WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

download WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

of 588

Transcript of WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    1/587

    Airfoil,

    propeler,

    fan,

    dan

    rotor

    5.1

    Airfoil

    Airfoil

    adalah bentuk aerodinamik

    yang

    dianggap sangat efektif untuk

    menghasilkan

    gaya

    angkat

    (lift).

    Sebagai contoh sebuah airfoil adalah

    penampang

    potongan

    sayap dengan bidang sejajar

    kecepatan

    terbang

    (arus

    bebas) dan tegak

    lurus

    sayap

    (lihat

    Gambar 5.1).

    Sayap adalah

    bagian

    pesawat

    terbang

    yang

    berfungsi menghasilkan

    gayaangkat

    (lift).

    Gaya angkat

    yang

    dihasilkan

    itu

    te{adi

    karena

    gaya

    tekanan di bawah

    lebih

    besar

    daripada

    gaya

    tekanan

    di atas

    airfoil.

    Gaya angkat harus lebih

    besar

    atau sekurang-kur:mgnya sama

    dengan

    berat

    pesawat

    terbang

    dan

    muatannya, supaya dapat

    mengangkat

    pesawat

    terbang dari

    permukaan

    tanah atau terbang datar.

    Tepl belakang

    r8y8p

    Saya

    p

    Tepl depen

    'tysP

    Bldang

    reJajar

    Co

    dan tegak

    lurus

    rayap

    Gambar 5.1 Airfoil, bentuk

    penampang potongan

    antara sayap

    dengan

    bidang sejajar

    kecepatan

    arus bebas dan tegak lurus

    pada

    sayap

    (Ce

    adalah kecepatan angin relatif

    terhadap

    pesawat,

    sama dengan tetapi bedawanan arah dengan kecepatan terbang).

    Sayap

    juga

    dinamai

    penguat gaya

    dorong

    (thrust

    amplifer),

    karena

    gaya

    angkat

    yang dihasilkan

    dapat

    beberapakali lebih

    besar

    daripadagayatahan(drag)yang

    harus

    diatasi oleh

    gaya

    dorong

    motor

    propulsi.

    Nomenklatur

    dan cara menggambar

    airfoil

    dapat dilihat

    pada

    Gambar

    5.2.

    Airfoil,

    propeler,

    fan, dan rotor

    79

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    2/587

    I

    I

    l

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    3/587

    garis

    kamber

    dan

    garis

    korda,

    diukur

    pada garis

    tegak lurus

    garis

    korda. Letak

    kamber maksimum

    dari

    tepi

    depan sangat

    penting

    dalam

    menentukan

    karakteristik

    aerodinamika sebuah

    airfoil.

    Banyak usaha

    dilakukan untuk

    menggeser

    letak

    kamber

    maksimum ke

    depan untuk

    menaikkan

    gaya

    angkat

    (Cr,n"r").

    Kamber,

    bentuk

    garis

    kamber

    rata-rata,

    dan

    juga

    distribusi

    tebal airfoil

    sangat menentukan

    karakteristik

    gaya

    angkat

    dan

    momen airfoil. Tebal maksimum sebuah

    airfoil

    adalah

    jarak

    maksimum

    arrtara

    permukaan

    atas

    dan

    permukaan

    bawah.

    Radius lingkaran

    yang

    melaluitepi

    depan

    merupakan

    ukuran

    ketajaman

    tepi

    depan;

    biasanya

    }-ZYokorda. Titik

    pusat

    lingkaran

    tersebut

    terletak

    pada garis

    singgung

    garis

    kamber rata-rata

    yang

    melalui

    tepi

    depan.

    Berdasarkan

    pertimbangan

    di atas

    maka ukuran dan

    bentuk

    airfoil dinyatakan

    dengan

    nomor

    seri

    seperti

    tersebut

    di bawah

    ini.

    1.

    Seri

    'empat

    digit',

    misalnya

    ylc

    0d

    0

    4,2

    ylc

    CA

    A 2

    415

    I

    I

    -L

    tebrlmakslmum=l57rkorda,uc

    I I kamber nakslmum

    terl€trk

    I

    pidr

    Jrrsk

    407.

    korda dari tepl depsn

    I

    kamber maksimum=

    2o%

    korda

    0,1

    0

    -0,t

    0 0,2 0,4

    0,6

    2.

    Seri

    'lima

    digit'

    dan seri

    -

    I

    NACA

    2

    30

    0

    0,2

    0,4

    0,6

    0,8

    1,0

    x/c

    (r(AcA t6-I12

    tebal maksimum

    =

    l2o/o kotda

    garis kamber rats-ruta berimpil

    dengan

    garis

    korda

    kamber

    maksimum

    =

    07o kords

    (airfoil simekis;

    '

    tebal

    msksimum

    =

    l57o kords

    Letrk

    kembcr

    naksiduE

    dsri aepi

    deprn=S

    xkorda

    02x

    e

    =czYangdirancang

    d(?$,

    q6

    r

    tdd.

    mrrd

    0012

    llL

    lL-

    L-

    l5

    I I

    T-

    ..t.rmkftru= ,z.ako'*

    I

    I

    kwfuicn

    lift

    mcurgm'

    cr

    =

    o'2

    :

    hlrt

    lclrmn Eldmum d.rl l.pl

    IL

    Airfoil,

    propeler,

    fan, dan

    rotor.

    81

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    4/587

    Airfoil

    ini

    dirancang

    untuk memperoleh

    Cr-,k,

    yang

    lebih tinggi dari airfoil

    empat

    digit,

    yaitu

    dengan

    mendekatkan letak

    kamber maksimum

    ke

    tepi depan.

    Sedangkan seri

    -

    I menunjukkan

    airfoil

    dengan

    garis

    kamber

    yang

    dirancang

    untuk

    menghasilkan

    perbedaan

    tekanan

    sepanjang

    garis

    korda

    yang

    uniform.

    Jenis

    airfoil

    ini

    banyak digunakan

    pada propeler'kapal

    (untuk

    menghindari

    kavitasi),

    dan

    propeler

    pesawat

    terbang

    (untuk

    memperlambat

    terjadinya

    gelombang

    kejut).

    3.

    Seri-6

    Airfoil

    ini

    dirancang

    sebagai:

    airfoil

    laminar; untuk

    kecepatan

    tinggi;

    memindalrkan

    letak tebal

    maksimum

    ke belakang

    dan

    mengurangi

    radius

    lingkaran

    tepi

    depan;

    di

    sekitar

    CdnE dirancang

    dapat

    diperoleh

    Cp

    yang

    lebih rendah,

    terutama

    dalam daerah

    CtYa;l'E

    rendah.

    Contoh:

    6 4-212

    'ir"

    0,2

    4. Airfoil

    superkritis

    I IL*'*kr'm=r?

    rordr

    I

    I

    koellslen

    llft

    rrncargrn

    =

    {r,2

    I

    tckrtru

    mltrlmum

    prdrJrnk

    407. kordr drrl trpl

    dcpu

    Damor

    srl 6

    GA

    (W)-t

    -fl

    tt

     

    I

    whtrmmb

    I

    c*rerl ariatlon

    -T

    --E--

    tebrl mrkrimum

    =

    l7o/"

    korda

    Cr

    =

    0,4

    roEputr

    I

    Dirancang untuk

    menghasilkan

    Cr,o,u

    yang

    tinggi

    darr

    CD

    yang

    lebih rendah

    pada

    Cyyang

    tinggi.

    Untuk

    (t/c) yangsama

    airfoil

    ini

    dapat

    bekerja

    pada

    bilangan

    Mach

    yang

    lebih

    tinggi,

    tanpa kenaikan Co yang

    berarti,

    daripada

    airfoil

    kometsial

    (drag

    divergence

    March Number

    yang

    lebih tinggi

    daripada

    airfoil

    konvensional).

    NACA

    ata,

    LS(l)-04

    l7

    82

    Wiranto

    Arismrmandar,

    Pengantar

    turtin

    gas

    dan

    motor

    ptopulsi

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    5/587

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    6/587

    Tepi

    deprn'..

    .zTepi

    bchkeng

    M-,

    =

    momen

    tukik

    *

    ai titik r

    Gambar

    5.4

    Terjadinya

    momen

    pada

    airfoil

    Pada Gambar

    5.4

    ditunjukkan

    Pr

    dan

    P2,

    berturut-turut

    menyatakan

    gayaymg

    terjadi

    karena

    tekanan

    pada

    permukaan atas

    dan

    pada

    permuknn bawah

    dari

    sayap.

    Titik

    tangkap

    gayaPr

    dan

    P2

    berturut-turut

    ada pada

    titik I

    dan

    2'

    Resultan

    gayapadapermukaan

    atas

    dan

    permukaan bawah

    airfoil

    inilah

    yang

    disebut

    giya

    aerodinamika,

    R,

    yang

    dapat

    diuraikan

    menjadi

    gaya

    angkat

    (lift),

    L,

    dan

    gayi

    iahan

    (drag),

    D.

    Titik tangkap

    gaya

    R

    atau

    L

    pada

    airfoil

    dinamai

    pusat

    tekanan

    (center

    of

    pressure),

    terletak

    pada

    jarak

    x"odzitepi

    depan.

    Maka momen di

    sembarang

    titik,

    t,

    pada

    airfoil

    adalah

    M,=

    -(x*-

    x\L

    danuntukx=xcp,Mx:0

    Momen

    di

    tepi depan

    didefinisikan

    I .r

    Mro:;N6c'Cu*

    z

    jika

    c

    =

    panjang

    korda

    atau

    luas bidang

    airfoil

    persatuan

    panjang Maka

    koefisien

    momen

    pada

    tePi dePan,

    Mrn

    "MrD

    irce",

    Dengan

    demikian

    apabila

    r dinyatakan

    dalam

    fraksi

    dari

    korda,

    atau

    untuk

    setiap

    satuan

    panjang korda,

    Cu,=

    - (x*-

    x)C1

    M

    C,r,

    =

    -x"pCt

    84 Wiranto

    Arismrurandar,

    Pengantar

    turbin

    gas dan motor

    prcpulsi

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    7/587

    Biasanya

    untuk

    airfoil subsonik,

    ditetapkan momen

    terhadap titik

    pada

    garis

    korda,

    pada

    jarak

    @/$

    dantepi

    depan,M"1a.

    Tetapi

    M"uadalah

    fungsi

    dari o,

    seperti

    juga

    halnya momen

    terhadap

    titik-titik

    yang

    lain,

    kecuali terhadap

    suatu titik

    tertentu

    pada

    airfoil.

    di

    mana

    pada

    titik

    tersebut

    momen

    tidak

    berubah. Titik

    ini

    dinamai

    titik

    pusat

    aerodinamik

    (aerodynamic

    cent

    er, ac),

    yang

    terletak

    pada

    jarak

    x

    =

    xoc

    dari tepi depan

    sehingga

    Mr*

    =-(x"p-xo)L=

    Mor=

    konstan

    = 6lr'Cro,

    Oleh karena itu,

    di

    titik

    pusat

    aerodinamik

    koefisien CM*aAalah

    konstan.

