## DESAIN DAN ANALISIS PERHITUNGAN RODA PENDARATAN PESAWAT TANPA AWAK
T M.R. Aulia 1 , Ikhwansyah Isranuri 2 , M. Sabri 3 , Marragi M. 4 , Syahrul Abda 5 , Pramio G.S. 6 1,2,3,4,5,6 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara E-mail: di_dzy@ymail.com

## ABSTRAK
Landing  gear merupakan  struktur  pesawat  yang  berfungsi  menahan  beban  statis  pesawat  dan  juga beban  dinamis  ketika  pesawat  melakukan  pendaratan.  Dalam  mendesain landing  gear dilakukan pemilihan  jenis landing  gear dan dilakukan  analisis  perhitungan  pada  tiap  komponen landing  gear yang meliputi pusat gravitasi, tinggi pesawat, wheel base , wheel track , dan roda. Desain dan analisis perhitungan dilakukan dengan metode studi pustaka dimana setiap desain dan perhitungan didasarkan pada  literatur    pustaka.  Jenis landing  gear yang  digunakan  adalah Tail-gear  landing  gear dengan tinggi badan pesawat dari tanah adalah sebesar 40 cm, pusat gravitasi pesawat berada pada titik X = 94,6 mm, Y = 11,3 mm dari titik paling depan pesawat, jarak wheel base adalah sebesar 128.934 cm, jarak wheel track adalah sebesar 72 cm dengan sudut overturn sebesar 35 o , dan ukuran roda depan 10 cm dan belakang 8 cm.
Kata kunci: Desain, Analisis Perhitungan, Roda Pendaratan, Pesawat, Beban.

## 1. PENDAHULUAN
Landing  gear merupakan  salah  satu  komponen  penting  dalam  struktur  pesawat  terbang. Terutama  poros  roda  yang  berfungsi  menahan  beban  pesawat  terbang  pada  saat  pesawat  terbang berada di darat dan menahan beban tumbukan ( impact ) saat pesawat melakukan pendaratan.
Beban yang diterima oleh poros roda dihitung dalam dua kondisi, yaitu kondisi beban statik dan  kondisi  beban  dinamik.  Kondisi  beban  statik  ialah  dimana  beban  yang  diterima  oleh  struktur poros  roda  hanyalah  beban  pesawat  tersebut,  kondisi  ini  dapat  di  analisis  pada  saat  pesawat  berada diam dilandasan. Kondisi beban dinamik ialah dimana beban yang diterima oleh struktur poros roda pesawat  merupakan    beban  yang  berasal  dari  berat  pada  kondisi  saat  pesawat  udara  melakukan pendaratan.
Oleh karena itu dilakukan analisis perhitungan wheel track , wheel base , tinggi pesawat, beban statis dan dinamis pesawat dan roda yang akan digunakan pada pesawat.

