Path: Top > S3-Dissertations > Aerospace Engineering-FTMD > 2017

OPTIMASI PERANCANGAN SAYAP STRUKTUR GRID KOMPOSIT MENGGUNAKAN ALGORITMA GENETIK: STUDI KASUS PESAWAT TRANSPORT SIPIL KAPASITAS 19 PENUMPANG

DESIGN OPTIMIZATION OF WING STRUCTURE GRID COMPOSITE USING GENETIC ALGORITHM: CASE STUDY CIVIL TRANSPORT AIRCRAFT 19 PASSENGER CAPACITY

PhD Theses from JBPTITBPP / 2017-10-09 09:48:53
Oleh : I GUSTI NGURAH SUDIRA (NIM : 33612001), S3 - Aeronautics and Astronautics-FTMD
Dibuat : 2017-09-29, dengan 1 file

Keyword : Struktur grid, komposit, optimasi AG, MEH.

Persaingan yang ketat antara industri pesawat terbang di dunia membuat para perancang terus berusaha melakukan inovasi perancangan struktur untuk memperoleh pengurangan berat struktur. Pengurangan berat struktur memiliki dampak pada penggunaan bahan bakar pesawat terbang, jarak jangkau, daya angkut, dan lain-lainnya. Beberapa cara yang dapat dilakukan untuk mengurangi berat struktur yaitu penggunaan material komposit sebagai pengganti metal, mengubah tipe desain dari struktur tradisional dengan struktur grid, memperbaiki metode desain dan analisis struktur, dan memperbaiki metode manufaktur. Sampai saat ini peneliti dan rekayasawan terus berusaha untuk memperkenalkan teknologi baru baik dalam bidang desain, manufaktur, dan penggunaan material komposit. Penggunaan komposit mengalami kemajuan pesat dari prosentase kandungannya dalam struktur pesawat terbang. Airbus A350 dan Boeing 787 adalah dua pesawat terbang komersil modern yang memanfaatkan komposit untuk memperoleh keunggulan dari segi berat struktur.


Dengan pengalaman panjang penggunaan struktur grid dalam bangunan sipil dan bidang spacecraft, para peneliti mulai melihat peluang penerapan struktur grid untuk pesawat terbang. Struktur dengan penguat grid telah diteliti banyak peneliti untuk memperoleh kemungkinan mengganti struktur monocoque, skin-stringer dan struktur sandwich dengan inti honeycomp. Kebanyakan aplikasi struktur grid pada bidang spacecraft memiliki bentuk geometri silinder. Aplikasi struktur grid untuk bidang aircraft merupakan terobosan baru dalam rancang bangun pesawat terbang. Mayoritas penelitian struktur grid di bidang aircraft dilakukan pada komponen fuselage yang secara geometri serupa dengan bentuk geometri struktur grid pada bidang spacecraft.


Penerapan struktur grid untuk perancangan sayap pesawat terbang memunculkan beberapa permasalahan, yaitu masalah teknik pemodelan struktur grid, penyediaan perangkat desain dan analisis respon struktur, serta masalah teknik verifikasi hasil desain. Dalam rangka memperoleh hasil desain yang optimum maka perlu dilakukan optimasi desain struktur grid sayap pesawat terbang dengan menggunakan algoritma genetik (AG) yang didukung oleh metode elemen hingga (MEH). AG merupakan algoritma optimasi yang populer karena dapat diterapkan pada data yang bersifat diskrit dan dengan jumlah variabel yang banyak. AG merupakan


algoritma optimasi probabilistik yang dibuat berdasarkan teori evolusi. Penerapan AG untuk perancangan struktur grid pesawat terbang masih tergolong metode baru. Walaupun ada banyak algoritma yang berbeda, tetapi struktur dasar AG masih tetap sama, yaitu terdiri dari populasi awal, evaluasi kecocokan, seleksi, persilangan, mutasi, dan fungsi target.


Penelitian ini bertujuan untuk menerapkan struktur grid untuk perancangan struktur sayap pesawat terbang model N219 melalui proses optimasi AG menggunakan material komposit CFRP IM6/5208 pada kulit dan aluminium pada penguat dalam fase preliminary design. Tujuan penelitian lainnya, yaitu pengembangan perangkat optimasi AG yang didukung MEH untuk perancangan struktur grid sayap pesawat terbang.