    Momen

    tersebut

    di

    atas biasanya

    dinamai momen

    fil

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    8/587

    Cs

    :

    kecepatan

    angin

    relatif;

    aratr

    berlawanan

    dengan

    kecepatan terbang

    .S: luas

    proyeksi

    bidang

    sayap

    Cr

    =

    koefisien

    gaya

    angkat atau

    koefisien lift

    Q

    =

    %PCt

    =

    tekanan

    dinamik

    I/S

    =

    'tekanan

    lift'

    atau

    tekanan

    gaya

    angkat

    Hubungan

    antara

    C7

    dan

    sudut

    serang

    a

    dapat

    dilihat

    pada

    Gambar

    5.5.

    Sedangkan

    pada

    Gambar

    5.6

    ditunjukkan

    perbandingan

    antara

    kurva koefisien

    gaya

    angkat

    (lift)

    untuk

    airfoil

    dengan

    kamber dan airfoil

    simetrik

    (tanpa

    kamber). Dari

    gambar

    tersebut dapat

    dilihat bahwa

    koefisien

    gaya

    angkat

    untuk

    airfoil simetrik

    melalui

    titik

    nol.

    Kembali

    ke

    Gambar

    5.5,

    garis

    koefisien

    gaya

    angkat

    (lift)

    naik

    secara

    linier

    sampai suatu

    harga

    c

    tertentu;

    kemudian melengkung

    dan

    mencapai titik

    maksimum, dimana

    C; mencapaiharga

    maksimum,

    CL'uk", dan

    setelah

    itu kenaikan

    sudut serang

    cr,

    akan

    menyebabkan

    Cr turun

    dengan

    cepat.

    Dalam situasi

    seperti

    tersebut

    terakhir,

    dimana

    gaya

    angkat

    turun dengan

    cepat,

    airfoil dikatakan

    mengalami stol

    (stall).

    *r::t::::.-:-.:--::._

    (a)

    (b)

    (cl

    Garis

    geye

    rngkat-nol

    o.

    -

    ct

    +cr{

    86

    Wiranto

    Arismurandar,

    Pengantar

    turbin

    gas

    dan

    motor

    ptopulsi

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    9/587

    (d)

    Gambar

    5.5 Contoh

    kurva

    gaya

    angkat,

    C6 Versus

    sudut serang

    cr

    Gambar 5.6

    Kurva lift

    (gaya

    angkat)

    untuk airfoil

    dengan kamber dan

    airfoil

    tanpa

    kamber

    (airfoil

    sime{rik)

    Pada

    suatu keadaan

    tertentu,

    sayap

    dapat berada

    pada

    sudut serang

    yang

    menyebabkan gaya angkat

    sama dengan

    nol,

    seperti

    terlihat

    pada

    Gambar 5.5(a).

    Dengan

    demikian

    didefinisikan

    sudut serang

    absolut,

    o",

    seperti

    terlihat

    pada

    Gambar 5.5(b),

    dimana,

    c[u:

    €[

    *

    cr,66

    =

    sudut serang

    absolut

    ot

    =

    sudut serang

    or=0=

    sudut

    serang

    yang

    menghasilkan

    gaya

    angkatl

    =

    0

    Airfoil

    dengan kamber yang

    konvensional

    memiliki

    sudut serang

    untuk

    gaya

    angkat

    sama

    dengan nol yang

    negatif,

    sehingga

    garis

    gaya

    angkat-nol berada

    sedikit

    di

    atas

    garis

    korda.

    Dalam

    hal ini

    grafik

    C;

    versus

    a

    dapat dilihat

    pada

    Gambar 5.5(c).

    Penggunaan

    sudut serang

    absolut memiliki keuntungan,

    jika

    garis

    gaya

    angkat-nol

    diketahui, karena

    apabila cru

    =

    0,

    makaZ

    =

    0,

    berapapun kamber

    dari airfoil

    yang

    a.

    Airfoil dengan

    kamber

    b.

    Airfoil tanpa kamber

    (airfoil

    simetrik)

    Airfoil,

    propeler,

    fan,

    dan

    rotor

    87

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    10/587

    bersangkutan,

    seperti

    ditunjukkan

    pada

    Gambar

    5.5(d)

    yang

    menyatakan

    hubungan

    antara

    Cl

    vorsus

    c[3

    Peristiwa

    stol

    pada

    airfoil

    sangat

    penting

    dan

    harus

    diperhatikan

    pada perancangan

    pesawatterbang,

    rotor

    helikopter, dan

    propeler. Penjelasan

    mengenai

    stol

    pada

    airfoil

    dapat diberikan

    dengan

    bantuan

    Gambar

    5,7. Pada titik

    A

    yang

    ada

    pada

    bagian

    yang linear dari

    grafik

    koefisien

    lift,

    medan aliran

    melalui

    airfoil melekat

    pada

    permukaan airfoil.

    Terjadinya

    gradien tekanan yang

    negatif

    akan menyebabkan adanya kecenderungan

    lapisan batas

    memisahkan

    diri

    dari

    permukaan airfoil.

    Maka apabila

    sudut serang

    UertamUah besar,

    gradien

    tekanan

    yang negatif

    tersebut

    menjadi

    semakin

    kuat,

    sehingga

    pada harga

    cr

    tertentu

    (sudut

    serang

    'stall')

    aliran

    udara

    akan terlepas

    dari

    p".^utu-

    atas

    airfoil.

    Jika

    terjadi

    pemisahan

    (separasi),

    besarnya

    gaya

    angkat akan

    turun dengan

    cepat

    dan tahanan

    (drag)

    tiba-tiba

    naik, seperti

    ditunjukkan

    oleh

    titik

    B

    pada

    Gambar

    5.7.

    Gambar

    5.7

    Aliran

    melalui

    airfoil

    dalam

    keadaan

    stol

    (sfa//)

    Ada tiga

    jenis

    stol

    (stal/),

    yaitu:

    l.

    Stol

    kecepatan

    rendah

    (terjadi

    pada

    saat

    tinggal

    landas atau

    pada

    waktu

    mendarat;

    dalam

    hal ini terjadi

    separasi

    pada sudut

    serang

    ct yang

    tinggi

    atau

    pada

    Cvlan$

    tinggi);

    2.

    Stol terlalu

    cepat,

    'accelerated

    stall'

    (terjadi

    karena

    kenaikan

    sudut

    serang

    ct

    secara

    tiba-tiba,

    kebanyakan

    dialami

    oleh

    airfoil dengan

    tepi

    depan

    yang

    tajam)

    88

    Wiranto

    Arismrmandar,

    Pengantar

    turbin

    gas

    dan

    motor

    prcpulsi

    Allrrn

    terplsrh

    Allran meleket

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    11/587

    3.

    Stol

    kecepatan

    tinggi

    (separasi

    yang

    terjadi

    karena gelombang

    kejut).

    Selanjuhrya

    Gambar 5.8

    menunjukkan

    grafik

    koefisien gaya

    angkat

    versus

    sudut

    ser:rng

    e

    untuk

    beberapa

    airfoil

    dan

    pengaruh

    bilangan

    Reynolds,

    Np,.

    Disamping

    itu

    Gambar 5.9

    menunjukkan

    terjadinya

    momen

    tukik,

    sesuai

    dengan

    te{adinya

    -

    gaya-gaya

    pada

    bagian

    bawah

    dan

    bagian

    atas

    dari

    airfoil.

    a. Pengaruh

    kamber

    b. Pengaruh

    bilangan

    Reynolds

    c.

    Pengaruh

    tebal

    airfoil

    Gambar

    5.8

    Pengaruh

    tebal

    airfoil, kamber,

    dan

    bilangan

    Reynolds

    terhadap

    kurva

    Cr-o

    Airfoil,

    propeler,

    fan,

    danrotor

    89

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    12/587

    a. Airfoil dengan

    kamber

    menghasilkan

    gaya

    angkat

    positif

    b.

    Airfoil simetrik

    dengan

    gaya

    angkat nol

    Gaya

    angkat

    permukaan

    atas

    Gaya

    angkat

    permukaan bawah

    Perubahan

    gaya

    angkat

    a-c

    c. Airfoil

    dengan

    kamber

    paf,a

    gaya

    angkat

    nol

    Gaya angkat

    permulaan atas

    Gaya

    angkat

    permulaan

    bawah

    +

    1

    GrYa

    enekqt neto

    r

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    13/587

    Gaya

    tahan

    atau

    tahanan

    (Dragl,

    D

    Gaya

    tahan atau

    tahanan

    (drad

    terdiri

    dari

    gaya

    tahan

    yang

    terjadi

    karena

    terjadinya

    gaya

    angkat, dan

    gaya

    tahan

    parasit.

    D:

    D,+ Do

    dimana,

    (5.3)

    D;

    =

    Sala

    tahan

    karena

    terjadinya

    gaya

    angkat, biasanya disebut induced

    drag

    atau

    tahanan

    terinduksi

    =

    CoiQS

    Do=

    gayatahan parasit

    =

    CooQS

    Co, Cpp

    =

    berturut-turut menyatakan

    koefisien

    tahanan

    karena gaya

    angkat

    dan

    koefisien

    tahanan

    parasit

    q

    =

    tekanan

    dinamik

    =%pct

    ,S:

    luas

    sayap

    Gaya

    tahan

    adalah

    komponen

    gaya

    aerodinamika

    yang

    sejajar

    dengan

    tetapi

    berlawanan

    arah dengan kecepatan terbang

    (searah

    dengan

    kecepatan

    angin

    relatif),

    dan

    menghambat

    gerakan

    pesawat

    terbang.

    Cpi

    yang

    tinggi biasanya terjadi:

    l.

    Pada

    waktu tinggal landas dan

    pada

    waktu mendarat;

    yaitu pada

    hargaC;atau

    cr

    yang

    tinggi,

    jadi

    pada

    kecepatan rendah.

    2.

    Pada

    pesawat

    tempur

    umumnya;

    karena

    perbandingan

    aspek(aspect

    ratio)

    ya

    g

    rendah.

    (5.4)

    (5.5)

    (s.6)

    I(oeFtrn

    Gambar 5.10

    Kurva

    tahanan terinduksi versus

    kecepatan

    Airfoil,

    propeler,

    fan, dan rotor

    91

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    14/587

    Gambar

    5.l0

    di atas

    merupakan

    hubungan

    antara

    tahanan

    karena

    gaya

    angkat

    dengan

    kecepatan,

    yaitu

    bahwa

    tahanan

    karena

    gaya

    angkat

    turun

    dengan

    naiknya

    kecepatan.

    Sedangkan

    koefisien tahanan

    terinduksi

    sebanding

    dengan

    kuadrat

    koefisien

    gaya

    angkat.

    Untuk sayap

    pada

    umumny4

    n2

    cn,=

    L

    L

    (5.7)

    rcAR

    dimana,

    Rq

    =

    AR='aspect

    ratio'

    =

    bzls

    =

    perbandingan

    aspek

    (5

    8)

    b

    :

    wingsparz

    (lihat

    Gambar

    5.1 l)

    =

    span

    atau

    bentangan

    sayap

    e

    :

    sPan

    fficiency

    factor

    =

    faktor efisiensi

    span

    Untuk

    pesawat

    subsonik

    tersebut,

    e:0.85-0.95

    e

    =

    1.0

    untuk

    sayap

    berpenampang

    elips

    e

    <

    1.0

    untuk

    sayap

    berpenampang

    lainnya

    UJung

    kanan

    cs---+

    Urnlrg

    klri

    Gambar

    5.11

    Sayap

    berhingga;

    pandangan

    atas

    E

    6

    o

    I

    bt

    I

    t

    I

    92

    Wiranto

    Arismunandar

    ,

    Pengantar

    firrbin

    gas

    dan

    motor

    prcpulsi

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    15/587

    Selanjutnya

    ada

    lima

    jenis

    tahanan

    parasit,

    yaitu:

    1.

