55 Bab IV Hasil dan Analisis IV.1 Respon Gaya dan Momen Akibat Simulasi Gerakan Pesawat Simulasi gerak osilasi harmonik paksa yang dilakukan pada pesawat akan memberikan pola gaya dan momen aerodinamika yang berbeda tergantung jenis gerak osilasi harmonik yang diaplikasikan. Respon gaya dan momen akibat gerak translasi Gaya dan momen terhadap waktu yang dihasilkan dari simulasi gerak osilasi harmonik translasi pesawat ke atas dan ke bawah dengan frekuensi 2 Hz ditunjukkan pada Gambar IV.1. Fase setengah periode gerakan yaitu fase detik hingga detik disebut fase upstroke dan fase setengah periode gerakan berikutnya yaitu detik hingga detik disebut fase downstroke. Gambar IV.1 Respon gaya dan momen terhadap waktu akibat gerak translasi Grafik pada Gambar IV.1 menunjukkan bahwa saat detik hingga setengah periode gerakan, gaya angkat mengalami peningkatan. Hal ini dikarenakan ketika pesawat mengalami gerakan translasi ke atas dilanjutkan gerakan translasi ke bawah, menyebabkan adanya downwash atau imbas udara ke arah bawah dengan kecepatan imbas negatif dan dilanjutkan upwash atau imbas udara ke arah atas dengan kecepatan imbas positif. Artinya, kecepatan imbas mengalami peningkatan 56 dari detik hingga setengah periode gerakan. Adanya kecepatan imbas arah vertikal dan kecepatan freestream arah horizontal akan menghasilkan sudut serang imbas lokal. Lebih lanjut, sudut serang imbas lokal juga akan mengalami peningkatan dari detik hingga setengah periode gerakan. Pada saat detik sudut serang imbas bernilai minimum kemudian bernilai 0 derajat pada saat detik, dan bernilai maksimum pada setengah periode gerakan atau pada saat detik. Hal ini berlaku sebaliknya untuk setengah periode gerakan berikutnya yaitu dari detik hingga detik sehingga menghasilkan gaya angkat yang mengalami penurunan. Grafik momen pitch pada Gambar IV.1 menunjukkan tren yang berlawanan dengan gerakan pesawat. Hal ini menunjukkan adanya prinsip kestabilan dimana pesawat tetap terjaga pada osilasi gerakannya. Respon gaya dan momen akibat gerak rotasi Gaya dan momen terhadap waktu yang dihasilkan dari simulasi gerak osilasi harmonik rotasi pesawat terhadap pusat massanya dengan frekuensi 2 Hz ditunjukkan pada Gambar IV.2. Gambar IV.2 Respon gaya dan momen terhadap waktu akibat gerak rotasi Grafik pada Gambar IV.2 menunjukkan bahwa gaya angkat terhadap waktu yang dihasilkan dari simulasi gerak osilasi harmonik rotasi memiliki tren yang sama dengan grafik sudut pitch pesawat terhadap waktu. Pada saat detik, pesawat berada pada posisi nose up dengan sudut pitch maksimum, kemudian melakukan 57 gerakan pitch down perlahan hingga mencapai sudut pitch sebesar 0 derajat ketika detik, dan dilanjutkan gerakan pitch down hingga pesawat berada pada posisi nose down dengan sudut pitch minimum saat detik. Pada saat pesawat melakukan gerakan pitch down, aliran udara di atas permukaan sayap pesawat mengalami penurunan. Akibatnya, tekanan udara di atas permukaan sayap pesawat akan mengalami peningkatan sementara tekanan udara di bawah permukaan sayap pesawat akan mengalami penurunan. Hal ini akan menyebabkan gaya angkat mengalami penurunan seperti ditunjukkan pada Gambar IV.2 saat detik hingga setengah periode gerakan. Demikian sebaliknya ketika pesawat melakukan gerakan pitch up akan menghasilkan gaya angkat yang mengalami peningkatan. Momen pitch memiliki tren yang berlawanan dengan gerakan pitch pesawat untuk menjaga agar pesawat tetap berada pada osilasi gerakannya. Respon gaya dan momen akibat gerak gabungan Gaya dan momen terhadap waktu yang dihasilkan dari simulasi gerak osilasi harmonik gabungan translasi dan rotasi dengan frekuensi 2 Hz ditunjukkan pada Gambar IV.3. Gambar IV.3 Respon gaya dan momen terhadap waktu akibat gerak gabungan Grafik pada Gambar IV.3 menunjukkan bahwa pada saat detik hingga mencapai seperempat periode gerakan, gaya angkat pesawat mengalami penurunan. Hal ini dikarenakan ketika pesawat mengalami gerakan translasi ke atas disertai gerakan pitch down, menyebabkan adanya downwash sebagai akibat dari gerakan 58 translasi, disertai dengan adanya upwash sebagai akibat dari gerakan pitch down pesawat. Akibatnya, kecepatan aliran udara di atas permukaan sayap pesawat ketika melakukan gerakan pitch down akan mengalami penurunan dan tekanan udara di bawah permukaan sayap juga mengalami penurunan. Sebaliknya, pada saat detik hingga detik, gaya angkat mengalami peningkatan. Hal ini dikarenakan ketika pesawat mengalami gerakan translasi ke bawah yang disertai dengan gerakan pitch down kemudian pitch