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