    Tahanan gesekan

    l$lit

    (Skin

    friction

    drag)

    (terjadi

    karena

    gesekan

    viskos

    yang

    terjadi

    dalam lapisan

    batas;

    kehalusan

    kulit

    akan besar pengaruhnya

    pada

    tahanan

    ini).

    2.

    Tahanan

    bentuk

    (Form

    drag)

    (tergantung

    dari

    bentuk

    pesawat

    terbang),

    3.

    Tahanan

    interferensi

    (Interference

    drag)

    (Terjadi

    karena

    interferensi

    lapisan

    batas

    dari

    berbagai bagian pesawat terbang;

    penyesuaian

    yang

    halus pada

    bagian sambungan

    antara bagian-bagian

    tersebut

    akan mengurangi

    jenis

    tahanan ini).

    4.

    Tahanan

    kebocoran

    (Leakage

    drag)

    (Terjadi

    karena perbedaan

    tekanan antara

    bagian dalam dan luar pesawat

    terbang).

    5.

    Tahanan

    profil(Profile

    Drag)

    (Dari

    rotor yang

    bergerak).

    Berbeda

    dengan

    tahanan karena

    gaya

    angkat

    (tahanan

    terinduksi,

    induced

    drag),

    tahanan

    parasit

    bertambah

    besar

    dengan

    kecepatan,

    seperti

    terlihat

    pada

    Gambar

    5.12.

    Gambar

    5.12

    Kurva tahanan parasit

    versus kecepatan

    Gayatahan total

    D=D,+Do

    yaitu

    komponen gaya aerodinamika yang paralel

    dengan

    arah anrs

    bebas atau

    kecepatan

    angin

    relatif

    (lihat

    Gambar

    5.3)

    DP

    Kecepetan

    Airfoil,

    propeler,

    fan,

    dan

    rotor 93

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    16/587

    Ukuran

    efisiensi

    sayap sebagai

    permukaan

    angkat

    dinyatakan

    dengan

    perbandingan

    gaya

    angkat terhadap

    tahanan,

    (f,)

    ,

    r.p"rti

    terlihat

    pada

    Gambar

    5.13. Biasanya

    tahanan

    minimum

    at""

    (6)maksimum

    terjadi

    pada

    kecepatan

    dimana

    tahanan

    terinduksi

    dan

    tahanan

    parasit

    tersebut

    pada

    Gambar

    5.l0

    dan

    Gambar

    5.12

    saling

    berpotongan,

    atau

    pada

    kecepatan dimana

    Di

    =

    Dp

    =

    t/rD.

    Untuk

    pesawat

    subsonik

    (untuk

    1.3 C"

    <

    Co

    <

    0.7

    Mach)

    pada

    setiap

    hargaCs berlaku

    [8],

    (5.e)

    Namun, dalam

    daerah

    kecepatan

    rendah

    diperlukan

    sudut

    serang

    yang

    tinggi

    sehingga

    menyebabkan

    kenaikan tahanan

    parasit

    yang lebih tinggi

    daripada

    hasil

    perhitungan.

    Maka tahanan

    total

    juga

    akan

    lebih

    besar

    daripada

    yang dihitung

    dengan

    persama.ul

    tersebut di

    atas.

    Demikian

    pula

    dalam

    daerah

    kecepatan

    tinggi,

    pesawat

    dapat

    mengalami

    efek

    kompresibilitas

    dan

    tahanan

    gelombang.

    Ini tidak

    diperhitungkan

    dalam pers:lm:un tersebut

    di

    atas.

    Hubungan

    antara

    Cp dengan

    Cl

    dapatdinyatakan

    dalam bentuk

    grafik

    yang dinamai

    drag

    polar,

    seperti

    terlihat

    pada

    Gambar

    5.13.

    Pengembangan airfoil

    superkritis

    didasari

    oleh

    keinginan

    untuk

    memperlambat

    terjidinya

    gelombang

    kejut

    pada

    kecepatan

    tinggi.

    Pada

    bilangan

    Mach

    0

    7

    saj4

    misalnya,

    sudah

    dapat

    terjadi

    kecepatan

    supersonik

    lokal

    pada

    bagian depan

    dan

    tengah dari

    permukaan atas, sehingga

    terjadi

    gelombang

    kejut dan

    separasi

    aliran-

    Kejadian

    ini dapat

    menyebabkan

    kenaikan

    tahanan

    yang

    tinggi.

    Harga bilangan

    Mich arus

    bebas

    yang

    dapat

    menyebabkan

    kecepatan

    supersonik

    lokal,

    dinamai

    bilangan

    Mach

    kritis. Sedikit

    di atas

    bilangan

    Mach

    kritis tersebut

    sudah

    cukup

    untuk

    membangkitkan

    gelombang kejut

    yang kuat

    sehingga

    gayatahan

    (drag)

    akatt

    naik

    dengan

    tiba-tiba. Bilangan Mach

    arus

    bebas

    yang dapat menyebabkan

    kenaikan

    drag

    dengantiba-tiba

    tersebut

    dinamai

    drag-divergence

    Mach

    Number.

    Hal

    tersebut

    dijelaskan

    dalam Gambar

    5.14.

    Airfoil superkritis

    dirancang

    untuk

    menaikkan

    drag-

    divergence

    Mach

    Number,

    Motv.

    Airfoil superkritis

    dirancang

    datar

    di

    bagian

    atas

    dan

    tebal

    yang

    hampir

    konstan dengan

    tepi

    depan

    yang

    dibulatkan'

    94

    Wiranto Arismunandar,

    Pengantar

    turbin

    gas

    dan

    motor

    ptopulsi

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    17/587

    0

    U

    ,:{

    I

    -8081624

    .Sudut

    sem4g,

    a,

    dena_iat

    a. Hubungan

    antara CL

    Cp,

    Cydan (UD) versus

    a

    Perbandingan aspek,

    R,

    =

    6

    10

    20

    Sudut

    serang,

    cr deraJat

    b.

    Hubungan

    antara

    Crversus

    auntuk

    beberapa perbandingan

    aspek R4

    u*

    0,8

     

    p

    d

    S

    0,4

    o

    9

    u

    Airfoil,

    fpeler,

    fan,

    dan

    rotor 95

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    18/587

    Perbandingan aspek, R,

    U

    I

    U

    u

    X

    o

    o'10

    *":f.:",,

    rahanan,

    c,

    c. Polar tahanan

    (drag

    polal

    yang

    menggambarkan

    hubungan

    antara Cp versus

    Cg

    Gambar

    5.13

    Karakteristik airfoil.

    Salah

    satu

    usaha menallckan drag-divergence

    Mach

    number adalah dengan

    merancang

    airfoil

    yang

    memiliki

    perbandingan tebal terhadap korda

    lebih kecil,

    seperti

    ditunjukkan

    pada

    Gambar

    5.15.

    Selain

    itu,

    dengan

    memiringkan

    sayap

    ke

    belakang bukan saja

    supaya dapat

    memperkecil koefisien

    tahanan, tetapi

    juga

    dapat

    menaikkan drag-divergence

    Mach Number, seperti terlihat

    pada

    Gambar

    5.16.

    96

    Wiranto

    AriSmrman

    dar,

    Pengantar turbin

    gas

    dan motor

    ptopulsi

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    19/587

    Medan aliran

    IXSrlbusl tckenan

    Permukaan

    atas

    -

    -

    C"peda

    kecepatan

    udara

    ,-

    -\

    x,/c

    ,'I

    ,'\

    Permukaan bawah

    Alrfoll

    superkritis

    M

    =

    0,68

    +

    -l

    --(r

    0

    +l

    *

     

    -l

    cro

    +l

    i

    Allnn

    supersonlk

    Gelombarg

    keJd-kuat

    Lapisan

    batas

    terplsah

    trr'sTffi

    ffi,fu"

    /

    lrfof /

    superlcltls

    ffiY

    M-0,80

    w

    C"

    pada

    kecepa.tan suara

    I

    Atrfoll

    konvendonrl

    Alrfoil

    rupertdtls

    drlrm

    pcngernbangan

    0,& 0,6 0,72

    0,76

    Hlangan Madr,

    M

    Gambar

    5.14

    Airfoil

    superkritis

    dan Drag4ivergence

    Mach Number.

    5.2

    Propeler

    Propeler

    adalah

    alat

    yang

    berfrrngsi menghasilkan

    gaya

    dorong

    untuk

    menggerakkan pesawat

    terbang.

    Sama

    halnya

    dengan sayap

    pesawat

    terbang,

    propeler

    dan sayap dibuat

    clari bagian-bagian

    yang

    berpenampang

    airfoil

    untuk

    menghasilkan

    gaya

    aerodinamika.

    Tetapi

    sayap baru

    menghasilkan gaya

    aerodinamika

    setelah

    pesawat

    terbang bergerak ke

    depan.

    Pesawat

    terbang

    akan

    terangkat

    apabila

    gaya

    a€rodinamika

    yang

    terjadi itu lebih

    besar

    daripada

    gaya

    beratnya,

    ;

    ,

    I

    t

    I

    I

    I

    Airfoil,

    propeler,

    fan,

    dan

    rotor

    97

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    20/587

    Mntt,

    0,85

    0,80

    0,75

    0,70

    0,65

    Cl.

    =

    6,56

    '

    1::l

    iii

    1::::::::+::::::::

    -

    Alrfoil

    transonlk

    lanJut

    .

    ii,lll

    4,irfoil

    resnwal

    ranspol

    rf

    24681012141618

    Perbandlngan

    tebal

    air{oil

    terhadap

    panjang

    korda'

    7o

    Gambar

    5.15

    Hubungan

    antara

    Morv v€rsUS

    perbandingan tebal

    terhadap

    korda,

    tlc.

    l32l

    Kom

    ponen

    kecepalan

    pnralcl

    tepi depan

    Koefisien

    gaya tahan

    (lo

    Konr

    ponen

    kecepatan

    tegaklurus

    tepi depan

    Koefisien

    gaya tahan

    cla

    (:,

    Lurus

    Ditunrla

    Bilangan Mach, M

    Koefislen

    gaya

    angkat

    maksimum

    Turun

    Gambar

    5.16

    Pengaruh

    sudut miring

    (sweep

    angle)

    terhadap

    koefisien

    tahanan

    dan

    drag

    divergence Mach

    number.

    [281

    5.2.1

    Nomenklatur

    dan

    gaya-gaya

    aerodinamika

    Pada

    gambar 5.17

    ditunjukkan propeler

    pesawat

    terbang berdaun

    tiga

    buah.

    Daun

    propeler

    yang

    berpenampang

    airfoil

    itu,

    biasanya

    tidak

    merupakan

    batang atau

    papan

    yang

    lurus

    melainkan

    dipuntir,

    sehingga

    besarnya

    sudut

    B

    semakin

    kecil

    Sayap

    -ffi'")--*

    Bilangan

    Mach, M

    Bilangan

    Mach, M

    98

    Wiranto Arismturandar,

    Pengantar

    turbin

    gas

    dan motor

    prcpulsi

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    21/587

    untuk

    penampang

    daun

    yang

    lebih

    jauh

    dari

    sumbu

    putaran propeler (lihat

    Gambar

    5.18). Dari

    sini

    terlihat

    bahwa

    garis

    korda

    dari

    penampang pada

    akar daun

    propeler

    mendekati

    garis

    kecepatan

    G;

    sedangkan

    pada puncak

    daun,

    garis

    kordanya

    hampir

    tegak lurus

    G.

    Keadaan ini

    tidak dijumpai

    pada

    sayap

    pesawat

    terbang yang

    konvensional;

    sayap dibuat

    dengan sudut

    pyang

    sama

    sepanjang bentangannya.

    Gambar

    5.17

    Propeler

    pesawat

    terbang. Daun

    propeler

    berpenampung

    airfoil.

    Di

    sini Co

    adalah

    kecepatan angin relatif

    terhadap

    pesawat

    terbang; berlawanan

    dengan

    arah

    kecepatan

    terbang

    pesawat

    Dalam menjalankan

    fungsinya

    propeler

    berputar dengan

    kecepatan

    sudut

    tertentu

    sebesar

    ar;

    sedangkan

    propeler

    juga

    bergerak ke

    deparq bersama-sama

    pesawat

    terbang, dengan kecepatan

    Co. Maka dari Gambar 5.19 dapat diketahui

    bahwa untuk

    setiap

    penampang

    daun

    propeler pada

    jarak

    r

    dari sumbu

    putaran

    propeler,

    do

    :

    kecepatan

    angin

    relatif

    terhadap

    pesawat

    terbang; berlawanan dengan

    arah

    kecepatan

    pesawat

    terbang.

    6r

    =kecepatan

    angin

    relatif

    karena

    putaran propeler;

    berlawanan dengan

    arah

    kecepatan

    keliling

    dari daun

    propeler.

    I

    =

    (e

    o

    +

    {ilr)

    =

    kecepatan

    angin relatif

    (totaD

    terhadap

    (atau

    yang

    dilihat oleh)

    propeler.

    Airfoil,

    propeler,

    fan, dan

    rotor

    99

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    22/587

    Penampang

    A-A

    di

    bagian

    puncak

    daun

    co

    I

    Penamplng

    B-B

    di bagian

    akar

    daun

    Gambar

    5.16

    Propeler

    dan

    penampang

    daun

    propeler pada

    akar

    dan

    puncak

    daun

    propeler

    r.

    Kecepatan

    daun

    propeler

    b. Kocepatan

    udam

    melalul

    propeler

    Gambar

    5.19

    Diagram kecepatan aliran udara relatif terhadap

    propeler

    Maka

    sudut serang

    aadalah

    sudut

    antara

    Y

    dan

    ganskorda(chord line).Dengan

    demikian untuk suatu

    jenis

    airfoil

    tertentu dapat diperoleh

    gaya

    aerodinamika

    jika

    diketahui

    V

    dan ayang

    bersangkutan,

    seperti

    terlihat

    pada

    Gambar

    5.3,

    yaitu

    gaya

    angkat

    L

    dan

    gayatahan

    D. Dari

    Gambar

    5.20

    dapat

    dilihat

    bahwa

    komponen

    resultan kedua

    gaya

    tersebut, dalam

    garis

    arah

    Ce,

    merupakan

    gaya

    dorong

    yang

    dihasilkan bagian

    penampang

    dari

    daun

    propeler

    tersebut,

    F,=Lcosl-Dsn/

    (5.10)

    dimana

    d=f-a

    E

    R

    ug

    EO

    lQo

    100

    Wiranto

    Arismrurandar, Pengantar

    turbin

    gas

    dan motor

    prcpulsi

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    23/587

    Garis sejajar

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    24/587

    Berdasarkan

    hal di atas,

    F

    sekurang-kurangnya

    merupakan

    fungsi

    dan

    B,

    Co

    dart

    n,

    Tetapi

    F mestinya

    juga

    tergantung

    dari

    ukuran

    propeler,

    dalam

    hal

    ini

    dinyatakan

    oleh diameter

    propeler D. Maka dapat

    diperkirakan

    bahwa

    (dan

    ternyata benar

    demikian)

    q,

    tergantung

    dari

    J

    =

    2

    =

    perbandingan maju

    (advance

    ratio)

    nD

    (s.t2)

    untuk

    setiap

    harga

    Btertentu,

    seperti

    terlihat

    pada

    Gambar

    5.21

    yang sangat

    penting

    untuk diingat.

    no

    <

    I karena

    Nr

    <

    N.

    FIal

    ini

    disebabkan

    karena

    tiga

    hal

    utama,

    yaitu:

    l.

    kerugian

    energi

    kinetik

    (translasi

    dan

    rotasi) udara

    (dibelakang

    propeler);

    tiCak

    menghas

    ilkan

    ke{ a bermanfaat,

    2.

    kerugian

    gesekan

    (gesekan

    kulit

    dan

    tahanan

    tekanan)

    pada

    propeler;

    dan

    3.

    kerugian

    kompresibilitas;

    karena

    kecepatan

    puncak daun

    propeler

    yang

    tinggi

    dapat

    menyebabkan

    kecepatan angin

    relatif

    tr/

    mendekati

    kecepatan

    suara

    sehingga

    te{adi

    gelombang kejut dan

    pemisahan

    lapisan

    batas

    Apabila

    kecepatan

    puncak

    daun

    propeler mencapai

    supersonik,

    17,

    turun

    dengan

    cepat.

    Dari

    Gambar

    5.21 dapatdilihat

    bahwa

    grafik

    ?p

    versus

    -Iuntuk

    setiapharga

    B

    tertentu

    berawal

    dari

    titik

    nol,

    yaitu

    tlp: 0 unfuk

    .,I

    =

    0.

    Hal

    ini teqadi

    karena

    Co

    =

    0

    pada

    J

    =

    0 sehingga

    Nr

    =

    0. Selanjutnya

    qonalk untuk

    -/

    yang lebih

    besar karena

    untuk

    kecepatan

    putar

    propeler

    yang konstan,

    J

    yang lebih besar

    menunjukkan

    Cs

    yang

    lebih

    besar.

    Meskipun

    demikian,

    untuk

    setiap

    harga

    Btertentu,

    J

    yang

    lebih

    besar atau

    Co

    yang lebih besar

    akan

    menyebabkan

    sudut

    serang

    ct semakin kecil

    sehingga

    gayaangkatyang

    dihasilkan

    semakin

    kecil

    (lihat

    Gambar

    5.22a).

    Namun,

    selama

    harga

    FCsmasih

    bertambah

    besar dengan

    naiknya.,/,

    rlrakan bertambah

    besar sampai

    mencapai

    harga

    maksimum

    ketika

    FCe

    mencapai

    harga maksimum.

    Perbrndlngrn

    maJu,

    J

    =

    co

    nD

    Gambar

    5.21

    Grafik

    efisiensi

    propeler

    versus

    perbandingan maju.

    D

    adalah diameter

    propeler.

    102 Wiranto Arismunandar,

    Pengantar

    firrbin

    gas dan

    ntotor

    prcpulsi

    FrtFr>Fr

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    25/587

    Setelah itu kenaikan

    Co

    atau

    kenaikan

    "/

    selanjutnya, akan

    menyebabkan

    ry,

    turun

    sampai

    menjadi nol,

    yaitu

    ketika F

    =

    0 atau Nr

    =

    FCo:

    0. Hal

    tersebut

    terakhir

    terjadi

    ketika

    i/berimpit

    dengan

    garis gaya

    angkat

    nol

    (zero-lift

    line);bhat

    Gambar

    5

    .22b

    . Selanjutnya dari Gambar

    5

    .72b

    akan terlihat bahwa

    kenaikan

    harga C6

    berikutnya

    akan

    menghasilkan

    gaya

    angkat

    negatif,

    atau

    gaya

    dorong negatif.

    a.

    Diagram kecepatan

    untuk Cs rendah

    b. Diagram kecepatan

    untuk

    Co

    tinggi

    Gambar

    5.22

    Perubahan

    perbandingan

    maju atau

    Co

    dan

    pengaruhnya

    terhadap

    a,

    untuk

    sudut langkah

    Byang

    konstan,

    dan

    efisiensi

    propeler.

    Dari

    Gambar 5.21

    dapat

    ditihat

    bahwa

    harga

    B

    yang lebih

    besar

    akan

    memberikan

    harga

    efisiensi

    maksimum

    yang

    lebih

    tinggi,

    masing-masing terjadi

    pada

    harga J

    yang

    lebih

    besar.

    Dari

    uraian

    ini

    pun

    akan

    jelas

    mengapa daun

    propeler perlu

    diputir,

    yaitu

    untuk

    memperoleh harga

    B

    yang

    lebih besar

    pada

    akar

    daun

    propeler

    dan

    Byang

    lebih

    kecilpada

    puncak

    daun

    propeler.

    Hal ini

    dapat

    pula

    diterangkan

    dengan menggunakan Gambar

    5.23. Untuk

    r

    at^u

    ar

    yang kecil

    yaitu

    pada

    akar

    daun

    propeler,

    Bharus

    dibuat

    besar

    supaya diperoleh sudut

    a

    yang

    cukup

    besar.

    Sedangkan

    pada

    puncak

    daun

    propeler, yaitu

    pada

    r

    atau

    atr

    yang

    besar, untuk

    memperoleh sudut serang

    rlyangtidak

    terlalu

    besar,

    Bharus

    diperkecil.

    :r-

    .;

    Yz

    ,

    ?-\

    3"

    Airfoil,

    propeler,

    fan, dan rotor

    103

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    26/587

    F",9t

    (b)

    Gambar 5.23

    Perubahan

    kecepatan

    V

    yang

    terjadi

    karena

    perubahan

    ror,

    pada

    Ce

    fang

    sama.

    Untuk o

    yang

    konstan,

    (a)

    menunjukkan keadaan

    pada

    bagian akar

    daun

    propeler,

    (b)

    menunjukkan

    keadaan

    pada

    bagian

    puncak

    daun

    propeler

    Berdasarkan

    pertimbangan

    tersebut di

    atas

    maka

    pada

    rancangan

    daun

    propeler

    didefinisikan

    langkah

    (pitch),p,

    sebagai

    berikut.

    Pada setiap

    radius

    r

    dari sumbu

    putar,

    p=2/ttanB

    dimana,

    (5

    .

    l3)

    F

    =

    sudut

    langkah

    r

    :

    jarak

    dari

    sumbu

    putar propeler yang

    menunjukkan

    posisi penampang

    daun

    yang

    bersangkutan

    dari

    sumbu

    putar

    propeler

    Propeler biasanya

    digolongkan

    menurut perbandingan

    f,,

    sehingga

    (a)

    #

    =

    *ter.

    B.

    104

    Wiranto

    Arisrnunandar,

    Pengantar.ttrbin

    gas

    dan

    motor

    prcpulsi

    (5.14)

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    27/587

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    28/587

    Pengembangan

    propeler

    putanm

    konstan

    dan

    langkah

    variabel

    tersebut

    merupakan

    salah

    satu

    prestasi yang

    penting

    dan

    perlu

    dicatat

    dalam

    sejarah

    teknik

    penerbangan.

    Pada

    saat

    ini harga

    rloberkisar

    antara

    0.80

    -

    0.90.

    Profil

    penampang

    propeler yang

    digunakan

    itu

    dikembangkan

    secara

    khusus oleh

    NACA

    dalam

    seri

    -

    16, seperti

    terlihat

    pada

    Gambar

    5^24.

    NACA

    16-1009

    Gambar

    5.24 Beberapa

    penampang airfoil

    kecepatan

    tinggi

    untuk

    propeler.[1]

    5.3

    Teori

    piringan

    aktuator

    Teori

    ini

    dikenal

    sebagai

    teori

    Froude

    yang menganggap

    propeler,

    fan, dan

    rotor

    helikopter

    sebagai

    piringan

    aktuator

    yang mempercepat

    aliran

    fluida

    dalam arah

    aksial

    sehingga

    menaikkan

    momentum

    dan

    menghasilkan

    gaya

    dorong.

    Teori

    momentum

    yang

    dipergunakan

    pertama

    kali

    dalam

    pengembangan

    propeler kapal

    ini

    sekarangsudah

    iatim

    digunakan

    pada

    berbagai

    sistem

    propulsi

    yang

    beroperasi

    dalam

    fluida. Bagi

    sistem

    propulsi

    pesawat

    udara digunakan

    beberapa

    asumsi

    sebagai

    berikut:

    l.

    Udara

    sebagai

    gas ideal dengan

    konstanta

    kalor

    yang konstan

    dan

    inkompresibel.

    2.

    Aliran

    tegak

    lurus

    pada

    piringan

    dengan

    kecepatan

    dan

    tekanan

    yang

    uniform,

    juga

    pada

    setiap

    penampang

    yang

    sejajar

    pada

    piringan.

    Jadi

    merupakan

    aliran

    satu

    dimensi.

    3. Aliran

    melalui

    piringan mengalami

    kenaikan

    tekanan

    tiba-tiba

    tetapi

    kontinyu

    di

    tempat

    yang lain, baik di

    depan

    maupun

    di belakangnya.

    4.

    Aliran

    sebelum

    dan

    setelah

    melalui

    piringan

    adalah

    isentropik

    tetapi

    tidak

    demikian

    ketika

    melalui

    piringan.

    5.

    Aliran

    yang melalui

    piringan

    terpisah

    dari

    fluida

    sekitamya

    oleh selubung

    atau

    tabung arus (stream

    tube) yangmelalui tepi piringan.

    Jauh

    di

    depan

    dan

    jauh

    di

    belakang

    piringan selubung

    arus

    berbentuk

    silinder,

    yaitu ketika

    tekanannya

    sama

    dengan

    tekanan

    udara

    sekitar.

    106 Wiranto

    Arismunandar,

    Pengantar

    nrbin

    gas

    dan

    motor

    propulsi

    NACA

    16-009

    NACA

    16-509

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    29/587

    (a)

    Tabung

    erus

    dan

    gaya

    dorong

    (b)

    Perubahan

    leksnan

    =

    c,(1+b)

    =

    c,(l+a)

    (c)

    Perubghan

    co

    kecepatan

    Gambar

    5.25

    Model

    piringan

    aKuator

    Model dari

    piringan

    aktuator

    dalam

    batasan asumsitersebut

    di

    atas

    dapat

    dilihat

    pada

    Gambar

    5.25.

    Seksi 0, l,

    dan

    2

    berturut-turut

    menyatakan tingkat keadaan

    pada

    arus

    bebas

    (hulu),

    pada piringan

    aktuator,

    dan

    arus bebas

    (hilir).

    Tekanan statik di seksi

    0

    dan seksi

    2

    adalah sama dengan tekanan

    udara

    sekitar

    yaitu p0

    =pz.

    Kenaikan

    tekanan

    te{adi

    ketika arus

    melalui

    piringan

    aktuator

    yaitu

    dari

    p.

    ke

    pa.

    Kecepatan

    naik

    dari

    Co ke

    Cr

    =

    Co

    (l

    +

    a)

    pada piringan,

    dimana

    a

    dinamai faktor aliran

    masuk

    (inflow

    factor),

    sedangkan

    pada

    seksi

    2, Cz= C0

    (l

    +

    b),

    dimana

    b

    dinamai

    faktor

    arus selip

    (s

    lips tream

    fac

    to r).

    Dengan

    demikian,

    ^

    -cr-Co

     

    --

    co

    dan

    r_r

    t_

    "2

    v0

    u

    --

    co

    r\

    Dengan menerapkan

    prinsip

    rhomentum dalam arah aksial,

    maka

    gaya

    dorong

    yang

    dihasilkan adalah

    r

    =91cr-co)=

    9tco

    8g

    dimana

    (5.

    l5)

    (5.16)

    (5

    .

    17)

    Airfoil,

    propeler,

    fan, dan

    rotor

    107

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    30/587

    G

    =pACy=pAco(I+a)

    g

    .4

    =

    luas

    penampang piringan

    aktuator.

    Dengan demikian

    juga

    dapat dituliskan

    (5.18)

    p

    =QoAC,\Cr-Co)

    atau

    p

    =

    pACs(t+"[aCo)

    =

    pACS(r+

    o\u)

    (5.1e)

    Sedangkan

    keseimbangan

    gaya pada

    piringan

    aktuator

    menuntut

    persamaan

    F:

    A(Lp)

    (5.20)

    dimana

    ap=po-p^

    sehingga dari

    persamaan

    5.19

    dan

    5.20

    di

    atas

    ap

    =

    {|(t+ap

    (5.21)

    Karena aliran di

    depan dan

    di

    belakang

    piringan

    aktuator

    adalah

    isentropik,

    maka

    untuk

    kedua

    daerah

    aliran tersebut berlaku

    hukum

    Bemoulli

    danpo

    =

    pz

    .Dengan

    demikian

    pr*)e3

    =

    o^*i.NlQ+o)2

    (s.22)

    juga

    p,*)e3$+a)2

    =Po*ine(r+a)'

    6.23)

    sehingga dari

    persamaan

    5.72

    dan 5.23

    pt

    -

    p^

    =

    ap

    =

    in|(r+a)2

    -

    e3

    atau

    ^(

    q)

    dp

    =

    N6blr*r)

    Dari

    persam

    aan

    5

    .21

    dan

    5

    .24

    dapat

    diperoieh

    hubungan

    (s.24)

    108 Wiranto

    Arismunandar, Pengantar

    fitrbin

    gas

    dan motor

    prcpulsi

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    31/587

    l+a

    =l+

    2

    atau

    (s.25a)

    atau

    b

    :2.a

    Dengan

    demikian

    dari

    persamaan

    5.15

    dan

    5.16

    cr-co

    _

    I

    cz-co 2

    atau

    (c,

    -co)

    =|{cr-co)

    yaitu

    bahwa kenaikan kecepatan

    udara

    sebelum

    dan

    sesudah

    piringan

    aktuator sama

    besarnya atau bahwa kenaikan kecepatan

    udara sebelum

    piringan

    sudah

    mencapai

    setengah

    dari

    kenaikan

    kecepatan

    total

    yang

    dihasilkan.

    Dari

    persamaan

    5.27

    juga

    dapat diketahui bahwa

    jika

    G

    :

    0, maka

    Cz

    =

    2Cr.

    Dengan menggunakan

    hubungan 5.25a dan 5.25b maka

    persam:um

    5.19

    menjadi

    b

    A=-

    2

    p

    =

    pACl(t+a\za)

    =

    eect(t.X)(r)

    =

    act(f,.t)

    (s.zsb)

    (s.26\

    (s.27)

    (5.28)

    (s,2e)

    atau

    ,*e(+*a)-r=o

    b2

    -a[

    -

    2

    sehingga

    -0

    PAC&

    Airfoil,

    propeler,

    faru

    danrotor

    109

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    32/587

    b

    =

    2a=

    -l

    *

    F;-n-

    1

    ryACS

    dan

    jikal

    =

    rd4

    D2,dimana

    D adalah

    diameter

    piringan,

    maka

    persamaan

    5.30

    menjadi

    b=2a=-1*

    h+8

    F

    1/

    ft

    N&D'

    (s.30)

    (5.31)

    (s.32\

    (5.33)

    (5.34)

    (5.3

    5)

    ls

    b

    =2a =-l*.ll+lF'

    \r

    dimana

    F

    'K

    N|o'

    Parameter lain

    yang

    lebih lazim

    untuk

    menyatakan

    gaya

    dorong

    adalah

    F

    Lr

    =

    ,;ry

    atau

    K,

    J

    FrJ'

    dimana

    t

    =2L

    =

    perbandingan

    maju

    (advance

    ratio\

    nD

    5.4

    Model vorteks

    sederhana

    sebuah

    propeler

    Ketika kita membicarakan

    propeler

    sebagai

    piringan

    aktuator,

    kita

    berbicara

    tentang

    aliran

    satu

    dimensi aksial, baik di

    hulu

    dan di

    hilir

    maupun

    ketika melalui

    piringan.

    Namun

    pada

    kenyataannya

    ada

    aliran berputar

    (vorteks) mengelilingi

    daun

    propeler

    (vorteks

    melekat,

    bound

    vortex)

    dan

    di belakang

    lintasan

    propeler

    (vorteks

    ekor,

    trailingvortex). Vorteks ekor

    berawal

    dari

    puncak

    daun

    propeler

    sehingga

    dengan

    gerakan

    maju

    propeler membentuk lintasan sekerup, seperti terlihat

    pada

    Gambar

    5.26.

    110

    Wiranto Arismwrandar,

    Pengantar

    turbin gas dan motor

    prcpulsi

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    33/587

    o@o

    .fl

    uon"*"uo,

    rr"r,c..tu ft--F:'--'-

    u".,.*'.,"u)$/

    Gambar

    5.26

    Vorteks

    pada

    propeler

    Dari

    segi

    kemanfaatan

    energi,

    aliran

    berputar dan vorteks tersebut merupakan

    kerugian

    karena

    arus berputar dan vorteks tersebut

    tidak

    ikut

    menghasilkan gaya

    dorong sehingga menurunkan

    efisiensi

    propulsi.

    Oleh

    karena itu

    ada baiknya

    jika

    digunakan

    model

    propeler

    yang

    memperhitungkan

    adanya

    kedua

    aliran

    tersebut,

    yaitu

    aliran

    aksial

    dan

    aliran berputar (vorteks);

    model propeler tersebut

    dinamai

    model Glauert. Model ini

    sangat

    bermanfaat dalam

    perkiraan

    awal

    prestasi

    piopeler

    atau dalam

    perhitungan

    desain

    awal

    sebuah

    propeler.

    Hal

    tersebut

    akan

    ditunjukkan

    pada

    pembahasan

    teori elemen

    daun dalam

    pasal

    berikutnya. Namun,

    terlebih

    dahulu akan

    dijelaskan tentang

    pengaruh

    dari

    aliran

    berputar

    yang

    terjadi

    terhadap

    kerugian

    daya. Apabila ol

    adalah

    kecepatan

    sudut dari

    propeler,

    dan

    a6t

    dan

    a"a

    berturut-turut adalah

    kecepatan

    sudut dari aliran berputar

    yang

    terinduksi

    pada

    bidang

    I

    karena

    adanya vorteks

    yang

    melekat

    pada

    daun

    propeler

    dan

    vorteks-ekor,

    seperti

    tersebut

    pada

    Gambar

    5.26.

    Dalam

    hal

    ini bidang

    l,

    Z,

    dan 3

    berturut-turut

    adalah bidang

    di

    depan

    (dekat)

    propeler,

    bidang

    putar

    propeler,

    dan bidang di

    belakang

    (dekat)

    propeler.

