DESAIN DAN SIMULASI UAV VTOL DENGAN VARIASI DIAMETER COAXIAL PROPELLER

RIZKI MUBARAK, Muhammad Agung Bramantya, S.T., M.T., M.Eng., Ph.D.

2022 | Skripsi | S1 TEKNIK MESIN

Unmanned Aerial Vehicles (UAV) merupakan salah satu perkembangan dari dunia penerbangan. Indonesia sangat mendukung pengembangan UAV dengan memasukan tiga proyek pengembangan teknologi UAV ke dalam Proyek Strategis Nasional menggantikan pesawat R80 dan N245. Salah satu inovasi UAV adalah fixed wing Vertical Take-off and Landing (VTOL) UAV yang mampu melakukan lepas landas dan pendaratan secara vertikal tanpa landasan pacu tapi memiliki kecepatan, jangkauan, dan daya tahan yang baik pada saat bergerak horizontal di ketinggian jelajahnya. Terdapat fase penting sebelum melakukan climb yakni hovering. Pada fase tersebut, dibutuhkan kemampuan yang baik untuk take off dan landing secara vertikal. Penelitian ini bertujuan untuk merancang fixed wing VTOL UAV dan melakukan simulasi numerik pada coaxial propeller dengan variasi diameter untuk mengetahui performa aerodinamika. Perancangan dimulai dengan menentukan Design Requirement Objectives (DRO) dengan wingspan 3,5 m, MTOW 16 kg, kecepatan jelajah 24 m/s dan ketinggian jelajah 1500 m. Kemudian dilanjutkan conceptual design, preliminary design, dan detailed design. Penelitian dilanjutkan dengan simulasi numerik pada coaxial propeller dengan variasi diameter 15 inchi, 18 inchi, 24 inchi, dan 29 inchi pada 1000 rpm dan 6000 rpm menggunakan metode CFD untuk mendapatkan nilai thrust dan torsi. Melalui penelitian ini didapatkan sebuah rancangan UAV VTOL untuk misi surveillance dengan berat kosong 8,2 kg, luas sayap 0,65 m2, sayap high wing, dan ekor inverted U shaped tail boom. Selain itu, simulasi numerik menunjukan bahwa penambahan pada diameter akan meningkatkan thrust dan torsi pada rpm yang sama. Thrust akan meningkat jika rpm dinaikan untuk diameter propeller yang sama. Kenaikan thrust dan torsi pada diameter 15 inchi ke 18 inchi tidak signifikan, lain halnya pada diameter 24 inchi dan 29 inchi yang naik cukup signifikan.

Unmanned Aerial Vehicles (UAV) are one of the developments in the world of aviation. Indonesia strongly supports the development of UAVs by including three UAV technology development projects in the National Strategic Project to launch the R80 and N245 aircraft. One of the UAV innovations is the fixed-wing Vertical Take-off and Landing (VTOL) UAV which can take off and land vertically without a runway but has good speed, range, and endurance when moving horizontally in its cruising range. There is an important phase before climbing, namely hovering. So it takes a good ability to take off and land vertically. This study aims to design a fixed-wing VTOL UAV and perform numerical simulations on a coaxial propeller with various diameters to determine aerodynamic performance. The design begins by determining the Design Requirement Objectives (DRO) with a wingspan of 3.5 m, MTOW 16 kg, cruising speed of 24 m/s, and cruising altitude of 1500 m. Then proceed to the conceptual design, preliminary design, and detailed design. The research continued with numerical simulations on coaxial propellers with diameter variations of 15 inchi, 18 inchi, 24 inchi, and 29 inchi at 1000 rpm and 6000 rpm using the CFD method to get the value of thrust and torque. Through this research, a VTOL UAV design for surveillance missions was obtained with an empty weight of 8.2 kg, a wing area of 0.65 m2, a high wing, and an inverted U-shaped tail boom. In addition, numerical simulations show that increasing the diameter will increase the thrust and torque at the same rpm. Thrust will increase if the rpm is increased for the same propeller diameter. The increase in thrust and torque in the diameter of 15 inchi to 18 inchi is not significant, while the increase in the diameter of 24 inchi and 29 inchi is quite significant.

Kata Kunci : VTOL UAV, coaxial propeller, simulasi numerik, diameter, RPM