunakan oleh NASA sejak tahun 1970an untuk mendesain pesawat supersonik tersebut mampu merepresentasikan model pesawat terbang secara keseluruhan tanpa penyederhanaan fitur-fitur utamanya sehingga mampu memprediksi performa aerodinamika secara lebih komprehensif. Kemudian, metode CFD ini sangatlah fleksibel dibandingkan dengan eksperimental, karena model yang harus kita buat hanyalah model virtual yang dibuat menggunakan komputer. Metode ini sering kali disebut juga dengan eksperimen numerik.

Meskipun riset menggunakan CFD dapat dilakukan secara independent, yaitu tidak perlu dibandingkan dengan data eksperimen (bahkan desain peralatan uji laboratorium sering kali didesain menggunakan metode CFD ini), tidak jarang juga hasil CFD dibandingkan dengan eksperimen lab. Sebagai contoh hasil uji CFD winglet pesawat boeing 737 yang kami bandingkan dengan hasil uji wind tunnel di laboratorium yang kami bandingkan nilai L/D nya terhadap sudut serang sebagai berikut:

Dari hasil perbandingan di atas, dapat dilihat hasil yang diperoleh dari simulasi CFD dan eksperimen wind tunnel memiliki trend dan nilai yang berdekatan. Dapat dilihat pula bahwa simulasi CFD mampu memprediksi aliran stall yang terjadi tidak seprti perhitungan analitis yang hanya terbatas pada aliran sebelum stall.

Selain perhitungan-perhitungan dasar seperti gaya angkat, drag, moment, lift-to-drag ratio dll, dapat juga dianalisis bagian-bagian lain yang cukup detail seperti aliran pada landing gear, aliran sekitar engine UAV, atau aliran stall dan vortex sebagai contoh:

simulasi pada landing gear
simulasi CFD aliran sekitar engine UAV
simulasi CFD stall pada airfoil NACA 2412
simulasi CFD stall pada pesawat cesna 172
distribusi tekanan pada permukaan sayap dan fuselage UAV MALE
distribusi tekanan pada permukaan sayap dengan winglet
pola aliran streamline pada sekitar sayap pesawat terbang
vortex core region pada sekitar winglet pesawat terbang
distribusi tekanan pada permukaan pesawat UAV blended wing-body

Selain memprediksi karakteristik aerodinamika pada aliran diluar pesawat, CFD juga dapat digunakan untuk menganalisis reaksi kimia seperti pembakaran pada ruang bakar (combustion chamber) mesin pesawat terbang sebagai berikut:

Software simulasi ini tidak terbatas pada aliran fluid aerodinamika, terdapat juga metode untuk menghitung kekuatan struktur yaitu Finite Element Method (FEM) misalkan untuk menghitung kekuatan struktur sayap pesawat terbang sebagai berikut:

BY: CAESAR WIRATAMA

Kami dapat memberikan solusi riset desain pesawat terbang menggunakan software CFD maupun FEA yang dikerjakan oleh para engineer expert kami. Selengkapnya pelajari di sini untuk CFD dan di sini untuk FEA.

Velocity consulting merupakan jasa layanan dibawah aeroengineering.co.id dengan berbagai jenis solusi, mulai dari drafting CAD, pembuatan animasi, simulasi aliran dengan CFD dan simulasi struktur dengan FEA. Pelajari selengkapnya di sini.

Author: Caesar Wiratama

caesar@aeroengineering.co.id 0815-4806-5205

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *