## PEMBUATAN DAN ANALISIS GAYA BADAN PESAWAT TANPA AWAK DARI BAHAN MATERIAL KOMPOSIT YANG DIPERKUAT POLYESTER DAN SERAT ROCK WOOL DENGAN METODE HAND LAY UP
Juliono S. 1 , Ikhwansyah Isranuri 2 , Syahrul Abda 3 , M. Sabri 4 , Tugiman 5 , Mahadi 6 1,2,3,4,5,6 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara Email: julionosusanto@gmail.com

## ABSTRAK
Badan  pesawat  adalah  komponen  utama  dari  sebuah  pesawat  terbang.  Badan  pesawat  ini  sendiri merupakan tempat melekatnya bagian-bagian pesawat seperti wing , elevator maupun roda pendaratan. Panjang badan pesawat tanpa awak ini adalah 2027 mm. Penelitian ini dilakukan untuk membuat dan menganalisis  badan  pesawat  tanpa  awak  dengan  menggunakan  bahan  komposit  campuran  resin polyester dengan serat rock wool . Penelitian ini bertujuan untuk mencari nilai titik berat secara teoritis pada badan pesawat tanpa awak serta mendapatkan nilai tegangan regangan  yang terjadi pada badan pesawat tanpa awak melalui simulasi dengan menggunakan software Ansys 14.0. Manfaat utama dari penggunaan  material  komposit  adalah  mendapatkan  kombinasi  sifat  kekuatan  serta  kekakuan  tinggi dan berat jenis yang ringan. Pada proses penelitian terdapat langkah-langkah proses pembuatan badan pesawat  tanpa  awak.  Melalui  penelitian  ini  pada  proses  pembuatan  badan  pesawat  tanpa  awak dikatakan  berhasil  dan  diperoleh  letak  titik  berat  pada  badan  pesawat  yang  dihitung  secara  teoritis didapat pada  koordinat x= 897,37, y= 77,77 . R egangan maksimum yang terjadi sebesar 0.00014584 mm/mm dan regangan minimum  yang terjadi  sebesar 3.2414 x 10 -8 mm/mm. Tegangan maksimum sebesar  4.5635  MPa  dan  tegangan  minimum  yang  terjadi  sebesar  0.00045862  Mpa  melalui  hasil simulasi dengan software Ansys 14.0 Workbench .
Kata kunci :   Badan pesawat, software Ansys, pesawat tanpa awak, material  komposit, rock wool

## 1. PENDAHULUAN
Pesawat  tanpa  awak UAV ( Unmanned Aerial Vehicle )  adalah  jenis  pesawat  terbang  yang dikendalikan  alat  sistem  kendali  jarak  jauh  lewat  gelombang  radio.  Penelitian  ini  dilakukan  untuk membuat dan menganalisis badan pesawat ( fuselage ) tanpa awak ( UAV ) dengan menggunakan bahan material  komposit.  Bahan komposit  yang akan  diteliti  adalah campuran resin polyester dengan  serat rock  wool .  Melalui  penelitian  ini  diharapkan  didapatkan  suatu  bahan  komposit  yang  ringan  dan memiliki sifat mekanik ( mechanical properties ) yang baik[1]. Dengan  adanya  pengembangan UAV ( Unmanned Aerial Vehicle ),  maka  pengembangan  dari sisi  material  ringan  dan  kuat  untuk  badan  dan  sayap  pesawat  itu  sendiri  merupakan  sebuah  kajian teoritis yang selayaknya mendapatkan perhatian dari para peneliti, sehingga diharapkan Pesawat UAV ( Unmanned Aerial Vehicle )  generasi  selanjutnya  memiliki  unjuk  kerja  yang  lebih  baik  karena menggunakan material yang ringan dan kuat.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
Komposit  adalah  suatu  material  yang  terdiri  dari  campuran  atau  kombinasi  dua  atau  lebih material  baik  secara  mikro  atau  makro,  dimana  sifat  material  yang  tersebut  berbeda  bentuk  dan komposisi kimia dari zat asalnya[2].

