ANALISIS NUMERIK PENGARUH VARIASI BLADE PITCH ANGLE TERHADAP PERFORMA AERODINAMIKA COAXIAL PROPELLER PADA UAV SURVEILLANCE

DIAZKA MEIDY, Muhammad Agung Bramantya, S.T., M.T., M.Eng., Ph.D.

2022 | Skripsi | S1 TEKNIK MESIN

Indonesia sebagai negara kepulauan dan maritim serta berada di posisi yang strategis diantara dua samudera menjadikan Indonesia sebagai negara persilangan lalu lintas laut dunia. Oleh karena itu, Indonesia diharapkan dapat menjadi negara poros maritim dunia. Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional atau LAPAN dengan PT. Dirgantara Indonesia telah melakukan kerjasama dalam mengembangkan pesawat LAPAN Surveillance UAV (LSU) dengan tujuan melakukan pemantauan dan menghasilkan data pengindraan jauh. Pengembangan dari UAV ini ditujukan untuk mendukung program Indonesia sebagai negara poros maritim dunia. Pengawasan diutamakan terhadap wilayah pesisir dan pulau terluar di Indonesia. Untuk memudahkan dalam menjangkau daerah yang sulit dijangkau, dibutuhkan UAV yang memiliki kemampuan VTOL dengan sistem coaxial propeller untuk meningkatkan performa dari UAV. Pada penelitian ini, dilakukan perancangan UAV untuk misi surveillance dengan kemampuan VTOL. Selanjutnya, dilakukan analisis numerik terhadap variasi blade pitch angle dari coaxial propeller untuk memahami performa dari aerodinamika coaxial propeller. Proses perancangan dimulai dengan menentukan DRO. UAV dirancang memiliki MTOW 40 kg, kecepatan jelajah 30 m/s, mampu terbang hingga ketinggian 3000 m dengan jangkauan maksimal 80 km, dapat terbang selama 10 jam, serta memiliki kemampuan VTOL. Perancangan dilanjutkan dengan penentuan conceptual design, preliminary design, dan detailed design. Penelitian dilanjutkan dengan melakukan analisis numerik menggunakan metode CFD untuk mengetahui pengaruh variasi blade pitch angle pada coaxial propeller terhadap performa aerodimika berupa thrust dan torsi pada setiap RPM tertentu. Terdapat tiga variasi blade pitch angle dengan perbedaan sudut 3° (variasi ke-2) dan 6° (variasi ke-3) terhadap variasi pertama. Simulasi CFD dilakukan pada keadaan hovering dan zero ground. Model propeller yang digunakan dalam simulasi CFD ini merupakan propeller pabrikan T-Motor. Hasil penelitian menunjukkan bahwa thrust dan torsi meningkat seiring dengan meningkatnya RPM pada ketiga variasi blade pitch angle untuk kedua propeller. Peningkatan blade pitch angle juga akan menyebabkan kenaikan thrust dan torsi pada kedua propeller. Thrust dan torsi pada propeller atas lebih tinggi dibandingkan propeller bawah pada RPM dan blade pitch angle yang sama untuk semua variasi. Nilai thrust dan torsi propeller atas pada keadaan zero ground untuk variasi ke-1 dan ke-2 sedikit lebih tinggi dibandingkan pada keadaaan hovering, namun untuk variasi ke-3 berkebalikan. Sedangkan nilai thrust dan torsi propeller bawah pada keadaan zero ground untuk ketiga variasi lebih rendah dibandingkan pada keadaan hovering. Pada penelitian ini, kontur kecepatan, tekanan, streamline, dan vektor kecepatan di sekitar sistem coaxial propeller akan ditampilkan.

Indonesia as an archipelagic and maritime country and being in a strategic position between two oceans makes Indonesia a crossroads country for world sea traffic. Therefore, Indonesia is expected to become a world maritime axis country. National Institute of Aeronautics and Space or LAPAN with PT. Dirgantara Indonesia has collaborated in developing the LAPAN Surveillance UAV (LSU) aircraft with the aim of monitoring and producing remote sensing data. The development of this UAV is intended to support Indonesia's program as a world maritime axis country. Supervision is prioritized for coastal areas and outer islands in Indonesia. To make it easier to reach hard-to-reach areas, an UAV that has VTOL capability with a coaxial propeller system is needed to improve the performance of the UAV. In this study, a UAV was designed for surveillance missions with VTOL capability. Furthermore, numerical analysis was carried out on variations in blade pitch angle of the coaxial propeller to understand the aerodynamic performance of the coaxial propeller. The design process begins with determining the DRO. The UAV is designed to have a MTOW of 40 kg, cruising speed of 30 m/s, capable of flying up to an altitude of 3000 m with a maximum range of 80 km, being able to fly for 10 hours, and having VTOL capability. The design is followed by determining the conceptual design, preliminary design, and detailed design. The research was continued by performing numerical analysis using the CFD method to determine the effect of variations in blade pitch angle on the coaxial propeller on aerodynamic performance in the form of thrust and torque at each specific RPM. There are three variations of blade pitch angle with different angles of 3° (2nd variation) and 6° (3rd variation) to the first variation. CFD simulation is carried out on hovering and zero ground conditions. The propeller model used in this CFD simulation is a T-Motor manufacturer's propeller. The results showed that thrust and torque increased with increasing RPM for the three variations of blade pitch angle for both propellers. An increase in blade pitch angle will also cause an increase in thrust and torque on both propellers. Thrust and torque on the upper propeller are higher than the lower propeller at the same RPM and blade pitch angle for all variations. The value of thrust and torque of the upper propeller at zero ground for the 1st and 2nd variations is slightly higher than the hovering state, but for the 3rd variation it is the opposite. While the value of thrust and torque of the lower propeller at zero ground for the three variations is lower than in the hovering state. In this study, the velocity, pressure, streamline, and velocity vector contours around the coaxial propeller system will be shown.

Kata Kunci : UAV, VTOL, surveillance, coaxial propeller, CFD