http://ejournal.undip.ac.id/index.php/kapal
1829-8370 (p)
2301-9069 (e)

## Pengaruh Posisi Foil Terhadap Gaya Angkat Dan Hambatan Kapal Katamaran
Muhammad Rizki Darmawan Adi Kusuma 1)*) , Deddy Chrismianto 1) , Sarjito Jokosisworo 1)
1) Departemen Teknik Perkapalan, Fakultas Teknik, Universitas Diponegoro Jl. Prof. Soedarto, SH, Kampus Undip Tembalang, Semarang, Indonesia 50275

## Abstrak
Perkembangan  teknologi  dalam  dunia  perkapalan  terjadi  sangat  pesat,  mulanya  kapal  memiliki  satu  lambung (monohull), kemudian berkembang dengan munculnya kapal katamaran atau memiliki dua lambung, kapal katamaran memiliki  banyak  kelebihan  dibanding  dengan  monohull  mulai  dari  segi  hambatan,  olah  gerak,  dan  lain-lain.  Kapal katamaran  akhirnya  dikembangkan  lagi  dengan  menjadikannya  kapal  hydrofoil  yang  bertujuan  untuk  mengurangi hambatan.  Hydrofoil  adalah  sebuah  kapal  dengan  bagian  seperti  sayap  yang  dipasang  pada  penyangga  di  bawah lambung  kapal  yang  digunakan  untuk  mengangkat  lambung  kapal,  pada  saat  kapal  mencapai  kecepatan  tinggi  yang menyebabkan  pengurangan  hambatan.  Pada  penelitian  ini  bertujuan  untuk  mendapatkan  konfigurasi  posisi  foil  yang menghasilkan gaya angkat paling besar serta hambatan yang paling kecil.  Dalam melaksanakan penelitian ini penulis menggunakan  program  komputer  berbasis  Computational  Fluid  Dynamic(CFD)  untuk  penyelesaian  masalah  dari tujuan  penelitian,  Computational  fluid  dynamic(CFD)  merupakan  ilmu  sains  dalam  penentuan  penyelesaian  numerik dinamika  fluida.Penelitian  dilakukan  dengan  cara  menganalisa  dan  menghitung  hambatan  total  kapal  menggunakan model.Berdasarkan  hasil  analisa  menggunakan  software  Tdyn  12.2.3.0  didapatkan  nilai  hambatan  untuk  berbagai variasi konfigurasi foil. Nilai hambatan total dapat diperkecil  hingga  37,56%, nilai ini terjadi pada Froude Number 1,737 pada variasi konfigurasi Canard dengan konfigurasi 65%(aft) dan 35%(fore).
Copyright © 2017, KAPAL , 1829-8370 (p), 2301-9069(e)
Kata Kunci : Hydrofoil, Katamaran, Gaya Angkat, Hambatan, CFD (Computational Fluid Dynamics)

## 1. PENDAHULAN
Pada saat ini, terjadi peningkatan permintaan untuk  kapal  penumpang  cepat  yang  bisa beradaptasi dengan kondisi laut guna meningkatkan  kenyamanan  bagi  penumpang kapal.  Selain  itu,  pemakaian  bahan  bakar  harus efisien dan dapat menampung jumlah penumpang yang banyak. Kapal Catamaran adalah jenis kapal yang  tepat  untuk  masalah  tersebut,  karena  kapal Catamaran mempunyai  stabilitas  yang  lebih  baik dibanding  dengan  kapal Monohull, selain  itu kapal Catamaran juga  memiliki  deck  yang  luas sehingga  dapat  menampung  penumpang  dengan jumlah yang banyak.
Seiring perkembangan zaman, untuk mengurangi hambatan, kapal Catamaran
mengalami perkembangan teknologi yaitu penambahan foil pada  bawah  lambung  kapal. Penambahan foil pada  lambung  kapal  ditujukan supaya  pada  kecepatan  tinggi,  lambung  kapal dapat  terangkat  sehingga  WSA  ( Wetted  Surface Area) dari  kapal  tersebut  akan  berkurang  dan mengakibatkan  hambatan  kapal  tersebut  dapat berkurang. Berkurangnya hambatan maka kebutuhan tenaga juga akan ikut berkurang.
Untuk  mendapatkan  hambatan  yang  paling minimal  dan  gaya  angkat  yang  paling  optimal serta Effective  Horse  Power (EHP)  yang  paling efisien,  maka  perlu  dilakukan  penelitian  terhadap foil tersebut  dari  berbagai  macam  segi.  Selain  itu bentuk  dari  lambung  juga  menjadi  pertimbangan penting untuk mendapatkan hambatan yang paling minimal.
Modifikasi kapal katamaran untuk
mendapatkan  hambatan  total  kapal  yang  lebih
*) Penulis Korespondensi : Email : muhammadrizkidak@gmail.com

## JURNAL ILMU PENGETAHUAN & TEKNOLOGI KELAUTAN KAPAL
rendah  telah  banyak  dilakukan  oleh  peneliti  – peneliti sebelumnya, salah satunya adalah dengan memodifikasi kapal
katamaran dengan
menambahkan bulbous bow [1], [2].
Selain  dengan  menambahkan bulbous  bow , peneliti  lain  juga  menambahkan centerbulb pada kapal  katamaran  untuk  mengurangi  hambatan total kapal [3],[4].
Dalam penelitian ini akan dibuat tiga macam konfigurasi  dan  analisa foil yaitu Conventional, Tandem, dan Canard. Lalu pada setiap konfigurasi  tadi akan  divariasikan  kecepat an- nya, kemudian dianalisa desain hydrofoil yang memiliki  hambatan  paling  minimal  dan  gaya angkat  paling  optimal  dengan  menggunakan metode CFD (Computational Fluid Dynamic).
Adapun  tujuan  dari  penelitian  ini  adalah untuk  mengetahui  gaya  angkat  dari  setiap konfigurasi foil tersebut sehingga dapat mengetahui dari konfigurasi foil tersebut, manakah yang memiliki gaya angkat paling besar. Selain  itu  penelitian  ini  dilakukan  untuk mengetahui  hambatan  dari  setiap  konfigurasi foil yang  paling  rendah  sehingga  nilah  EHP  kapal diketahui.

## 2. METODE

## 2.1. Ukuran Utama kapal
Ukuran  utama  kapal  yang  digunakan  dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
Tabel 1. Ukuran Utama Kapal No Dimensi Ukuran 1 Length Over All 25,95 m 2 Length of Waterline 22,35 m 3 Length of Perpendicular 23,45 m 4 Breadth 9 m 5 Draft 1 m 7 Depth 2,5 m 8 Displacement 58,99 Ton 9 Spacing Hull 6 m

## 2.2. Ukuran Foil
Foil adalah  bentuk  bangun  yang  dapat menghasilkan gaya angkat besar dengan hambatan sekecil  mungkin.  Gaya  angkat  ( lift )  dan stall dari sayap  tersebut  sangat  bergantung  pada  bentuk geometris penampang foil -nya [5].
Titik  berat  kapal  diperoleh  dari  hasil  analisa equilibrium kapal.  Maka  dengan  rumus  sebagai berikut dapat ditentukan peletakan foil [6].
𝐿1  +  𝐿2  =  𝑊 𝐿1. 𝑋1  =  𝐿2. 𝑋2
(1)
Dimana, L1 : Lift For ce foil 1 L2 : Lift Force foil 2 X1 : Jarak Foil 1 ke titik berat kapal X2 : Jarak Foil 2 ke titik berat kapal
Gambar 1. Peletakan foil
Seri foil yang  digunakan  untuk hydrofoil adalah  seri foil NACA  63(2)-615  dengan spesifikasi Max  Thickness 15% at 34,8% chord dan Max  Chamber 3,3% at 50% chord .  Sudut serang yang digunakan yaitu 5º.
Gambar 2. Foil NACA 63(2)-615
Untuk  strut,  seri foil yang  digunakan  adalah seri foil NACA  63-012A  dengan  spesifikasi Max thickness 12% at 35% chord. Max camber 0% at 0% chord.
Gambar 3. Foil NACA 63-012A

## 2.3. Variasi Model
Konfigurasi  peletakan foil pada  kapal diklasifikasikan Conventional bila 65% atau lebih berat disangga oleh foil depan, apabila 65% berat kapal disangga foil bagian belakang maka susunan ini  disebut canard dan  bila  berat  kapal didistribusikan cukup merata untuk foil depan dan belakang maka konfigurasi ini disebut tandem [7]. Konfigurasi Tandem dan Standard  Canard adalah konfigurasi yang paling banyak digunakan untuk  kapal semi-displacement ,  sebagian  besar kapal  yang  sudah  jadi,  memakai  dua  konfigurasi ini.  Terutama,  karena  dua  konfigurasi  ini mempunyai  kemampuan  angkat  yang  besar, memungkinkan  untuk  mengangkat  keseluruhan badan kapal dari air jika diperlukan. Ini membuat sistem  kurang  sensitif  terhadap  pergeseran  LCG dan overloading [8].
Pada  penelitian  ini,  hambatan  dan  gaya angkat hydrofoil dianalisa  dari  kecepatan  10 sampai 50 knot atau pada rentang Froude Number 0,347 hingga 1,737.
Tabel 2. Variasi Kecepatan Kapal
Fr v m/s knot 0.347 5,144 10 0.695 10,288 20 1.042 15,432 30 1.390 20,576 40 1.737 25,720 50
Selain itu, model ini juga divariasikan posisi sebagai berikut :
Tabel 3. Variasi Model Model Posisi 1 Conventional 2 Canard 3 Tandem
Berikut  adalah  gambaran  variasi  posisi  yang hydrofoil yang akan dianalisa :
Gambar 4. Variasi posisi hydrofoil [4]

## 2.4. Koreksi Trim
Koreksi  sudut  trim  yang  pada hydrofoil menggunakan persamaan berikut [9]:
∆𝛼 = 𝑀𝑦 𝜌𝑔𝐼 𝑦 (2)
Dimana, ∆𝛼 : Koreksi sudut trim 𝑀𝑦 : Momen trim 𝜌 : Massa jenis fluida 𝑔 : Percepatan gravitasi 𝐼 𝑦 : Momen inersia y-axis ( pitching )

## 2.5. Momen Inersia Pitching Kapal
Momen  Inersia Pitching dihitung  dengan menggunakan persamaan sebagai berikut[10] :
𝐼 𝑦𝑦 = 1 𝑔 Σ[𝑤 𝑖 (𝑥 𝑖 2 + 𝑧 𝑖 2 )] (3)
𝐼 𝑦𝑦 = 1 𝑔 Σ[𝑤 𝑖 (𝑥 𝑖 2 + 𝑧 𝑖 2 )](5)
Dimana, 𝑔 : Percepatan gravitasi 𝑤 𝑖 : Berat setiap fraksi 𝑥 𝑖 : Jarak memanjang dari CG setiap fraksi ke CG kapal
𝑧 𝑖 : Jarak vertical dari CG setiap fraksi ke CG kapal

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 3.1. Desain Model Kapal
Pemodelan  lambung  kapal  dibuat  dengan bantuan software  Rhinoceros  v  5.0 .  Hasil pemodelan terlebih dahulu diskala 1 : 100 lalu di eksport kedalam  bentuk file  .iges kemudian dibuka di software CFD Tdyn 12.2.3.

## Gambar 5. Pembuatan model katamaran

## 3.2. Variasi Hydrofoil
Untuk  memenuhi  kriteria  konfigurasi  foil seperti conventional,  Tandem dan Canard ,  maka susunan foil dikonfigurasikan sesuai dengan Tabel 4.
Tabel 4. Variasi Hydrofoil Model Letak foil dari LCG (m) WSA foil (m 2 )
Aft Front Aft Front Original - - - - Conventional -5 2,692 7,886 7,886 Tandem -5 5 10,226 5,506 Canard -5 9,286 5,506 10,226
Gambar 5. Peletakan foil
Gambar 6. Model Conventional
Gambar 7. Model Tandem