## 2.1 Klasifikasi Komposit
Ada 3 macam jenis klasifikasi komposit berdasarkan penguat yang digunakannya, yaitu : A. Komposit Serat ( fibricus composite )
Komposit serat yaitu jenis komposit yang hanya terdiri dari satu lamina atau satu lapisan yang menggunakan penguat berupa serat/ fiber . Pada jenis komposit serat dapat dilihat pada gambar 2.2.
(a) (b)      (c)  (d)
Gambar 2.1 Jenis komposit serat (a) Continous fiber composite, (b) Woven fiber composite, (c) Chopped fiber composite, (d) Hybrid composite B. Komposit Lapis ( laminated composite )
Komposit  Lapis  yaitu  jenis  komposit  yang  terdiri  dari  dua  lapis  atau  lebih  yang  digabung menjadi satu. Pada komposit lapis dapat dilihat pada gambar 2.2.
Gambar 2.2  komposit lapis
C. Komposit Partikel ( particulate composite )
Komposit  partikel  yaitu  komposit  yang  menggunakan  partikel  sebagai  penguatnya  dan terdistribusi  secara  merata  dalam  matriksnya.  Pada  gambar  2.3  memperlihatkan  gambar  komposit partikel.
matriks partikel

## Gambar 2.3  komposit partikel

## 2.2 Serat Rock Wool
Rock wool adalah suatu bahan insulation jenis isolasi termal dan akustik. Terbuat dari bahan tambang fiber ringan  dengan  inti  berupa  batu  alam  yang  dipadukan  dengan  damar  panas. Fungsi umum  dari rock  wool adalah  untuk  memberikan  isolasi  di  rumah  tinggal  atau  bangunan  komersial. Adapun manfaat lainnya yaitu .
1. Memiliki daya konduksi termal yang rendah
2. Cocok untuk aneka kebutuhan industri
3. Dapat digunakan pada suhu 100 °C sampai 820 °C
4. Kedap suara[3]

## 2.3 Klasifikasi Dari Resin
Secara umum resin diklasifikasikan menjadi 2 bagian : 1. Thermoplastik
Thermoplastik  adalah  plastik  yang  dapat  dilunakkan  berulang  kali  dengan  menggunakan panas. Thermoplastik juga merupakan polimer yang akan menjadi keras apabila didinginkan.
Bahan termoplastik yang lazim dipergunakan sebagai matrik komposit adalah sebagai berikut :
a. Acetal
b. Acryronitrile Butadiene Styrene (ABS)
c. Nylon
d. Polyenthyene (PE)
e. Polypropylene (PP)
f. Polyethylene Terephthalate (PET)

## 2. Thermoset
Thermoset  tidak  dapat  mengikuti  perubahan  suhu.  Bila  sekali  pengerasan  telah  terjadi,  maka bahan  tidak  dapat  dilunakkan  kembali.  Bahan  termoset  yang  lazim  dipergunakan  sebagai  matrik komposit adalah sebagai berikut :
a. Polyester
b. Vinyl Resin
c. Epoxy
d. Phenolic
e. Polyurethane

## 2.4 Resin Polyester
Resin polyester berupa resin cair dengan viskositas yang relatif rendah, mengeras pada suhu kamar dengan penggunaan katalis tanpa menghasilkan gas sewaktu pengesetan[4].

## 2.5  Metode  Hand Lay Up
Metode Hand  lay  up yang  disebut  juga  dengan way  lay  up merupakan  sebuah  metode pembuatan komposit yaitu dengan mengisiskan resin kedalam cetakan dengan tangan keserat didalam suatu wadah. Pada proses metode hand lay up dapat dilihat pada gambar 2.4.
Gambar 2.4 proses hand lay up Kelebihan penggunaan metode proses hand lay up ini adalah :
1. Mudah dilakukan
2. Cocok di gunakan untuk komponen yang besar
3. Volumenya rendah[5]

## 2.5 Desain Struktur pada Pesawat Tanpa Awak
Adanya  spesifikasi  data  khusus  hasil  design.  Pada  desain  stuktur  pada  pesawat  tanpa  awak diperoleh spesifikasi data khusus hasil desain dapat dilihat pada tabel 2.2.
Tabel 2.1 spesifikasi data khusus hasil desain

## 2.6 Badan Pesawat ( Fuselage )
Fuselage merupakan  salah  satu struktur  utama pesawat yang  terhubung  dengan sayap,  ekor, dan landing gear . Dalam merancang badan pesawat ini, aerodinamis badan pesawat adalah hal yang paling  penting.  Badan  pesawat  yang  digunakan  adalah  tipe  8  dengan  koefisien  drag  (Cd)0,458, dimana Cd yang akan digunakan untuk menghitung gaya hambat yang dialami pesawat tanpa awak. Pada badan pesawat terdapat tipe dan koefisien badan pesawat dapat dilihat pada gambar 2.5[6].
Sumber : lennon Andy ,2006. Aircraft Design Gambar 2.5 tipe dan koefisien badan pesawat
Berikut adalah gambar badan pesawat tanpa awak dapat dilihat pada gambar 2.6.
Gambar 2.6 Badan pesawat tanpa awak

## 2.7 Assembling Pesawat Tanpa Awak
Assembling  merupakan  bagian  utuh  dari  suatu  benda,  dimana  dalam  hal  ini  adalah  pesawat ( fuselage )  tanpa  awak.  Berikut  adalah  gambar  assembling  pesawat  tanpa  awak  dapat  dilihat  pada gambar 2.7.
Gambar 2.7 Assembling pesawat tanpa awak

## 2.8  Teori Tegangan Regangan untuk Komposit
Intensitas  gaya (gaya  persatuan  luas)  disebut  tegangan (stress) .  Dengan  menganggap  bahwa tegangan  terdistribusi  secara  merata  pada  seluruh  bidang  batang  penghubung.  Gambar  2.8 memperlihatkan  suatu  elemen  tegangan  berdimensi  tiga,  atau  tegangan  triaksial  ( triaxial  stress ), dimana menunjukkan tiga tegangan normal σx, σy dan σz, semuanya positif; dan enam tegangan geser τxy, τxz, τyx, τyz, τzx, τzy, juga semuanya positif[7].
Cd=0,458

## Gambar 2.8 elemen tegangan tiga dimensi

## 2.9  Teori Pusat Gravitasi Dan Pusat Massa Untuk Sistem Partikel
Pusat  gravitasi (g )  adalah  titik  pusat  yang  menempatkan  berat  yang  dihasilkan  dari  suatu sistem  partikel.  Untuk  menunjukkan  bagaimana  menentukan  titik  ini  dengan  mempertimbangkan sistem n partikel tetap dalam suatu wilayah ruang. Bobot partikel terdiri dari sistem kekuatan paralel yang dapat diganti dengan (setara) berat resultan tunggal memiliki titik didefinisikan g dari aplikasi. Untuk menemukan koordinat x, y, z dari g , kita harus melihat prinsip yang diuraikan. semua partikel n dapat dirumuskan sebagai berikut: ………………………… (2.1) Jumlah momen bobot semua partikel tentang sumbu x , sumbu y , dan sumbu z, kemudian sama dengan saat berat resultan tentang sumbu ini. Dengan demikian, untuk menentukan koordinat g . kita dapat menyimpulkan jumlah momen sumbu y . hasil ini dapat dilihat pada rumus. (2.2)
Demikian juga, untuk menjumlahkan momen terhadap sumbu x , kita dapat memperoleh koordinat y . (2.3)

## 3 METODOLOGI
3.1 Persiapan Bahan dan Alat
1. Untuk campuran komposit menggunakan komposisi 88% dan serat rock wool sebanyak 12%
2. Resin polyester 157 disiapkan ± 3 liter untuk pembuatan seluruh badan      pesawat
3. Katalis  disiapkan  untuk  dicampurkan  pada  resin  ±  100  ml  untuk  pembuatan  seluruh  badan pesawat,  disini  katalis  yang  digunakan  memiliki  senyawa MEKPO yaitu  senyawa Metyl  Etyl Keton Peroksida
4. Serat rock  wool disiapkan  sekitar  4x1  meter  untuk  seluruh  badan  pesawat  dan  dibagi  menjadi lembaran-lembaran kertas
5. Mirror  glaze  wax disiapkan  bersama  kain  sebagai  bantuan  untuk  melapisi  seluruh  permukaan badan pesawat
6. Kuas cat disiapkan sebagai bantuan untuk melapisi campuran resin dan serat ke seluruh permukaan badan pesawat
7. Dempul plastik beserta hardenernya untuk menggabungkan badan pesawat yang telah diproses menjadi satu bagian
8. Gerinda  tangan  dan  kertas  pasir  disiapkan  sebagai  menghaluskan  permukaan  badan  pesawat setelah proses dempul selesai.

## 3.2  Proses Pembuatan Badan Pesawat (fuselage)
Proses  pembuatan  dengan  bahan  material  komposit  yang  di  perkuat  dengan  resin polyester dan  serat rock  wool dengan  metode hand  lay  up yang  akan  digunakan  sebagai  badan  pesawat ( fuselage ) tanpa awak ( UAV ) adalah sebagai berikut: 1. Siapkan mal badan pesawat. Pada tampilan mal badan pesawat dapat dilihat pada gambar 3.1.

## Gambar 3.1 tampilan mal badan pesawat
2. Mal badan pesawat diolesi dengan Mirror glaze wax pada seluruh badan pesawat dengan merata agar dalam pelapisan campuran tidak melekat dan mudah terlepas dari cetakan.
3. Penuangan resin polyester kedalam gelas. Setiap pemakaian resin polyester sebanyak 15,15 gram dan diaduk pelan-pelan dengan sendok sampai benar-benar merata.
4. Menambahkan  katalis  sebagai  pengeras  kedalam  resin.  Pada  setiap  resin  polyester  dituang sebanyak  15,15  gram  dan  campurkan  katalis  sebanyak  4  tetes  pipet,  setiap  1  tetes  pipet  sama dengan 0,02 gram  dan diaduk pelan-pelan hingga tercampur merata kira-kira selama 2 menit.
5. Setelah  resin  dan  katalis  tercampur  merata,  lalu  di  tuangkan  ke  permukaan  mal  badan  pesawat sedikit  demi  sedikit  dan  dioleskan  campuran  resin  dengan  kuat  serta  dilakukan  menggunakan metode manual yaitu dengan hand lay up.
6. Setelah permukaan rata dengan campuran resin kemudian lapisi lembaran serat rock wool dengan merata  keseluruh  permukaan  mal,  lalu  dilapisi  lagi  dengan  resin  sampai  permukaan  benar-benar merata.
7. Setelah permukaan campuran rata pada mal, tunggu hingga kering selama 1 hari atau kurang lebih 24 jam.
8. Kemudian di lakukan proses penyatuan menjadi satu badan pesawat. Pada tampilan badan pesawat setelah di resin dapat dilihat pada gambar 3.2.
Gambar 3.2 tampilan badan pesawat setelah di resin
9. Lalu setelah proses penyatuan selesai, selanjutnya proses pelapisan dan pendempulan  agar pori- pori  hasil  campuran  resin  menjadi  lebih  kuat  sampai  badan  pesawat  benar-benar  menyatu  dan halus.
10. Sesudah  hasil  permukan  kering,  lalu  hasil  dari  proses  pendempulan  dirapikan  dengan menggunakan gerinda tangan sampai badan pesawat halus merata.
11. Setelah proses selesai dihaluskan dengan gerinda tangan, lalu seluruh permukaan badan pesawat di  haluskan  lagi  dengan  menggunakan  kertas  pasir  atau  sering  disebut  dengan  amplas.  Pada tampilan hasil permukaan setelah di haluskan dapat dilihat pada gambar 3.3.

## Gambar 3.3 tampilan hasil permukaan setelah di haluskan

## 3.3 Proses Finishing
Selanjutnya masuk ke proses finishing dapat ditampilkan pada gambar dibawah sebagai berikut:
1. Proses finishing dempul plastik.
2. Proses  hasil polishing. Pada  tampilan  hasil  permukaan  setelah  di polishing dapat  dilihat  pada gambar 3.4.
Gambar 3.4 tampilan hasil permukaan setelah di polishing
3. Proses  pengecatan  tahap  pertama.  Pada  tampilan  hasil  proses  pengecatan  tahap  pertama  dapat dilihat pada gambar 3.5.
Gambar 3.5 tampilan hasil proses pengecatan tahap pertama
4. Proses pengecatan tahap kedua. Pada tampilan hasil proses pengecatan tahap kedua dapat dilihat pada gambar 3.6.
Gambar 3.6 tampilan hasil proses pengecatan tahap kedua
5. Proses  pengecatan  tahap  pemodelan.  Pada  tampilan  hasil  permukaan  permodelan  dapat  dilihat pada gambar 3.7.