    Maka

    pengaruh

    dari

    sistem

    vorteks-ekor

    pada

    bidang

    l,

    2,

    dan 3 adalah a,c,l;

    sedangkan

    pengaruh

    sistem

    vorteks-melekat

    pada

    bidang I

    dan

    3 adalah

    sama

    tetapi berlawanan arah,

    yaitu

    berturut-turuta7o

    dan

    -aaol. Dengan

    demikian

    kecepatan

    arus

    berputar

    yang

    terinduksi

    pada

    bidang l: a6t

    *

    ae(D

    =

    0,

    karena

    pada

    bidang ini

    tidak

    terjadi

    arus

    berputar,

    sehingga

    ad:

    -oe,

    (5.36)

    bidang

    2'. a"a;

    (5.37)

    bidang

    3:

    -aaot

    *

    a"to

    =

    2 a"o)

    (5.38)

    Dalam

    hal ini

    kecepatan

    sudut

    a,co

    berputar dengan arah

    yang

    sama

    dengan

    propeler.

    Oleh

    karena

    itu

    a,

    disebut

    juga

    faktor

    aliran

    masuk

    berputar

    (rotational

    inflow

    factor),

    d^,

    untuk membedakannya dengan a

    yutg

    dalam

    pemodelan

    piringan

    aktuator

    disebut

    faktor

    aliran

    masuk

    aksial

    (linear

    velocity

    inJlow

    factor).

    Dengan

    demikian kita

    dapat

    mengetahui

    besamya

    pengaruh

    arus

    berputar

    tersebut

    terhadap

    kenaikan

    reaksi

    momen

    putar

    (torsi)

    T

    pada propeler,

    misalnya

    sebesar Af.

    Hal

    Airfoil,

    propeler,

    fan, dan

    rotor

    1 1 1

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    34/587

    tersebut

    dapat

    diperoleh dengan mengintegrasi

    6I

    yang bekerja

    pada

    anulus

    antara

    r

    dan

    r

    *

    0r,

    dari

    r

    =

    0

    sampai

    r

    =

    R

    yaitu

    jarilari

    piringan.

    Dalam

    hal ini,

    67

    =

    (laju

    aliran

    massa)

    (perubahan

    kecepatan berputar)

    (arilari)

    =fp(znrar\co

    [t

    +

    ")l(za

    ,atr

    -

    o)l

    =l+*'

    6orQ+

    op,$,

    (5.3e)

    Apabila

    Co,0),

    p,

    a,

    dan

    a,

    adalah konstan maka

    tr

    ='Tl+*'

    6orQ*

    o\,1,

    r=0

    =

    {o(l+a)arattrRa

    atau

    (5.40)

    _2

    Ar

    =+-Fo(t+a\,nn4

    1s.+t;

    dimana

    o=2 fln

    D

    --

    2R

    =

    diameter

    piringan

    n

    :

    putaran piringan

    per

    detik

    Dengan demikian

    kerugian daya

    karena

    adanya

    arus

    berputar

    adalah

    AN= AZro

    =l

    nr{t+a\,n2

    Da

    (s.42)

    Contoh:

    Apabila a

    =

    0,05, a.

    :

    0.0015, n= 45

    putaran

    per

    detik,

    D

    =

    2m,

    Co=

    55

    ms-r,

    f

    =

    I.Z3 kg

    tn-',

    g:

    9.81

    m

    s-2,

    maka kerugian daya karena

    aliran berputar

    (tidak

    efektif

    menghasilkan

    gaya

    dorong) adalah

    ^

    =

    4t#.r

    55 x

    (r

    + o.os)r 0.0015

    x 452

    x

    2a

    4

    9.81

    =2723.67

    kg m

    s-r

    =

    26.71kW

    Sampai

    di sinitelah

    diketahui adanya faktor

    aliran

    masuk

    a

    dan

    a,yffiE

    dalam

    kenyataannya harganya

    ada

    di

    sekitar

    derajat besaran

    seperti

    pada

    contoh tersebut di

    atas

    (sangat

    kecil),

    kecuali

    pada

    kecepatan

    maju

    yang rendah.

    Selain

    itu

    pengalaman

    menunjukkan

    bahwa anggapan

    aliran

    lokal

    dua dimensi

    pada propeler

    memberikan

    hasil

    yang

    cukup baik

    sehingga

    teori

    elemen

    daun

    berikut

    ini

    menjadi

    penting untuk

    diketahui.

    1

    12 Wiranto

    Arismrmandar

    ,

    Pengantar

    turbin

    gas

    dan

    motor

    propulsi

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    35/587

    5.5

    Teori

    elemen daun

    Dalam hal ini

    digunakan

    penampang

    daun

    propeler

    berbentuk

    airfoil

    serta

    anggapan

    bahwa

    aliran

    lokal melalui

    setiap

    penampang pada

    jarak

    r

    dari

    sumbu

    putar

    adalah

    aliran

    dua

    dimensi.

    Penampang

    tersebut adatah tegak

    lurus

    pada

    jari-jari

    r

    yalrry

    menyatakan

    jarak

    penampang yang

    bersangkutan

    dari

    sumbu

    putar.

    Oleh karena itu

    karakteristik

    airfoil

    yang

    akan digunakan

    harus

    diketahui,

    yaitu

    besarnya

    gaya

    angkat dan tahanan

    pada

    setiap sudut serang.

    Maka

    gaya

    angkat

    dan tahanan

    yang

    terjadipada

    satu

    daun

    propeler

    sama dengan

    integrasinya

    sepanjang daun,

    yaitu

    dari

    akar

    sampaike

    puncak

    daun. Dengan demikian momen

    putar

    dan

    gaya

    dorong

    yang

    dihasilkan

    propeler

    dapat dihitung. Namun

    perlu

    diingat di sini bahwa

    karakteristik

    .

    airfoil secara

    murni

    (airfoil

    terisolasi)

    dapat diterapkan

    pada

    propeler

    dua atau tiga

    daun,

    yaitu

    jika jarak

    antara dua

    penampang

    daun

    (s) pada

    jarak

    r

    yutg

    sama

    jauh

    lebih

    besar

    dari

    pada panjang

    korda

    (c)

    dari

    penampang yang

    bersangkutan, atau

    apabila

    (s/c)

    >>

    L

    Dalam

    hal tersebut

    tidak terjadi

    interverensi dari

    daun

    yang

    lain

    sehingga data

    karakteristik

    airfoil

    dapat

    langsung

    digunakan.

    Oleh karena itu

    pun

    ketelitiarurya

    berkurang

    pada

    r

    yang kecil,

    selain

    karena

    gaya

    aerodinamika turun

    menjadi nol.

    Untuk

    propeler

    berdaun

    banyak,

    juga

    untuk

    fan

    terbuka

    (unducted)

    atau terbungkus

    (ducted)

    dengan

    (s/c)

    <

    l,

    tidak dapat begitu

    saja

    digunakan data

    airfoilterisolasi,

    melainkan harus

    diperlakukan

    sebagai

    kaskade, dan

    oleh

    karena

    itu

    harus menggunakan

    data aerodinamika

    kaskade.

    Meskipun

    demikian

    data

    airfoil terisolasi

    masih dapat digunakan

    untuk

    anulus

    di bagian

    puncak

    daun

    atau

    sudu, selagi

    (s/c)

    >>1.

    Sedangkan untuk

    anulus di bagian akar

    daun atau sudu,

    dimana

    (s/c)

    < l,

    hendaknya

    digunakan

    data aerodinamika

    kaskade.

    Dalam

    pengembangan

    teori elemen daun

    digunakan

    faktor aliran masuk a

    dan

    a,

    sehingga digunakan

    cit

    =

    co(r+o)

    dan

    a'r

    =

    a(l-

    ar)

    sebagai dua

    komponen kecepatan

    udara

    yang

    menenfukan

    sudut maiu

    (advance

    angle)

    $,

    dai'

    penampang

    yang

    bersangkutan,

    seperti

    terlihat

    pada

    Gambar

    5.27.

    t*r

    6

    =

    9i-

    =,co(t+,") =

    tlt+

    a),

    wL

    Y

    -

    o)'r

    (t-

    orb,

    -

    'oc(l-

    or)

    dimana

    Cs

    =

    kecepatan maju

    propeler

    C'e= kecepatan

    udara

    masuk aksial

    (arial

    infow

    velocity)

    (tt

    =

    2wt

    =

    kecepatan

    sudut

    propeler

    ar'

    =

    kecepatan

    sudut

    udara

    masuk

    berputar

    (inflow

    rotational

    velocity)

    n

    =

    kecepatan

    putar

    propeler

    dalam

    putaran

    per

    detik

    a

    :

    faktor kecepatan aliran

    masuk aksial

    (5.43)

    (s.44\

    (5.45)

    Airfoil,

    propeler,

    fan,

    dan rotor

    113

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    36/587

    Cl6

    J

    R

    D

    :

    faktor

    aliran

    masuk

    berputar

    =

    *

    =p.tb*dinganmaju

    r

    _R

    =+=iut-iaripropeler

    =

    diameter propeler

    o'r

    t

    icJ

    ar'

    =

    ro(l-aar)i.-

    g

    h-O

    \>'

    o)'rpuncek

    &

    H

    (\l

    il

    H

    Gambar

    5.27

    Geometri

    elemen

    daun

    propeler

    dan

    gaya-gaya

    aerodinamika.

    (a)

    Parameter

    propeler;

    (b)

    Daun

    propeler

    dan

    elemen-elemennya;

    (c)

    Langkah

    geometris

    p

    dan

    sudut langkah

    F;

    (d)

    Posisi

    elemen

    daun

    propeler,

    kecepatan

    dan

    gayagaya.aerodinamika;

    (e)

    Kecepatan

    pada

    puncak

    daun

    propeler;

    (f)

    Kecepatan

    pada

    akar

    daun

    propeler.

    114 Wiranto

    Arismunandar,

    Pengantar

    turbin

    gas

    dan motor

    prcpulsi

    .l

    .E

    ,',

    tt

    i.1,-

    k._

    c'o=

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    37/587

    Perlu

    diperkirakan

    besarnya

    a

    dan

    a,

    seperti

    yang

    lazim digunakan,

    namun

    bagi

    a

    dapat digunakan hubungan

    b

    A=-=

    2

    -l+

    (s.46)

    Selanjutnya sudut daun

    (blade

    angle)

    atau

    sudut

    langkah

    Qitch

    angle),

    B,

    didefinisikan

    sebagai

    f=a+d

    (s.47)

    dimana

    a: sudut serang;

    dalam hal ini

    diukur terhadap

    garis gaya

    angkat nol,

    yaitu

    sudut

    serang absolut

    /

    :

    sudut maju

    Tetapi

    ada

    juga

    parameter

    lain

    yang

    mendefinisikm

    langkah

    geometrik

    (6eometric

    pitch\,

    jwak

    maju aksial

    yang

    ditempuh

    propeler

    untuk satu

    putaran propeler,p,

    sehingga

    tanP= (5.48)

    dimana

    D

    =

    diameter

    propeler.

    Distribusi

    langkah

    untuk

    setiap daun

    propeler

    dapat diberitahukan, namun

    biasanya

    dinyatakan dengan

    sudut

    langkah

    BpadaTU-75

    %

    jur-jari

    yang

    biasanya

    merupakan lokasi

    dimana

    beban

    propeler

    adalah maksimum.

