Analisis Karakter Aerodinamika Akibat Penempatan Canard pada Segmen Terbang Subsonik Pesawat Tempur

SETYAWAN BEKTI WIBOWO, Ir. Sutrisno, MSME., Ph.D.;Dr.Eng. Tri Agung Rohmat, B.Eng., M.Eng.

2019 | Disertasi | DOKTOR TEKNIK MESIN

Performa pada pesawat tempur dapat ditunjukkan salah satunya dari kemampuan gerakan manuver dan membentuk sudut serang (AoA) tinggi tanpa terjadinya stall. Kemampuan ini sangat dipengaruhi oleh karakter aerodinamika pada model pesawat. Karakter aerodinamika pada pesawat tempur dipengaruhi oleh pembentukan vortex pada sayap pesawat. Penggunaan canard akan menghasilkan rolled-up vortex yang akan berinteraksi dengan aliran udara di atas sayap utama sehingga akan mempengaruhi aliran fluida keseluruhan dan kinerja aerodinamika yang terjadi pada sayap utama pesawat. Konfigurasi canard akan mempengaruhi interaksi vortex dari canard ke sayap utama sehingga berpengaruh terhadap karakter aerodinamika yang terjadi. Oleh karena itu perlu dicari konfigurasi optimal konfigurasi canard agar didapatkan performa aerodinamika pada pesawat tempur yang terbaik terutama dalam menunda terjadinya stall. Penelitian ini mengkaji secara mendalam tentang efek penambahan canard terhadap kinerja aerodinamika dengan mengungkap fenomena aliran dan dinamika vortex yang terjadi untuk beberapa konfigurasi pasangan sayap-canard. Untuk mengungkap fenomena interaksi medan aliran maka akan digunakan fasilitas uji water tunnel agar lebih mudah dan detail dalam menangkap visualisasi aliran yang terjadi. Selain itu juga digunakan metode komputasi dinamika fluida (CFD) agar didapatkan dan disajikan data-data aerodinamika secara lebih lengkap. Hasil pengujian menggunakan penggunaan metode GAMA water tunnel telah mampu mengungkap karakter aerodinamika pada pesawat tempur secara kualitatif maupun kuantitatif dengan tingkat akurasi pengukuran + 1% terhadap hasil CFD, baik untuk nilai gaya angkat, gaya hambat dan lokasi vortex breakdown. Untuk menghasilkan simulasi CFD yang mampu menunjukkan fenomena rolled-up vortex pada model pesawat secara akurat diperlukan jumlah jaring minimal sejumlah 5 juta cells dengan menggunakan model persamaan turbulensi D-DES. Hasil penelitian menunjukkan sebuah kajian tentang efek penempatan canard pada pesawat udara terhadap karakteristik aerodinamika pesawat terbang. Penambahan canard secara umum mampu menambah koefisen gaya angkat (Cl) hingga 12% dan menambah nilai AoA pada nilai Cl maksimal hingga 10 yang menunjukkan kemampuan menunda stall. Dinamika vortex dan interaksi aliran akibat penambahan canard mulai terlihat dan mendominasi setelah AoA 30. Penempatan canard terbaik untuk menunda terjadinya stall didapatkan pada konfigurasi posisi canard di depan dan sejajar sayap utama dengan jarak ½ chord canard sehingga mampu mempertahankan gaya angkat dan menunda stall sampai AoA 50. Penggunaan defleksi canard mampu mempertahankan gaya angkat sampai dengan AoA 70 dengan konfigurasi optimal pada posisi canard sejar dan berimpit dengan sayap utama. Nilai defleksi canard terbaik berkisar antara -30 sampai -40.

The ability of maneuvering and forming high angles of attack (AoA) without stall can demonstrate one of the performances on fighter aircraft. This ability is greatly influenced by the aerodynamic character of the aircraft model. Aerodynamic characteristics in fighter aircraft are influenced by vortex formation on aircraft wings. The use of canard will produce rolled-up vortex which will interact with the airflow above the main wing so that it will affect the overall fluid flow and aerodynamic performance that occurs in the main wing of the aircraft. Canard configuration will affect the vortex interaction of the canard to the main wing so that it affects the aerodynamic character that occurs. Therefore it is necessary to look for the optimal of the canard configuration to obtain the best aerodynamic performance on fighter aircraft, especially in delaying the occurrence of the stall. This study examines in depth the effects of canard addition on aerodynamic performance by revealing the flow phenomena and vortex dynamics that occur for some wing-canard pair configurations. To reveal the phenomenon of flow field interaction, a water tunnel test facility will be used to make it easier and more detailed in capturing the flow visualization that occurs. Besides that, the method of computational fluid dynamics (CFD) is also used to obtain and provide more complete aerodynamic data. The test results using the GAMA water tunnel method have been able to reveal the aerodynamic character of fighter aircraft qualitatively and quantitatively with a measurement accuracy of + 1% on CFD results, both for lift force, drag force, and vortex breakdown locations. The minimum number of mesh required is 5 million cells and uses the D-DES turbulence equation model to produce a CFD simulation that can accurately demonstrate the phenomenon of the rolled-up vortex on aircraft models. The results of the study show a study of the effect of canard placement on aircraft on the aerodynamic characteristics of aircraft. Addition of canard can increase the lift coefficient (Cl) to 12% and increase the value of the AoA at a maximum Cl of up to 10 which indicates the ability to delay the stall. The vortex dynamics and flow interactions due to the addition of canard begin to appear and dominate after the AoA is 30. The best canard placement to delay the occurrence of the stall is obtained from the canard position in front and parallel to the main wing with ½ canard chord to maintain lift and delay stall until AoA 50. The use of a canard deflection can keep lift force up to AoA 70 with an optimal configuration in the canard position in a row and coincide with the main wing. The best canard deflection values range from -30 to -40.

Kata Kunci : Aerodynamics, aircraft, wings, canard, maneuver, vortex dynamics, CFD, flow visualization, water tunnel