## Gambar 3.7 tampilan hasil permukaan pemodelan
6. Proses hasil finishing. Pada tampilan hasil proses finishing dapat dilihat pada gambar 3.8.
Gambar 3.8 tampilan hasil finishing

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 4.1  Menentukan Titik Berat Badan Pesawat Secara Teoritis
Titik  berat fuselage dihitung  dengan  cara  membagi fuselage menjadi  dua  belas  bidang. Bidang ini dihitung dengan bentuk dua dimensi. Dimensi ini didapat dari fuselage yang dibuat.
Gambar 4.1 pembagian bidang pada fuselage Pusat massa masing-masing bagian dihitung dari titik (0,0) Di hasilkan hasil koordinat pada x = 897,37 dan y = 77,77

## 4.2 Simulasi Hasil Total Deformation
Pada gambar 4.2 memperlihatkan hasil Total Deformation .

## Gambar 4.2 Distribusi Total Deformation
Distribusi  perubahan  bentuk  yang  terjadi  ditandai  dengan  kontur  warna.  Warna  merah menunjukkan  daerah  konsentrasi  deformasi  dimana  deformasi  maksimum  terjadi  di  daerah  ini,  dan pada  titik  ini  pulalah  yang  paling  berpotensi  munculnya  deformasi  plastis  pertama.  Deformasi maksimum yang terjadi pada arah sumbu-Z sebesar 2.396 mm dari bentuk semula.

## 4.3 Simulasi Equivalent Elastic Strain
Pada gambar 4.3 memperlihatkan hasil Equivalent Elastic Strain .
Gambar 4.3 Distribusi Equivalent Elastic Strain
Regangan  maksimum  yang  terjadi  pada  arah  sumbu-Z  adalah  sebesar  0.00014584  mm/mm dan  regangan  minimum  yang  terjadi  sebesar  3.2414  x  10 -8 mm/mm.  Hal  ini  ditandai  dengan  kontur warna  merah  yang  mendapat  konsentrasi  regangan.  Selanjutnya  distribusi  regangan  menjalar  sesuai dengan warna sampai ke daerah yang paling aman yaitu daerah yang ditunjukkan dengan warna biru.

## 4.4 Simulasi Equivalent Stress
Pada gambar 4.4 memperlihatkan hasil Equivalent Stress .
Gambar 4.4 Distribusi Equivalent Stress
Tegangan maksimum yang terjadi pada arah sumbu-Z adalah sebesar 4.5635 MPa dan tegangan minimum  yang  terjadi  sebesar  0.00045862  MPa.  Hal  ini  ditandai  dengan  kontur  warna  merah  yang mendapat konsentrasi tegangan.

## 5. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil dan pembahasan dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:
1.  Hasil  proses  pembuatan  badan  pesawat  tanpa  awak  dikatakan  berhasil  dengan  bahan  material komposit campuran resin polyester dan serat rock wool dengan metode hand lay up . 2.  Letak titik berat pada fuselage dihitung secara teoritis didapat pada  koordinat x= 897,37, y= 77,77. 3.  Hasil simulasi numerik pada software Ansys 14.0 menunjukkan bahwa badan pesawat tanpa awak terbuat  dari  material  komposit  bila  diberi  beban  500  N  maka  simulasi    hasil Total  Deformation maksimum menunjukkan angka sebesar  2.396 mm dari bentuk semula dan pada titik inilah yang berpotensi munculnya deformasi plastis pertama. Simulasi Equivalent Elastic Strain menghasilkan regangan  maksimum  yang  terjadi  sebesar  0.00014584  mm/mm  dan  regangan  minimum    yang terjadi    sebesar  3.2414  x  10 -8 mm/mm.  Simulasi Equivalent    Stress menghasilkan  tegangan maksimum sebesar 4.5635 MPa, dan tegangan minimum yang terjadi sebesar 0.00045862 MPa.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Shofiyanti, Rizatis 2011Teknologi Pesawat Tanpa Awak, diakses pada tanggal 23 maret 2014
[2] Purtanto,  Andi.  2011  Http://jipku.com/  Material  Komposit  .html.  di  akses  pada  tanggal  21 maret 2014
[3]   Surdia, Tata, Shinroku Saito.2000, Pengetahuan Bahan Teknik . Jakarta; paradnya paramita [4]   Van Vlack, Lawrence H. Djaprie, Sriati dan Array. 1989. “Ilmu dan Teknologi Bahan”. 5 th ed. Jakarta [5]   Lennon, Andy. 2005; Re model Aircraft Design, Air Age media Inc, United State Of America
[6] Karmawan,  Sidharta  S.  1998. Mekanika  Bahan :  Bagian  dari  Mekanika  Teknik.  Jakarta. Universitas Indonesia.
[7]   Anggrainie,  2010.  Serat rockwool .  Diakses  pada  tanggal  23  maret  2014  dari http://www.anggrainie.wordpress.com