    Di

    samping itu hal

    yang

    sangat

    penting

    dalam

    perancangan

    propeler

    adalah

    parameter

    (s.4e)

    dimana

    L=

    gaya

    angkat,

    D:

    gayatahan,

    C1:

    koefisien

    gaya

    angkat,

    Cp

    :

    koefisien gaya

    tahanan.

    Biasarrya

    L/D lebih

    besar dart

    20,

    tetapi

    yang

    sangat

    diperlukan

    adalah

    kemampuan

    untuk

    menghasilkan

    gaya

    dorong

    yang

    besar.

    Sebelumnya sudah dikenalkan

    faktor

    (s/c)

    yang

    diperlukan untuk mengetahui

    apakah dalam analisis

    dapat digunakan

    data

    karakteristik

    airfoil mumi

    (terisolasi)

    atau sebaiknya data

    kaskade.

    Parameter lain

    yang

    erat

    kaitannya

    dengan

    ini

    adalah

    perbandingan

    soliditas

    dari

    penampang

    pada

    jarak

    r dari

    sumbu

    putar

    propeler,

    ataupadat=R,

    =

    X6,

    dan

    untuk

    propeler

    (5.50)

    p

    ltD

    t

    =rt

    DCD

    zc

    on

    =

    trR

    'zc

    o,

    =-

    lr

    zv

    O=L

    trR

    Airfoil,

    propeler,

    fan,

    dan rotor

    L15

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    38/587

    dimana

    ,

    =

    jumlah

    daun

    propeler

    c

    =

    panjang

    korda

    c

    =

    panjang

    korda

    pada

    r=

    (70

    -

    75\

    %

    R

    P

    =

    jari-jari

    propeler

    r

    =

    jarak

    radial

    dari sudut

    putar

    r: r/R

    Parameter

    openting

    untuk

    mengetahui besarnya

    gaya

    dorong

    atau

    momen

    putar

    relatif

    terhadap

    diameter

    propeler.

    Namun

    o haruslah

    sangat

    kecil

    dalam

    penerapan

    teori elemen daun,

    karena

    zccl

    o,=7=e)=6

    (5

    5r)

    dimana

    s/c

    >>l

    supaya

    dapat

    menggunakan

    data aerodinamika

    airfoil terisolasi.

    Dari

    Gambar 5.27

    (d)

    dapat

    dilihat

    bahwa

    6F=6Lcosl-dDsn$

    =

    (/

    cos

    fi

    -

    d

    sin

    fi)6r

    (5.52)

    t=drsin/+

    SDcosQ

    r

    =

    (/

    sin

    0

    +

    d cos

    O)

    (5.53)

    dimana

    6Z

    dan

    6D

    adalah

    gaya

    angkat dan tahanan

    pada

    daun

    propeler

    antara

    r

    dan

    r

    *

    6r,

    sedangkan

    I

    dan

    d

    adalah

    gaya

    angkat dan

    gaya

    tahanan

    per

    satuan

    panjang

    daun

    propeler.

    Oleh

    karena itu

    jika

    untuk

    hal tersebut

    didefinisikan

    koefisien

    gaya

    angkat

    darr koefisien

    gaya

    tahanan

    lokal,

    td

    ',=

    +*eodancd=

    +A

    (5'54)

    maka

    6F

    =(crcos /

    -

    c4

    sin

    il|rcid,

    (s.55)

    dan

    T=G,sin

    /

    +cd

    cos

    d\)rc;a,

    (5.s6)

    sehingga

    untuk

    propeler

    dengan

    jumlah

    daun

    sebanyak

    z,

    116 Wiranto Arismuandar,

    Pmgantar

    turbin

    gas

    dan

    motor.prcpulsi

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    39/587

    *

    =d,\:N^)b,cos/-

    cd

    su.;lu'

    T=O'{irce)f",sin

    /

    +

    ca cos

    Q\6r

    (5.s7)

    (5.s8)

    (5.5e)

    (5.60)

    (5.61)

    (5.63)

    (5.65)

    dimana

    p

    dan

    Cs

    adalah

    pada

    keadaan

    arus bebas

    di

    hulu, maka persamaan

    5.57

    dan

    5.58

    tersebut di

    atas dapat

    dituliskan

    sebagai

    Dari

    diagram

    kecepatan

    tersebut

    pada

    Gambar 5.27

    (e),

    ,1 C'o

    co

    (t

    +

    a)

    sin

    d

    sin/

    selanjutnya

    apabila

    a=)rc3

    6F

    =

    zcq(I+ a12

    Ctcos --Sasin4

    U,

    4L=

    rrt(t*

    o),

    sehingga dari

    persamaan

    5.63

    dan

    5.64

    di

    atas

    diperoleh

    hubungan

    ( a

    )_o,"

    Cpos{-Casn{

    It.r.r,/-T

    "rrl

    dan

    5f

    =

    zcq(t+a)2

    Clsin/+CacosQ

    (s

    62\

    sin2

    Q

    Dengan

    demikian besarnya

    gaya

    dorong

    (F)

    dan

    momen

    putar

    (Z)

    yang

    dihasilkan

    oleh

    daun

    propeler

    dapat

    dihitung secara

    integrasi

    grafis

    atau secara

    numerik

    yaitu

    setelah

    ditetapkan

    jenis

    airfoil

    yang

    akan digunakan

    serta dipilih sudut cr, yang

    dapat

    memberikan

    (ild)

    yarrg

    maksimal

    dengan menggunakan

    grafik

    seperti terlihat

    pada

    Gambar 5.28. Dengan

    demikian

    dapat

    diketahui

    Cr

    dan

    Ca

    yang

    bersangkutan.

    Setelah

    itu

    dipilih ot dan

    dengan kecepatan terbang

    yang

    ditetapkan,

    dan

    dengan

    faktor

    aliran masuk a

    dan a,

    yME

    diperkirakan, dapat

    diketahui sudut

    /

    dan

    F:

    (d

    +

    a).

    Dari

    persamaan

    5.61

    dapat diperoleh hubungan

    rdr

    Cpos(

    -C6nQ

    s^20

    dimana o,

    =(#)

    adalah soliditas

    lokal

    tersebutpadapersamiran

    5.50. Demikian

    juga

    dari

    persamaan

    5.62

    Airfoil,

    propeler,

    fan,

    danrotor

    117

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    40/587

    {

    =,

    "

    q(t

    +

    a)z

    C

    Fl-ll.i

    +,C cos4,

    dr

    r

    '

    sin26

    dan

    dari

    persamaan

    5.58,

    #

    =

    o*'

    nsa(t+

    aP,

    sehingga

    dari

    persamaan 5.66

    dan

    5.67

    tersebut

    di

    atas

    ao)cor

    _o,

    C6nQ+Cacos$

    z;Gla-T

    "",/

    Penampang

    propeler

    clgrk-Y

    i

    =

    r0%, Nr.

    =

    0,5

    x

    106,

    M

    =

    0,6

    (s.66)

    (s.67\

    (s.68)

    (s.6e)

    (5.70)

    a

    Gsris

    korda

    :L-,

    0,1

    cd

    30

    I

    d

    -100

    -50 00

    udut sersng,

    tro

    Gambar 5,28 Karakteristik sebuah

    airfoil Clark-Y

    Dari

    Gambar

    5.27,

    tano=ffi

    atau

    118

    Wiranto Arismurandar, Pengantar

    turbin

    gas

    dan motor

    propulsi

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    41/587

    sehingga

    persam:um

    5.68

    di

    atas

    menjadi

    (

    o,

    )-o,

    It-,, J-T

    s|Ir-2o

    Cpnf

    +CacosQ

    Cpng

    +CposQ

    _Cposd

    _

    Ct

    -

    sn20

    tan{sn$

    =C'

     

    sin/

    (5.71)

    (5.72)

    (s.73)

    (s.7s)

    (s.76)

    (s.77)

    (s.78)

    sintros/

    Namun,

    biasanya

    dipilih daerah

    operasi

    dengan

    sudut

    a

    yang

    menghasilkan

    L/D

    yang

    optimum

    (antara

    20

    dan

    50)

    sehingga

    Ca relatif

    sangat

    kecil,

    oleh karena

    itu

    Cpos$

    -C1sinfi

    sinz

    6

    dan

    Cqind+Cacost

    =

    C,

    sin/cos/

    -

    cos/

    (s.74)

    Maka

    dengan

    menggunakan

    persamaan

    5

    .7 2, 5

    .7

    3

    dan

    5

    .7

    4,

    persamaan

    5

    .

    65,

    5

    .

    63,

    5.71

    dan

    5.66,

    dapat disederhanakan

    menjadi

    (

    a

    )-o,

    Ct

    (.l.r]=

    8 tunl.inl

    {=rrq(t+o)'-

    tt-

    dr

    tanQ

    sn{

    (

    o,

    )-o,

    ct

    \r-,,)-T"*/

    {=rrq(t+o)2rSJ-

    dr

    snf

    Persamaan

    5.76

    dan

    5.78

    dapat diubah ke

    dalam

    bentuk tanpa

    satuan,

    yaitu

    dengan

    jalan

    memanfaatkan persamaan

    5.33

    atau 5.100

    dan

    5.101

    yang

    mendefinisikan

    koefisien

    gaya

    dorong

    Kr

    dan koefisien momen putar

    K7, dan mengganti

    r

    dengan

    r

    =

    r/R,

    dimana R

    =

    D/2

    adalah

    jari-jari

    propeler.

    Maka

    untuk

    propeler

    tertentu

    dengan

    p,

    J, d, o^, GR, c1,

    dio

    ca

    tertentu, hanya

    dyurg

    berubah

    sepanjang x

    =

    0

    sampai

    r

    =

    l,

    dan apabila

    K,

    =

    o,-Jx

    ,

    F"

    DO

    dX

    dF

    K,

    -

    dx

    =(;*\+)#

    Airfoil,

    propeler,

    fan, dan

    rotor

    L 19

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    42/587

    =(;*)(t)-Gnt)0.

    '\'#*

    =t(

    *\(

    c3

    )(r*o),

    ct

    t\xR)lnzn2

    )'

    '

    tan{sn{

    atau

    #=Luo^t'(t

    *d'

    #*o

    (5.80)

    Demikian

    juga jika

    koefisien

    momen

    putar

    K7:

    #F

    (5,7e)

    (5.81)

    (5.82)

    dK, I

    dr

    (

    t

    )(o)ar

    ==l-

    dx

    prrtDt

    d,

    \n'ot )\z

    )

    a,

    =(i)(ilv"\i*t)r.

    =(+)('*)(#)'-"r(;)

    )'rSt

    surp

    CI

    sin/

    atau

    o{.'

    =

    |

    o

    ^J'(t

    +

    o)'

    G)St-

    dx lb

    smp

    Juga

    karena

    pada radius

    r

    atau

    padax

    =

    r/R,tart

    O=

    #S

    ,

    dan

    pada

    posisi

    R

    atau

    padar=

    I

    . ,

    co(t+o)

    lanO

    =

    '

    a.,(l

    -

    o.)R

    maka

    It^dl.-*=bF

    (5.83)

    Demikianlah, Gambar

    5,28

    dan

    Gambar

    5.29 dapatmemberikan

    gambaran

    tentang

    derajat besaran dari

    parameter

    perancangan

    yang

    lazim digunakan.