## 2. LANDASAN TEORI

## 2.1 Landing Gear
Landing  gear merupakan  salah  satu  komponen  penting  dalam  struktur  persawat  terbang. Terutama  poros  roda  yang  berfungsi  menahan  beban  pesawat  terbang  pada  saat  pesawat  terbang berada di darat dan menahan beban tumbukan ( impact ) saat pesawat melakukan pendaratan. Dari  segi  urutan  mendesain, landing  gear merupakan  komponen  utama  pada  pesawat  yang terakhir  dirancang.  Dengan  kata  lain,  semua  komponen  utama  (badan,  sayap  dan  ekor)  dirancang sebelum  mendesain landing  gear .  Namun  dalam  beberapa  kasus,  desain landing  gear dapat mendorong  perancang  pesawat  untuk  mengubah  konfigurasi  pesawat  agar  dapat  memenuhi persyaratan desain landing gear .[1] Adapun fungsi utama dari landing gear adalah sebagai berikut:
1. Menjaga agar pesawat tetap stabil ditanah dan taxi .
2. Memungkinkan pesawat untuk bergerak bebas selama taxing .
3. Memberikan  jarak  aman  antara  komponen  pesawat  lainnya  seperti  sayap  dan  badan  saat pesawat berada diatas tanah untuk mencegah kerusakan.
4. Untuk menyerap guncangan selama pesawat mendarat.
5. Memudahkan  pesawat  dalam  lepas  landas  dengan  memungkinkan  pesawat  untuk mempercepat laju dengan gesekan yang rendah.
Dalam rangka untuk memungkinkan landing gear agar dapat beroperasi secara efektif, maka ditetapkanlah syarat desain sebagai berikut. [1]
1. Persyaratan jarak tanah
2. Persyaratan kemudi
3. Persyaratan putaran lepas landas
4. Persyaratan pencegahan overturn (jungkir balik)
5. Persyaratan touch-down (kontak dengan tanah)
6. Persyaratan mendarat
7. Persyaratan pembebanan
8. Keutuhan struktur pesawat
9. Murah
10. Ringan
11. Mampu dirawat
12. Mampu dibuat

## 2.2 Konfigurasi Landing Gear
Langkah awal pada proses desain landing gear merupakan memilih konfigurasi landing gear . Fungsi  dari landing  gear dapat  terlaksana  melalui  penerapan  berbagai  konfigurasi landing  gear . Secaraa umum ada sembilan konfigurasi dari landing gear , yakni sebagai berikut:[2]
1. Single Main.
2. Bicyle.
3. Tail Gear.
4. Tricycle or Nose Gear.
5. Quadricycle.
6. Multi-bogey.
7. Releasable Rail.
8. Skid.
9. Seaplane Landing Device.

## 2.3  Landing Gear dan Pusat Gravitasi Pesawat
Salah  satu  faktor  penting  dalam  proses  mendesain landing  gear pesawat  adalah  untuk menentukan lokasi dari gear utama relatif terhadap pusat gravitasi pesawat dapat dilihat pada gambar 2.1.
Gambar 2.1 Landing Gear Sumber: L. Pazmany. Light Aircraft Design. United States of America San Diego, California . 1963.
Penting  mengkaitkan  desain landing  gear dengan  pusat  gravitasi  pesawat  adalah  untuk memastikan  variabel landing  gear utama  seperti wheel  base,  wheel  track dan  ketinggian  roda  yang memenuhi semua persyaratan.[3]

## 2.4 Tinggi Landing Gear
Tinggi landing gear didefinisikan sebagai jarak antara tanah yang berhubungan dengan strut gear utama  ke  struktur  pesawat.  Dalam  pemilihan  tinggi  pesawat  ketika  berada  ditanah,  ketinggian landing  gear diukur  ketika  pesawat  berada  di  tanah  dan  ketika  badan  pesawat  berada  pada  posisi horizontal. Berbagai konfigurasi tinggi pesawat dapat dilihat pada gambar 2.2. [3]
Gambar 2.2  Tinggi landing gear pada berbagai konfigurasi. Sumber : Sadraey Mohammad. Landing Gear Design. Daniel Webster Colllege.

## 2.5 Persyaratan Umum Jarak Tanah
Salah  satu  fungsi  utama  dari landing  gear adalah  untuk  melindungi  struktur  pesawat  dari tanah.  Hal  ini  dilakukan  dengan  memberikan  jarak  terhadap  tanah.  Jarak  diukur  dari  titik  terendah pesawat dari tanah. Pada beberapa pesawat komponen terendah adalah sayap, sedangkan di beberapa pesawat adalah badan pesawat dan beberapa lainnya mesin jet yang memiliki ketinggian terendah dari tanah. Dalam kasus apapun, jarak harus disediakan melalui ketinggian landing gear . Besar minimum jarak  adalah  fungsi  dari  beberapa  parameter  desain  termasuk  kebutuhan  biaya,  keamanan,  kinerja, berat, stabilitas, inlet mesin, pemuatan dan operasional.[3]

## 2.6 Wheel Base
Wheel  base merupakan  jarak  antar  roda  depan  dan  belakang. Wheel  base mempunyai  peran penting  dalam  distribusi  beban  antar  roda  utama  dan  roda  belakang.  Dengan  demikian, wheel  base harus ditentukan secara baik untuk memenuhi semua persyaratan desain yang relevan. [3]

## 2.7 Wheel Track
Wheel  track (T)  didefinisikan  sebagai  jarak  antara  gear  yang  paling  kiri  dan  paling  kanan (ketika melihat tampilang depan). Wheel track ditunjukkan pada gambar 2.3.
Gambar 2.3 Wheel track pesawat
Wheel  track dari  roda  utama  harus  diatur  sehingga  pesawat  tidak  mudah  terguling  karena angin  atau  selama  pembelokan  pada  tanah.  Sudut overturn diperkenalkan  untuk  dapat  menentukan ukuran wheel track . Ada dua sudut overturn seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.4.[4]
Whell Track
Gambar 2.4  Sudut overturn
Sumber : Sadraey Mohammad. Landing Gear Design. Daniel Webster Colllege.
1. Ketika melihat pandangan depan pesawat, sudut antara garis vertikal melewati pusat gravitasi pesawat dan salah satu roda utama adalah sudut overturn (Gambar 2.4.1 ). Dalam gambar ini parameter Hcg adalah ketinggian pusat gravitasi pesawat dari tanah.
2. Ketika  melihat  pandangan atas  pesawat, pertama, buatlah  suatu  garis melewati  pesawat  dari gear utama dan gear hidung. Kemudian, menarik garis sejajar dengan garis ini melewati pusat gravitasi  pesawat.  Langkah  berikutnya  adalah  untuk  membentuk  segitiga  dengan  memilih jarak pada garis ini yang sama dengan panjang dari H CG (lihat Gambar 2.4.2 ), dan menarik garis tegak lurus ke titik ini. Langkah terakhir adalah untuk melewati garis dari persimpangan garis terakhir dari pusat gravitasi pesawat. Sudut overturn dibentuk oleh garis ini seperti yang ditunjukkan. Persyaratan sudut overturn yang dihasilkan tidak boleh mencapai 60 o , jika sudut overturn mencapai 60 o maka perhitungan wheel track dianggap gagal.
Sebagai aturan praktis, trek roda harus sedemikian rupa sehingga sudut overturn  ot berada di dalam batas yang direkomendasikan berikut:
 ot ≥ 25 0 ...................... (2.1)

## 2.8 Roda
Roda  didesainagar  dapat  menahan  berat  dari  pesawat.  Biasanya  roda  utama  menahan  90% dari total berat pesawat. Untuk konsep awal perancangan digunakan pendekatan statistik. Pada Tabel 2.1 memberikan persamaan untuk menghitung roda .[5]
D= A 𝑊 𝑤 B ................................. (2.2)
Dimana : 𝑊 𝑤 = berat pada roda
Tabel 2.1  Statistik ukuran roda

## 3. METODOLOGI PENELITIAN

## 3.1 Alat dan Bahan
1. Mesin Gerinda
2. Mesin Frais
3. Mesin Las
4. Meteran
5. Laptop
6. Kalkulator
7. Besi Hollow (10 x 10 x 1 mm)
8. Roda

## 3.2 Proses Penelitian

## 3.2.1 Analisa Perhitungan
Analisa perhitungan yang dilakukan meliputi:
1. Mempelajari desain pesawat untuk menentukan jenis landing gear yang sesuai.
2. Menetukan jenis landing gear yang akan digunakan.
3. Menentukan  titik  gravitasi  pesawat  dengan  menggunakan  perhitungan  setiap  bidang pesawat.
4. Menentukan tinggi pesawat.
5. Menentukan jarak wheel base sesuai dengan tinjauan pustaka.
6. Menentukan sudut overturn sesuai syarat yang diberikan dan didapakan jarak wheel track .
7. Menentukan  ukuran  roda  dengan  menggunakan  rumus  pada  tinjauan  pustaka  dan menggunakan data dari tabel .

## 3.2.2 Proses Pembuatan.
Proses  pembuatan landing gear setelah dilakukan proses analisa perhitungan  adalah  sebagai berikut:
1. Besi hollow yang digunakan di potong sesuai ukuran yang telah dihitung.
2. Besi dilas dengan sudut yang telah ditentukan dari analisa perhitungan dengan mesin las.
3. Besi  difrais  dengan  menggunakan  mesin  frais  sebagai  tempat  pemasangan  roda  dilakukan dengan mesin frais.
4. Pesangan roda pada besi yang telah di lubangi.
5. Besi pengikat roda dipasang pada besi landing gear dilakukan dengan cara dilas.
6. Setelah proses pengelasan besi di cat agar terlihat lebih rapi.

## 4. ANALISA PERHITUNGAN

## 4.1 Pusat Gravitasi Pesawat
Pusat  gravitasi  pesawat  didapatkan  dengan  menggunakan  bantuan  software.  Proses perhitungan dilakukan dengan cara sebagai berikut:[6]
Gambar 4.1 Pembagian bidang pada pesawat.
Didapatkan  titik  berat  pesawat  berada  pada  y=  11,6  cm  dan  x=  94,6  cm  dari  sudut  paling  depan pesawat.

## 4.2 Pemilihan Konfigurasi Landing Gear
Dengan  mempertimbangkan  bentuk  dan  ukuran  dari  badan  pesawat  Unmanned  Aerial Vehichle  (UAV).  Pemilihan  konfigurasi  dari landing  gear yang  akan  digunakan  jatuh  pada konfigurasi  desain Tail-gear  landing  gear .  Geometri  konfigurasi  dari Tail-gear  landing  gear akan ditunjukkan pada gambar 4.2 .
Gambar 4.2  Geometri Tail-gear landing gear. Sumber: L. Pazmany. Light Aircraft Design. United States of America San Diego, California . 1963.
Pada  desain Tail-gear  landing  gear penentuan  posisi  dari  roda  utama  pesawat  dilakukan dengan  mengikuti  posisi  pusat  gravitasi  dari  keseluruhan  badan  pesawat  dan  mengikuti  sudut  yang telah  diberikan  pada  buku  literatur.  Sedangkan  penentuan  posisi  roda  belakang  dilakukan  dengan mengikuti  sudut  yang  telah  diberikan  dengan  mengacu  pada  posisi  sayap  ekor  pesawat.  posisi  roda depan dan roda belakang di tunjukkan pada gambar  4.3.
Gambar 4.3 Posisi roda depan dan roda belakang berdasarkan literatur.
Pada Tail-gear  landing  gear jarak wheel  base tidak  dilakukan  perhitungan.  Dikarenakan posisi roda depan dan roda belakang ditentukan dengan mengikuti letak pusat gravitasi pesawat dan letak sayap ekor pesawat, sehingga nilai wheel base adalah sebagai berikut.:
a. Jarak pusat gravitasi dari depan pesawat 94,6 cm.
b. Jarak roda depan pesawat dari depan pesawat adalah 61.5 cm.
c. Jarak roda belakang ke ekor pesawat adalah 13.467 cm.
d. Total panjang pesawat adalah 203.3 cm.
Maka : Jarak Wheel Base adalah = (Total  panjang  pesawat)  –  ((Jarak  roda  depan  ke  depan  pesawat)  +  (Jarak  roda  belakang  ke  ekor pesawat))
Wheel Base adalah = (203.3) – (61.5 + 13.467) = 128.3 cm Maka nilai jarak Wheel Base adalah sebesar 128.3 cm atau 1.283 m.

## 4.3 Tinggi Badan Pesawat
Penentuan  tinggi  badan  pesawat  dari  tanah  adalah  dengan  mempertimbangkan  ukuran propeller yang  digunakan  pesawat.  Tinggi  ini  dimaksukan  pula  agar  tidak  terjadinya  benturan langsung badan pesawat dengan tanah. Gambar 4.4 menunjukkan tinggi pesawat.

## Gambar 4.4 Tinggi Pesawat
Dapat  dilihat  diatas  bahwa  tinggi  pesawat  dipengaruhi  oleh  beberapa  faktor.  Faktor tersebut diantaranya adalah diameter baling-baling pesawat. Tinggi pesawat harud dapat mencegah terjadinya benturan antara baling-baling pesawat dengan tanah baik pada saat pesawat pada posisi diam dan juga pada saat mendarat.
a. Diameter baling-baling yang digunakan  = 30 cm
b. Tinggi pesawat yang direncanakan  = 40 cm Maka :
Jarak antara baling-baling pesawat dengan tanah adalah :
Jarak
= (Tinggi pesawat) – (jari-jari baling-baling)
= 40 cm – 15 cm = 25 cm
Maka,  jarak  antara  baling-baling  pesawat  dengan  tanah  diperoleh  sebesar  25  cm.  Jarak  ini dianggap  masi  aman  ketika  pesawat  melakukan  pendaratan  sehingga  tinggi  yang  di    tinggi  pesawat yang pakai adalah sebesar roda depan 40 cm dan roda belakang 20 cm.
𝛼 𝐶 ≥ 𝛼 𝑇𝑂 𝛼 𝐶 = tan −1 ( 𝐻 𝑓 𝐴𝐵 )
Dimana : 𝛼 𝐶 = Sudut rotasi AB = Jarak wheel base H f = Tinggi minimum pesawat
Jarak  tanah  selama  rotasi take-off dengan  sudut 𝛼 𝐶 =  10 o (diambil  dari  tabel  2.3  untuk  tipe pesawat sangat mudah digerakkan) dan tinggi pesawat 40 cm dan jarak wheel base sebesar 1.283 m adalah:
10 𝑜 = tan −1 ( 𝐻 𝑓 1,283 ) H f = 1.283 . tan ( 10 o ) H f =  0.23 m
Nilai H f sebesar 0.23 m merupakan nilai minimum dari tinggi roda pendaratan pesawat. Pada tinggi ini bagian belakan pesawat tepat mengenai tanah. Jadi jarak tanah selama rotasi take-off adalah :
𝐻𝑝𝑒𝑠𝑎𝑤𝑎𝑡 = 𝐻𝑓 + 𝐻 𝑐 cos 𝛼 𝐶 0.40 𝑚   = 0.23 𝑚 + 𝐻 𝑐 cos 10 H c =  (0.40 – 0.23) . (cos 10) H c =   0.16 m
Maka, jarak minimum bagian belakang pesawat dari tanah adalah sebesar 16 cm atau 0.16 m.
Baling-Baling

## 4.4 Wheel Track
Wheel track ditentukan dengan menggunakan sudut overturn . Syarat yang diberikan  adalah besarnya sudut overturn tidak kurang dari 25 o . dan juga sudut yang dihasilkan dari penarikan garis sejajar antar roda depan dan belakang dengan garis pada pusat gravitasi, dan kemudian ditarik garis sudut dengan  jarak  yang  digunakan  adalah  tinggi  dari  pusat  gravitasi  pesawat  ke  tanah  adalah  tidak ebih dari 60 o .
Sudut  overturn  yang  direncakan  antar  pusat  gravitasi  dan  roda  pesawat  adalah  sebesar  35 o . Posisi wheel track ditunjuukan pada gambar 4.5.
Gambar 4.5  Posisi sudut overturn dengan kemiringan 35 o .
Untuk  menentukan  apakah  sudut overturn sebesar  35 o yang  diambil  didapatkan  jarak wheel track pesawat  adalah  sebesar  72.1123  cm.  Untuk  menentukam  sudut overturn yang  digunakan memenuhi persyaratan dilakukan seperti pada gambar 4.6.
Gambar 4.6 Pemeriksaan sudut overturn . Keterangan: a = roda belakang b = roda depan c= sudut overturn yang dihasilkan
Jika  dilihat  ada  gambar  ,  sudut  yang  dihasilkan  oleh penarikan  garis  sejajar  roda  depan  dan belakang  pesawat  dengan  garis  dari  pusat  gravitasi  pesawat  tidak  melebihi  dari  ketentuan  yaitu sebesar 60 o sehingga wheel track dengan sudut kemiringan 35 o dapat digunakan.

