Perpustakaan Digital ITB

Indonesia sebagai negara maritim dapat memperoleh keuntungan dari kemajuan sains dan teknologi bawah air. Salah satu bidang yang berkaitan dengan teknologi bawah air adalah kendaraan bawah air. Dalam beberapa tahun terakhir, sebagian besar pengembangan kendaraan bawah air lebih melibatkan kendaraan yang berukuran lebih kecil dengan kemampuan tanpa awak daripada kendaraan berawak. Kendaraan bawah air tersebut bergerak dalam air dengan memberikan gaya dorong dalam arah geraknya. Penghasil gaya dorong pada kendaraan bawah air umumnya adalah pendorong dengan baling-baling. Baling-baling telah lama diketahui sebagai penghasil gaya dorong yang tinggi dengan tingkat efisiensi yang cukup tinggi untuk kecepatan tinggi. Namun, beberapa peneliti an mengemukakan bahwa baling-baling bukan sistem propulsi yang efisien untuk kendaraan bawah air berukuran kecil pada kecepatan rendah. Salah satu metode yang memungkinkan penyelesaian dari kekurangan tersebut adalah pendekatan biomimetik dengan meniru mekanisme pendorong alami dari binatang yang hidup dalam air seperti sirip ikan. Asumsi dasar dari pendekatan biomimetik ini adalah mekanisme pendorong alami telah berevolusi selama lebih dari setengah milyar tahun sehingga menghasilkan mekanisme pendorong yang efektif dan efisien untuk beradaptasi dengan perubahan lingkungannya. Karakteristik efisiensi dan efektivitas yang tinggi pada mekanisme pendorong alami dapat disederhanakan dan kemudian diaplikasikan pada kendaraan bawah air untuk meningkatkan performa efisiensinya. Oleh karena itu, tujuan utama dari penelitian ini adalah untuk mengidentifikasi karakteristik dari sirip biomimetik bawah air yang memiliki efisiensi yang tinggi pada kecepatan rendah. Penelitian ini berpusat pada kegiatan uji coba di fasilitas terowongan air untuk skema pengembangan performa efisiensi pada sirip biomimetik bawah air. Sirip biomimetik bawah air yang dikembangkan terdiri dari sirip kaku satu-sambungan, sirip fleksibel satu-sambungan, dan sirip dua-sambungan. Kegiatan uji coba yang dilakukan dengan menggunakan sirip satu-sambungan memasukan faktor eksternal seperti frekuensi dan simpangan dari sirip dan faktor internal seperti bentuk dan fleksibilitas sirip. Fleksibilitas sirip dibagi menjadi dua jenis yaitu sirip dengan material yang fleksibel dan sirip tangkup. Evaluasi performa sirip dilakukan pada performa statis, seperti nilai rata-rata gaya total dan thrust to power ratio (TPR), dan performa dinamis yaitu perkiraan kecepatan jelajah. Hasil uji coba iii menunjukkan bahwa sirip fleksibel meningkatkan performa efisiensi dan gaya dorong daripada fin yang kaku. Pada sirip fleksibel terdapat konfigurasi fleksibilitas yang optimal yang dapat menghasilkan performa statis dan dinamis yang maksimum. Defleksi sirip merupakan kunci dari peningkatan performa sirip fleksibel dimana defleksi sirip mengarahkan lebih banyak gaya dalam arah gaya dorong, sehingga merupakan mekanisme pengarah gaya dorong. Gabungan dari karakteristik fleksibilitas dari sirip dengan material fleksibel dan sirip tangkup dapat memaksimalkan semua performa pada sirip dengan satu penghubung. Sirip dua-sambungan merupakan bentuk akhir dari skema peningkatan performa pada kajian ini. Sirip ini merujuk pada lift-based fin yang pada dasarnya adalah sirip berbentuk seperti sayap yang diarahkan dengan konfigurasi tidak simetris terhadap aliran. Orientasi tidak simetris tersebut menghasilkan perbedaan tekanan antara permukaan depan dan belakang dari sirip untuk menghasilkan gaya angkat dalam arah gaya dorong. Sirip mengurangi torsi dengan memasukkan bentuk pemegang sirip ikan. Evaluasi performa dari hasil uji coba menunjukkan peningkatan yang signifikan baik pada performa statis maupun dinamis. Nilai maksimum rata-rata gaya total pada sirip dua-sambungan kira-kira tujuh kali lebih tinggi dibandingkan dengan sirip kaku dan kira-kira tiga kali lebih tinggi dibandingkan dengan sirip fleksibel. Performa statis lainnya yaitu nilai TPR maksimum dari sirip dua-sambungan kira-kira sepuluh kali lebih tinggi dibandingkan sirip kaku dan kira-kira tiga kali lebih tinggi dibandingkan dengan sirip fleksibel pada frekuensi sirip yang tinggi. Performa dinamis untuk perkiraan kecepatan jelajah dari sirip dua-sambungan mencapai dua kali lebih tinggi dibandingkan dengan sirip kaku dan satu setengah kali lebih tinggi dibandingkan dengan sirip fleksibel. Sirip dua-sambungan merupakan alternatif yang menjanjikan untuk pendorong bawah air dengan efisiensi yang tinggi pada wilayah aliran kecepatan rendah.