Langkah penelitian diawali dengan pembuatan perangkat optimasi dengan kegiatan utama membuat kode MEH yang dapat digunakan untuk analisis wing box yang mengandung panel kulit komposit dengan penguat grid aluminium. Setelah berhasil membuat perangkat optimasi termasuk proses validasinya, penelitian dilanjutkan pada aktivitas utamanya, yaitu penerapan perangkat optimasi untuk perancangan struktur grid sayap pesawat terbang pada tahap preliminary design. Penerapan perangkat optimasi dimulai dari model planar dilanjutkan dengan model wing box tanpa kulit dan terakhir adalah perancangan struktur wing box yang mengandung kulit komposit dan penguat grid aluminium model sayap N219. Proses analisis buckling dilakukan terpisah dari proses optimasi desain struktur berdasarkan strength, dengan menggunakan program komersil Nastran.


Kesimpulan yang dapat diambil dalam penelitian ini, yaitu struktur grid lebih ringan dari struktur tradisional. Perbedaan berat kedua tipe struktur tersebut makin besar dengan meningkatnya sudut swept. Kondisi ini menunjukkan bahwa struktur grid lebih efektif jika diterapkan pada sayap dengan sudut swept yang besar. Beban kritis dan faktor beban kritis struktur grid lebih besar daripada struktur tradisional. Nisbah faktor buckling terhadap beratnya sendiri menunjukkan keunggulan struktur grid dibandingkan dengan struktur tradisional.

Deskripsi Alternatif :

Tight competition among aircraft industries in the world motivates the designer of making structure design innovation to obtain structure weight reduction. Structure weight reduction has impact of aircraft fuel consumption, range, payload, etc. Some solution can be used to reduce structure weight, namely utilisation of composite as replacement of metal, change of design type from traditional to grid structure, improvement of design and analysis method, and improvement of manufacturing technology. Currently, researcher and designer have introduced new technology of design, manufacturing, and aplication of composite material. Aplication of composite material in aircraft design, showed high progress in component content percentage. Airbus A350 and Boeing 787 are two modern airplane of using composite material to obtain structure weight benefit.


According to long time experiences of using grid structure in civil building and spacecraft field, the researcher found opportunity of using grid structure in aircraft design. Grid structure have been studied by researcher to obtain the posibilities of replacement monocoque skin-stringer and honeycomb core sandwich. Most of grid structure application use cylindrical model in spacecraft field. Application of grid structure in aircraft design is a new penetration. Fuselage is opten time used as the research object of grid structure, geometrically similar shape with grid structure in spacecraft field application.


Application of grid structure in wing design are creating some problem namely structure grid modeling method, design and analysis tools that can be used, and the method of design output verification. In order to obtain the optimum design, this research used optimization method of grid structure design for aircraft wing by the application of genetic algorithm (GA) and finite element method (FEM). Genetic algorithm is vary populer due to the capabilities of getting solution in the case of discret data and big numbers of design variable. Genetic algorithm is probabilistic optimization algorithm that was generated based on evolution theory. The aplication of GA on grid structure design especially for aircraft design can be classificated as a new method. Eventhough there are many algorithm, but the basic structure of GA is still the same, i.e., consist of initial population, fitness evaluation, selection, crossover, mutation, and objective function.


The objective of this research is the application of grid structure on wing design of N219 aircraft model that consist of composite CFRP IM6/5208 skin and aluminium stringer grid in preliminary design phase. The other objective of this research is generating of optimization tools with FEM support for structure grid design of aircraft wing.


The first activity of this research is generating optimization tools with the main activity of generating FEM code with the capabilities for analysis wing box with contains of composite skin and aluminium stringer grid. After finish of generating otimization tools including validation process, application of optimization tools for grid structure design of aircraft wing at preliminary design phase can be performed. The application of optimization tools was started from planar model, and then wing box, and finally design of wing box structure using N219 wing model. Buckling analysis process was conducted separated from strength based design optimization process, using Nastran commercial program.


The conclusion can be obtained namely grid structure lighter than traditional structure. The differences of weight for the two type of structure increase with increasing of swept angle. This condition show that grid structure more effective if it was applied on high swept angle wing. Critical load and critical load factor for grid structure bigger than traditional structures. Ratio of buckling factor with respect to its weight, showed superiority of grid structure compared with traditional structure.

Copyrights : Copyright (c) 2001 by Perpustakaan Digital ITB. Verbatim copying and distribution of this entire article is permitted by author in any medium, provided this notice is preserved.

Beri Komentar ?#(0) | Bookmark

PropertiNilai Properti
ID PublisherJBPTITBPP
OrganisasiS
Nama KontakUPT Perpustakaan ITB
AlamatJl. Ganesha 10
KotaBandung
DaerahJawa Barat
NegaraIndonesia
Telepon62-22-2509118, 2500089
Fax62-22-2500089
E-mail Administratordigilib@lib.itb.ac.id
E-mail CKOinfo@lib.itb.ac.id

Print ...

Kontributor...

  • Dr. Ir. Djarot Widagdo


    Dr.Ing. M. Agoes Moelyadi ST,M.Sc., Editor: cecep hikmat

File PDF...