## Gambar 8. Model Canard

## 3.3. Gaya Angkat dan Momen Trim Kapal
Untuk mendapatkan hasil hambatan hydorofoil ,  diperlukan  dua  kali  tahap running , tahap running yang  pertama  digunakan  untuk
memproleh  hasil  gaya  angkat  dan  momen  trim, setelah  itu  tahap running kedua  dilakukan  pada saat  posisi  kapal  sudah  terangkat  dan  trim  sesuai dengan  perhitungan  pada  Persamaan  2  (sesuai dengan  kondisi equlibrium saat  kapal  melaju  di masing-masing kecepatan.
Perhitungan  hambatan  kapal  dengan  metode
Computational Fluid Dynamic pada post processor (hasil running )  diambil  dari  tahap results. Kemudian  dari  data  tersebut  kita  olah sehingga menjadi data matang.
Tabel 5. Hasil lift tiap Froude Number Fn Lift (N) Conventional Tandem Canard 0,347 0,0251 0,0262 0,0281 0,695 0,0521 0,0555 0,0620 1,042 0,2245 0,2474 0,2568 1,39 0,3740 0,4167 0,4285 1,737 0,5745 0,5823 0,5992 Tabel 6. Hasil Trim Moment tiap Froude number Fn Trim Moment Conventional Tandem Canard 0.347 0,0030 0,0030 0,0032 0.695 0,0061 0,0067 0,0076 1.042 0,0275 0,0313 0,0320 1.39 0,0457 0,0526 0,0532 1.737 0,0710 0,0734 0,0743
Gambar 9. Lift hydrofoil model pada setiap

## Froude Number
Dari  tabel  dan  grafik  diatas,  nilai lift menggunakan  CFD  variasi  konfigurasi foil ,  nilai lift tertinggi  adalah  konfigurasi Canard dengan nilai  0,5992  N,  nilai  ini  terjadi  pada  Froude Number 1,737 pada model Canard dengan variasi konfigurasi foil 65%(aft) dan 35%(fore).
Sedangkan di Froude Number yang sama, nilai lift terkecil  yaitu  konfigurasi Conventional dengan nilai 0,5745 N.
Data lift dan trim moment tersebut, kemudian diolah  dengan  Persamaan  2  kemudian  didapatkan nilai heave dan trim baru untuk semua model pada tiap Froude Number.
Tabel 7 dan Tabel 8 adalah kondisi heave dan trim baru kapal sesuai dengan kondisi equilibrium saat kapal beroperasi.
Tabel 7. Hasil Heave tiap Froude Number Fn Heave (m) Conventional Tandem Canard 0,347 0,0258 0,0269 0,0279 0,695 0,0523 0,0569 0,0614 1,042 0,2233 0,2545 02561 1,39 0,4112 0,4737 0,4820 1,737 0,9525 1,3995 2,0907
Tabel 8. Hasil Trim tiap Froude Number Fn Trim (deg) Conventional Tandem Canard 0,347 0,0619 0,0628 0,0665 0,695 0,1283 0,1402 0,1579 1,042 0,5730 0,6530 0,6674 1,39 0,9540 1,0978 1,1089 1,737 1,4801 1,5303 1,5499
Dari tabel diatas dapat diketahui bahwa nilai heave dan trim berbanding  lurus  dengan  nilai lift dan trim moment pada Tabel 5 dan 6. Nilai heave dan trim terbesar terjadi pada konfigurasi Canard.
Gambar 10. Equilibrium model pada Froude Number 1,737

## 3.4. Hambatan Viskos Kapal
Untuk  mengtahui komponen hambatan mana yang berpengaruh terhadap konfigurasi foil, maka hambatan  kapal  di  pecah  menjadi  komponen  – komponen hambatan.
Sesuai  dengan  Tabel  9  dan  Gambar  11, hambatan  viskos hydrofoil mulai  menjadi  lebih rendah  dari  pada  kapal Original dimulai  pada Froude  Number  1,042. Hambatan  viskos  terkecil pada  tiap Froude  Number yaitu    terjadi  pada konfigurasi Canard .
Tabel 9. Hambatan Viskos
Fn Hambatan Viskos (N) Original Conventional  Tandem Canard 0,347 0,0114 0,0119 0,0119 0,0119 0,695 0,0388 0,0391 0,0390 0,0388 1,042 0,0792 0,0690 0,0671 0,0653 1,39 0,1322 0,0932 0,0841 0,0798 1,737 0,1967 0,0309 0,0153 0,0125
Gambar 11. Hambatan viskos kapal model pada setiap Froude Number
Hambatan  viskos  berkurang  seiring  dengan berkurangnya  luas  permukaan  basah  kapal  yang ditandai dengan terangkatnya badan kapal. Ketika uas  permukaan  basah  berkurang,  maka  gesekan antara  kapal  dengan  fluida  air  akan  berkurang. Ktika  kapal  mulai  muncul  dari  permukaan  air, maka  yang  bergesekan  dengan  fluida  air  adalah hanya foil dan strut saja.