## 4.5 Beban Pesawat
Beban statis pesawat:[7]
Gambar 4.7 Geometri Beban Roda.
Pada Gambar 4.7 menunjukkan geometri beban roda.
Beban statis : Dimana : G.W.   = 25 Kg = 245.25 N Untuk menghitung bebannya:
ΣF = F A + F B = W Dan
ΣM = 0
Maka W.a - F A . b = 0 245.25 . 1.14 - Sin(85 o ) F A .1.28394 =  0 F A . Sin (85 o ) . 1.28394 =   279.585
F A = 279.585 1.279054221 F A = 218.587 N F vertikal yang terjadi pada roda depan adalah: 218.587 N F A + F B = W 218.587 N + F B = 245.25 N F B = 245.25 – 218.587 F B = 26.663 N Maka beban yang di tumpu oleh roda belakang adalah sebesar 26.663 N

## 5.  KESIMPULAN DAN SARAN

## 5.1 Kesimpulan
1. Desain landing gear yang dipilih adalah jenis Tail-gear .
2. Posisi pusat gravitasi pesawat berada pada X = 94,6 cm dan Y= 11,3 cm
3. Tinggi landing gear yang digunakan adalah 40 cm.
4. Ukuran wheel base yang diperoleh dari perhitungan adalah sebesar 128.934 cm.
5. Ukuran wheel  track yang  diperoleh  dari  perhitungan  adalah  sebesar  72  cm  dengan  sudut overturn sebesar 35 o .
6. Ukuran roda yang diperoleh dari perhitungan adalah roda depan 10 cm dan roda belakang 8 cm.

## 5.2 Saran
1. Pemilihan  roda  diharapkan  dapat  dilakukan  lebih  baik  lagi  dikarenakan  tipe  roda  yang digunakan  saat  ini  tidak  terlalu  memberikan  dampak  yang  cukup  besar  dalam  penyerapan beban pesawat.
2. Pada  penelitian  kedepannya  diharapkan  dapat  menambahkan  sistem shock  arbsorber agar penyerapan beban dapat lebih optimal.

## DAFTAR PUSTAKA
1. Jan  Roskam.  Dr. Layout  Design  of  Landing  Gear  and  Systems.  Second  Edition.    Roskam Aviation and Engineering Corporation . Ottawa, Kansas. 1989.
2. Sadraey Mohammad. Landing Gear Design. Daniel Webster Colllege.
3. L. Pazmany. Light Aircraft Design. United States of America San Diego, California . 1963.
4. Curey Norman S. Aircraft Landing Gear Design: Principles and Practices. American Institute of Aeronatics. 1988.
5. Daniel  P.  Raymer. Aircraft  Design:  A  Conceptual  Approach . Second  Edition . American Institute of Aeronatics . 1992.
6. Kraige,  L.G  dan  Meriam,  L.J. Engineering  Mechanics:  Static,  7 th Edition .  John  Wiley  and Sons, Inc. Virginia. 2008
7. Russell C. Hibbeler, Engineering Mechanics: Statics, 12th Edition , Prentice Hall, 2009