    Biasanya

    a

    =

    0

    dan

    juga

    a,=0

    sehingga

    C'o=

    Co

    (l

    +

    a) =

    Co

    juga

    al

    =

    @

    (l -

    a,)

    =

    o:, dan

    hal

    tersebut

    juga

    menjelaskan

    bahwa

    gaya

    dorong

    yang

    dihasilkan

    oleh

    propeler lebih

    [20

    Wiranto Arismunandar,

    Pengantar

    turbin

    gas

    dan motor

    propulsi

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    43/587

    disebabkan

    oleh laju

    aliran massa

    udara

    yang

    besar

    dari

    pada

    kenaikan

    kecepatannya.

    Selanjutnya,

    ada baiknya

    untuk mendapatkan gambaran

    tentang

    desain

    propeler

    dan

    hubungannya

    dengan

    efisiensi

    propulsi.

    Dari persamaan

    5.63, 5.66,

    dan

    5.69

    dapat

    dihitung

    efisiensi

    propulsi

    yang

    dapat dicapai

    oleh

    propeler,

    n

    =co6F

    =l-o,

    n*,dffi

    I

    ^

    -

    -

    - -

    P a$T l+a

    5T

    =l

    -

    o,

    ,^r,rCPosd

    -

    Casind

    l+a

    C6in$+Cposf

    =1,

    o'

    t^rcosi-?snd

    t+a

    sin/+f,cosg

    . I

    _Co

    sinl

    =l-

    o,

    t*r6'

    ,

    "*6

    l+a

    '

    sind

    *C,

    cosl

    C1

    atau

    L

    r

    a

    ah

    po

    500

    I

    c

    Contoh

    distribusi

    gaye

    domng

    (atau

    momeh

    pular)

    psds

    daun

    propeler

    I

    R

    b. Distribusi beban

    l-a^

    ,l-t:lrretanf

    fl^

    =4t4t6-

    l+a

    '

    tane+tffif

    -R-.al

    H'.1

    I

    l----#-..

    l-'-'-t/

    0,75

    1,0

    a; Geometri

    daun

    propeler

    Gambar

    5.29

    Geometri sebuah

    daun

    propeler

    dan distribusi

    beban dalam

    arah radial.

    [1]

    Airfoil,

    propeler,

    fan,

    dan

    rotor

    121

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    44/587

    atau

    _(t-

    a,\

    tani

    ''o

    -[

    l+a

    )tan(e+6)

    dimana

    ian

    e

    =

    'DlL

    =

    CalC1,

    seperti

    pada

    Gambar

    5.27.

    Bia:grnla

    a@

    11

    q

    dan

    sangat

    kecil

    sehingga dapat

    diabaikan,

    da

    =

    0. Dengan demikian

    tarrd

    =

    -: ----

    co

    (t

    +

    a)

    '

    er(l

    -

    a,)r ar

    (5.84)

    (s.8s)

    (5.86)

    dan

    persamaan

    5.84 di atas

    menjadi

    (

    t

    )

    t"n/

    'to

    =lr*o)e;T)

    t^nO

    =

    4Froude

    :-

    "'""--

    tan(e

    +

    /)

    Seperti

    sudah disebutkan

    sebelumnya

    apabila

    airfoil

    yang

    akan

    digunakan

    sudah

    ditetapkan

    maka

    dipilih

    sudut

    a

    yang dapat memberikan

    LID

    yang

    optimum.

    Dengan

    demikian

    sudut edapat

    ditentukan

    dari

    tan e

    =

    DIL=

    Ca/Ct=

    dll'Dari

    persamaan

    di

    atas

    dapat diperkiiakan

    sudut

    /

    yang

    dapat

    memberikan

    4p

    Ymg

    maksimum, sekurang-kurangnya

    apabila

    ffi

    dapat dibuat

    maksimum,

    yaitu

    dari

    h(ffi)

    =

    ffi?O

    +

    tunll-

    t*-'

    ("

    +

    6\ec'

    (e

    +

    6)f

    sect

    =

    tmtd

    _

    cos(e

    +/) sin/

    tanQ+fi

    sin'?(e

    +/)

    sin(a+

    dhot'0

    sin2(e

    +Q\,osQ

    atau

    sin

    2(a

    +

    d)

    =

    sin

    2(

    yang

    dapat

    memenuhi

    hubungan sin

    2Q

    =

    sinQr

    -

    2d)

    sehingga

    ("

    -2il=z(e

    +$)

    atau

    {:

    td4

    -

    e/2.

    Karena e biasanya

    sangat

    kecil

    sesuai

    dengan

    pemilihan C/Ca

    antara

    20

    dan

    50, atau

    tan 6

    =

    l/20

    -+1150,

    atau sudut

    € aurttara

    I

    sampai

    3o, maka

    Q

    x

    td4 urfiukmencapai

    1pyffig

    maksimum. Namun

    karena

    faktor

    aliran

    masuk

    a

    dan

    a.

    adalali

    kecil

    dan

    jika

    dianggap

    konstan

    maka

    $akan

    bertambah

    kecil menuju

    puncak

    daun

    propeler

    yaitu

    /

    di

    sekitar

    15".

    Demikian

    juga

    panjang korda

    c

    bertambah

    kecil menuju

    puncak

    daun.

    -0

    122

    Wiranto Arismunandar,

    Pengantar

    tttrbin

    gas

    dan

    motor

    propulsi

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    45/587

    a.

    aliran

    masuk

    (innow)

    b.

    kibas-bawah

    (downwash)

    Gambar

    5.30

    Perbandingan

    antara

    segitiga

    kecepatan

    elemen daun

    propeler.

    Kl

    BAS-BAWAH

    (DOWNWA

    S

    H)

    ALTRAN

    MASUK

    (\NFLOW

    cu

    Cn

    Ca

    Tidak

    ada

    yano

    setara

    0o=cli+0

    0

    0

    Tidak

    ada

    yang

    setara

    At

    Tidak

    ada

    yang

    setara

    F=00-o

    F=0_cr

    w

    cosdo

    co

    a

    w

    sin

    /o

    C6

    a@

    5.5

    Beberapa

    pertimbangan

    dan

    prosedur

    perancangan

    propeler

    Pengabaian

    pengaruh

    kompresibilitas

    dalam

    perancangan

    propeler

    memberikan

    hasil yang

    cukup

    baik

    untuk kecepatan

    rendah,

    yaitu

    untukMs

    0,6.

    Untuk

    kecepatan

    yang

    lebih

    tinggi

    ada

    pengaruh

    kompresibilitas

    terhadap

    faktor

    aliran

    masuk

    tersebut

    pada

    persamaan

    5.24

    dan 5.25,

    juga

    terhadap

    gaya

    angkat

    dan

    gaya

    tahanan.

    Pemilihan profil

    daun

    propeler

    selain diutamakan

    pada yang

    dapat menghasilkan

    gaya angkat yang

    tinggi

    dan tahanan yang

    rendah,

    juga harus

    memperhitungkan

    masalah

    pembuatan,

    kekuatan

    material,

    suara

    dan

    getaran

    serta

    besamya

    kenaikan

    gaya

    tahan pada

    kecepatan

    tinggi. Hal

    tersebut

    terakhir

    dapat

    dikurangi

    dengan

    Airfoil,

    propeler,

    fan,

    dan rotor

    123

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    46/587

    menggunakan

    penampang

    daun

    yang

    lebih

    tipis

    dengan korda

    yang

    lebih

    lebar. Ada

    dua

    metode

    yang

    dapat digunakan dalam

    perancangan

    awal

    propeler,

    yaitu

    metode

    aliran

    masuk

    (inflow,

    Glauert'l

    dan

    metode kibas-bawah

    (downwash\.

    Perbedaan

    antara

    kedua metode tersebut terlebih

    dahulu akan ditunjukkan

    oleh

    segitiga

    kecepatan elemen daun masing-masing, seperti terlihat

    pada

    Gambar

    5.30.

    Jika

    pada

    metode aliran masuk digunakan faktor

    aliran

    masuk, a dan

    d.,

    maka

    pada

    metode

    kibas-bawah

    (downwash'l

    hanya

    digunakan

    koreksi

    dengan

    memasukkan kecepatan

    kibas-bawah

    (downwash

    velocity), w,

    tanpa ada aliran

    masuk

    (a

    =

    0

    dan

    a.

    =

    0).

    Dengan

    cara

    yang

    sama

    dengan metode aliran

    masuk,

    dari Gambar

    5.30b

    dapat

    diperoleh

    hubungan,

    6F

    =

    DLcos4o

    -

    6D sin(6

    =

    6Lcos(Q

    +

    ai)- 6Dsn(g

    +

    a,)

    (5.87)

    +

    6D cos$s

    =5tsin(d+a,)+6Dcos(Q+a,)

    (5.s8)

    Selanj

    utnya

    dengan

    menggunakan

    persamaan

    5

    .

    5

    4,

    6L

    =;{?cpdr

    d-_,

    aD

    =

    l{.cl"*

    serta

    memasukkan

    C,

    =

    Cacos

    cq

    dan

    Cn2

    -

    Co'+

    (olr)2

    =

    Cs2

    +

    (2nnr)2

    maka

    persamaan

    5

    87 dan

    5.88

    tersebut di atas, untuk

    propeler

    dengan

    jumlah

    daun

    sebanyak

    z, menjadi

    #

    =iW"lbe

    .

    Qnnr

    )2)(ror'o,

    fc,

    .orpo

    -

    c

    asn1s)

    ("or'o,

    fc,"o

    sfus

    -

    C

    asin1s)

    t[:)

    =

    6Lsin1o

    =ib.',r\#)@l*.*(;)'

    '(*)

    atau

    atau

    t "

    ^U'

    +

    o'

    r'lporz

    a,\c,"or6o

    -casin/o

    )

    +

    =?

    o

    ^(t'

    +

    n

    2

    xz["or'o,

    lc,"orpo

    -crsin/o

    )

    (5.8e)

    124 Wiranto

    Arisrnunandar, Pengantar

    trtrbin

    gas

    dan motor

    propulsi

  • 8/16/2019 WA - Pengantar Turbin Gas Dan Motor Propulsi Hal 79-End

    47/587

    Sedangkan

    atau

    atau

    #

    =

    )

    *rrbt

    *

    (zmr)2[.or'o,

    fc,rinpo

    +c

    acos66)

    =*6'o'\A /;il{#.",(;)'}t*,,o,fc,,i,,do+c,cos/o)

    +C

    pos{o)

    +

    =

    fro

    ^t(t'

    +

    n

    2

    x2fpos'

    o,\c6inp +

    c

    ocos6 )

    '(*)

    n

    (zc\(

    x

    -;W=

    *

    [;J[n

    lt*.

    *(;)'

    ]{"""",

    }','inPo

    (5.e0)

    Sekarang,

    ada

    baiknyajika

    dapat diperkirakan

    besaran

    sudut a1,

    seperti

    apa

    yang

    kita

    ketahui

    tentang

    besaran

    a

    dan

    a^ tersebut

    pada persamaan

    5.65

    dan

    5.71.

    Dari

    grafik

    yang

    menyatakan

    hubungan

    antara Cr

    dan a, daerah

    yang

    dapat memberikan

    C/CaYanE

    optimum

    (antara

    20

    dan

    50)

    biasanya

    berbentuk

    garis

    lurus

    (sebelum

    stol). OIeh karena

    itu

    dianggap

    berlaku

    hubungan

    c1

    =

    C6d

    =

    cu(f

    -Q)=c,o(f -

    d

    -

    o,)

    (5.e1)

    dimana

    Cp

    =

    kemiringan garis

    Cl

    versus a

    a