## 3.5. Hambatan Gelombang Kapal
Lain  halnya  dengan  hambatan  viskos, hambatan  gelombang  kapal hydrofoil lebih  tinggi dari  pada  hambatan  kapal  original.  Dapat  dilihat pada  Tabel  10  dan  Gambar  12  bahwa  dari  Fr 0,347 hingga 1,737 hambatan kapal original lebih rendah  dari  pada  hambatan  gelombang  kapal hydrofoil.

## Tabel 10. Hambatan Gelombang
Fn Hambatan Gelombang (N) Original Conventional  Tandem Canard 0,347 0,0022 0,0089 0,0081 0,0101 0,695 0,0209 0,0378 0,0348 0,0376 1,042 0,0317 0,0804 0,0770 0,0837 1,39 0,0445 0,1275 0,1271 0,1377 1,737 0,0617 0,1767 0,1678 0,1482
Gambar 12. Hambatan viskous kapal model pada setiap Froude Number
3.6. Hambatan Udara Kapal
Ketika badan kapal terangkat dari permukaan air,  maka  badan  kapal  akan  bergesekan  dengan fluida  udara.  Berdasarkan  Tabel  11  dan  Gambar 13,  hambatan  udara  sangat  kecil  dibandingka dengan  hambatan  viskos  dan  gelombang.  Hal  ini dikarenakan massa jenis udara sangat lebih ringan dibandingkan dengan air.
Tabel 11. Hambatan udara setiap pada Froude
Number Fn Hambatan udara (N) Original Conventional  Tandem Canard 0,347 0,0003 0,0002 0,0003 0,0002 0,695 0,0009 0,0009 0,0008 0,0009 1,042 0,0018 0,0018 0,0015 0,0017 1,39 0,0031 0,0025 0,0027 0,0033 1,737 0,0047 0,0052 0,0036 0,0036
Gambar 13. Hambatan udara kapal model pada setiap Froude Number

## 3.7. Hambatan Total Kapal
Hambatan total didapatkan dari penjumlahan antara  hambatan  viskos,  gelombang  dan  udara. Dapat  dilihat  pada  Tabel  12  dan  Gambar  14 bahwa  hambatan  kapal hydrofoil menjadi  lebih kecil dari pada model original pada Fr 1,737. Pada Froude  Number tersebut,  badan  kapal  sudah terangkat  dari  permukaan  air,  sehingga  hambatan total kapal berkurang.
Tabel 12. Hambatan total setiap pada Froude
Number Fn Hambatan Total (N) Original Conventional  Tandem Canard 0,347 0,0139 0,0211 0,0203 0,0223 0,695 0,0606 0,0778 0,0746 0,0773 1,042 0,1127 0,1513 0,1457 0,1507 1,39 0,1798 0,2232 0,2139 0,2209 1,737 0,2631 0,2127 0,1866 0,1643
Gambar 14. Hambatan total kapal model pada setiap Froude Number
Pada  model Conventional, hambatan  total dapat  berkurang    hingga  19,14%.  Pada  model Tandem, hambatan  total  dapat  berkurang    hingga 29,07%.  Pengurangan  hambatan  ini  lebih  besar dari pada model Conventional.
Pengurangan hambatan total terbesar terdapat pada  model Canard. Pada  model  ini,  hambatan total dapat berkurang  hingga 37,56%.
Gambar  15  dan  Gambar  16  adalah  kontur dari  pola  gelombang  yang  terbentuk  akibat  kapal model original dan conventional melaju  pada  Fr 1,737. Pada model conventional , bentuk gelombang  yang  terbentuk  adalah  akibat  dari badan kapal yang  melaju. Sedangkan pada model canard ,  pola  belombang  yang  terbentuk  adalah akibat dari strut dan foil yang melaju.
Gambar 15. Contour fill model Original pada Froude Number 1,737
Gambar 16. Contour fill model Canard pada Froude Number 1,737
Pada gambar 17,  untuk  mencapai kecepatan 50  knot,  kapal Original membutuhkan  EHP sebesar  9200,51  hp,  sedangkan, hydrofoil dengan konfigurasi Canard hanya membutuhkan 5745,07 hp  yang  mana  lebih  menghemat  37,56%  EHP dibanding kapal original.
Gambar 17. EHP kapal asli pada Froude Number 1,737