up, menyebabkan adanya upwash atau imbas udara ke arah atas sehingga kecepatan aliran udara di atas permukaan sayap pesawat mengalami peningkatan sementara tekanan udara di atas permukaan sayap pesawat mengalami penurunan. IV.2 Perilaku Aliran Akibat Simulasi Gerakan Pesawat Simulasi gerak osilasi harmonik translasi, rotasi, dan gabungan keduanya yang diaplikasikan pada pesawat akan mengakibatkan adanya perubahan perilaku atau properti aliran di sekitar geometri pesawat seperti tekanan dan kecepatan aliran. Perilaku aliran akibat gerak translasi Kontur tekanan hasil simulasi gerak osilasi harmonik translasi pesawat dengan frekuensi 2 Hz pada saat detik dan detik ditunjukkan pada Gambar IV.4. Gambar IV.4 Kontur tekanan upstroke dan downstroke pada gerak translasi 59 Gambar IV.4 menunjukkan adanya perubahan posisi pesawat ketika berada pada fase upstroke dan fase downstroke. Ketika pesawat melakukan gerakan upstroke maka terdapat penambahan kecepatan imbas ke arah bawah yang mengakibatkan berkurangnya tekanan di bawah permukaan sayap pesawat dan penambahan tekanan di atas permukaan pesawat. Hal ini juga berlaku sebaliknya ketika pesawat mengalami gerakan downstroke, terdapat penambahan kecepatan imbas ke arah atas yang mengakibatkan berkurangnya tekanan di atas permukaan pesawat. Perilaku aliran akibat gerak rotasi Kontur tekanan hasil simulasi gerak osilasi harmonik rotasi pesawat terhadap pusat massanya dengan frekuensi 2 Hz dan sudut pitch maksimum 1 derajat, pada saat detik dan detik ditunjukkan pada Gambar IV.5. Gambar IV.5 Kontur tekanan pitch up dan pitch down pada gerak rotasi Kontur tekanan pada Gambar IV.5 menunjukkan adanya perubahan tekanan ketika pesawat mengalami gerakan pitch up dan pitch down. Ketika pesawat pitch up, aliran udara di atas permukaan sayap pesawat memiliki kecepatan yang lebih besar dibandingkan ketika pesawat pitch down. Akibatnya, tekanan udara di atas permukaan sayap pesawat ketika pitch up akan lebih kecil dibandingkan tekanan udara di atas permukaan sayap pesawat ketika pitch down. Demikian juga tekanan di bawah permukaan sayap pesawat, dimana kecepatan aliran udara ketika pitch up 60 lebih rendah dibandingkan ketika pitch down. Akibatnya tekanan udara di bawah permukaan sayap pesawat ketika pitch up akan lebih besar dibandingkan ketika pitch down. Perilaku aliran akibat gerak gabungan Kontur tekanan hasil simulasi gerak osilasi harmonik gabungan translasi dan rotasi pesawat terhadap pusat massanya pada saat fase upstroke yaitu detik dan detik, serta fase downstroke yaitu detik, dan detik ditunjukkan pada Gambar IV.6. Gambar IV.6 Kontur tekanan upstroke pitch up dan pitch down serta downstroke pitch down dan pitch up pada gerak gabungan translasi rotasi Kontur tekanan pada Gambar IV.6 menunjukkan adanya perubahan tekanan ketika pesawat pada fase upstroke disertai pitch up kemudian pitch down, serta ketika pesawat pada fase downstroke disertai pitch down kemudian pitch up. Ketika pesawat pada fase upstroke disertai pitch up, artinya pesawat sedang bergerak translasi ke atas sekaligus melakukan pitch up. Akibatnya ada imbas udara ke arah bawah sehingga tekanan udara di atas permukaan sayap pesawat lebih besar. Ketika pesawat pada fase upstroke disertai pitch down, artinya pesawat sedang bergerak translasi ke bawah sekaligus melakukan pitch down. Akibatnya ada imbas udara ke arah atas sehingga tekanan udara di atas permukaan sayap pesawat lebih kecil. 61 Demikian pula untuk tekanan udara di bawah permukaan sayap pesawat ketika fase upstroke pitch up akan lebih kecil dibandingkan tekanan udara di bawah permukaan sayap pesawat ketika fase upstroke pitch down. Ketika pesawat pada fase downstroke disertai pitch down, artinya pesawat bergerak translasi ke bawah sekaligus melakukan pitch down. Akibatnya, terdapat imbas udara ke arah atas sehingga tekanan udara di atas permukaan sayap pesawat lebih kecil. Sebaliknya ketika pesawat pada fase downstroke disertai pitch up, artinya pesawat bergerak translasi ke atas sekaligus melakukan pitch up. Akibatnya, terdapat imbas udara ke arah bawah sehingga tekanan udara di atas permukaan sayap pesawat lebih besar. Demikian pula untuk tekanan udara di bawah permukaan sayap pesawat ketika fase downstroke pitch down akan lebih besar dibandingkan tekanan udara di bawah permukaan sayap pesawat ketika downstroke pitch up. IV.3 Pengaruh Parameter Simulasi : Reduced Frequency Efek variasi nilai reduced frequency terhadap gerak osilasi pesawat untuk mencapai simpangan maksimum yang sama ditunjukkan pada Gambar IV.7.