## 4. KESIMPULAN
Dari  ketiga  variasi  model  tersebut,  terlihat nilai lift terbesar  terjadi  pada  konfigurasi foil Canard yaitu  sebesar  0,5992  N,  sedangkan  nilai lift terendah  terjadi  pada  konfigurasi foil Conventional yaitu sebesar 0,5745 N.
Nilai  hambatan  total  paling  rendah  terjadi pada  konfigurasi Canard yaitu sebesar  0,1643 N yaitu terjadi penurunan sebesar 37,56 % dari kapal Original .  Penggunaan  EHP  paling  rendah  yaitu pada  konfigurasi Canard yaitu  sebesar  5745,07 hp.
Konfigurasi foil yang  efektif  memperkecil hambatan adalah Canard dengan konfigurasi 65% ( aft ) dan 35% ( fore).

## DAFTAR PUSTAKA
[1] B.  W.  Sasongko,  D.  Chrismianto  dan  A.  W. B.  Santosa,  “Analisa  Pengaruh  Variasi Bulbous  Bow  Terhadap  Hambatan  Total Pada Kapal Katamaran Untuk Penyeberangan
Di  Kepulauan  Seribu  Menggunakan  CFD,”
Jurnal  Teknik  Perkapalan, vol.  3,  no.  4,  pp.
439-450, 2015.
[2] A.  K.  Nugraha,  Samuel  dan  M.  Iqbal,
“Analisa  Peningkatan  Performa  Hambatan Kapal Katamaran MV. Laganbar menggunakan  Centerbulb  dan  Bulbous  Bow dengan  Metode  Computation  Fluid  Dynamic (CFD),” Jurnal  Teknik  Perkapalan, vol.  5, no. 1, pp. 48-56, 2017.
[3] A.  K.  Zakaria,  P.  Manik,  M.  Iqbal,  “Analisa
Pengaruh Variasi Posisi Centerbulb Berbentuk  Foil  Terhadap  Hambatan  Kapal
Katamaran  MV.  Laganbar  Menggunakan Metode Computational Fluid Dynamic (CFD),” Jurnal  Teknik  Perkapalan, vol.  5, no. 3, pp. 557-565, 2017.
[4] Y.  N.  Putra,  P.  Manik,  M.  Iqbal,  “Analisa
Pengaruh  Variasi  Penambahan  Fin  pada Centerbulb terhadap Hambatan Kapal Katamaran  MV.  Laganbar  menggunakan Metode Computational Fluid Dynamic (CFD),” Jurnal  Teknik  Perkapalan, vol.  5,
no. 3, pp. 566-574, 2017.
[5] Abbott  I.R.  and  Von  Doenhoff  A.E.  1959. Theory  of  Wing  Sections:  Including  a Summary  of  Airfoil  Data .  New  York:  Dover Publications, Inc.
[6] A.S.  Slamet  .,  Suastika,  Ketut.  2012. Kajian Eksperimental  Pengaruh  Posisi  Perletakan Hydrofoil  Pendukung  Terhadap  Hambatan
Kapal. Surabaya: Jurusan Teknik Perkapalan
Fakultas Teknologi Kelauatan Institut Teknologi Sepuluh Nopember.
[7] Faltinsen,  Odd  M.  2005. Hydrodynamics  of High-Speed  Marine  Vehicles. New  York: Cambridge University Press.
[8] Migeotte,  G.  dan  Kornev,  N.  2004. Development  of  Modern  Hydrofoil-Assisted Multi-Hulls. China  International  Boat  Show &HPMV  Conference. 25-26  Maret  2004, China. 1-11.
[9] M.  Salas,  R.Luco,  P.K  Sahoo,  etc.  2015 Experimental and CFD Resistance
Calculation of a Small Fast Catamaran .
[10] Rameswar  Bhattacharyya.  1978. Dynamics of  Marine  Vehicles. New York  :  John  Wiley
& Sons.