## ANALISIS PENGARUH VANE TERHADAP KARAKTERISTIK DOUBLE
SLOTTED FLAP PESAWAT N2XX DENGAN METODE SIMULASI COMPUTATIONAL FLUID DYNAMIC
Mirna Sari 1* , Gaguk Jatisukamto 2 , Gembong Djoni Putranto 3
1 Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember, Jl. Kalimantan 37, Jember, 68121
2 Staf Pengajar Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Jember, Jl. Kalimantan 37, Jember, 68121
3 Staf Pegawai PT. Dirgantara Indonesia, Jl. Padjajaran 154, Bandung, 40174
E-mail: *mirnasari.0904@gmail.com

## ABSTRACT
Kestabilan  pesawat  terbang  dipengaruhi  oleh  karakteristik  aerodinamik,  salah  satu  diantaranya  adalah koefisien lift (C ). Nilai C  adalah rasio antara gaya lift (L) dengan tekanan dinamis (q). Nilai C  ditentukan berdasarkan  desain  bentuk  airfoil  dan  penggunaan  jenis  flap.  Peningkatan  C   dari  penelitian  sebelumnya menggunakan  metode  simulasi  diperoleh  20,4%  dengan  penambahan  flap.  Penelitian  ini  bertujuan  untuk mensimulasikan  flap  dengan  menambahkan  vane  (double  slotted  flap).  Metodologi  dalam  penelitian menggunakan simulasi Computational Fluid Dynamic (CFD). Hasil penelitian airfoil dengan vane memiliki C  maksimum 35,99% lebih besar dibandingkan desain airfoil tanpa vane, atau masing  – masing 5,77 dan 5,61. Nilai C maksimum airfoil dengan vane maupun airfoil tanpa menggunakan vane terjadi pada sudut serang ( α ) = 16 o . Kesimpulan penelitian menginformasikan bahwa vane berpengaruh terhadap karakteristik pesawat N2XX. Vane dapat meminimalisir terjadinya stall (penurunan nilai C ) pesawat terbang pada kondisi take off maupun landing.
Keywords : C , vane, double slotted flap, airfoil

## PENDAHULUAN
Indonesia  merupakan  salah  satu  negara kepulauan  terbesar  di  dunia  yang  terdiri  dari 17.504  pulau  dari  Sabang  sampai  Merauke  [1]. Peningkatan  moda  transportasi  penumpang  dan logistik antar pulau mayoritas menggunakan jalur laut sebesar 7,5% dari tahun 2015 [2]. Pemerintah Republik Indonesia mencaangkan program Kebijakan  Nawa  Cita  pembangunan  dimulai  dari pinggir,  untuk  mempermudah  mobilisasi  dari berbagai penjuru tanah air [3].
Pesawat  udara  merupakan  salah  satu  alat transportasi yang paling efektif untuk menghubungkan  jalur  lalu  lintas  antar  pulau  [4]. Penerbangan perintis adalah solusi dalam mengatasi  jalur  penghubung  daerah  –  daerah terpencil  [5].  PT.  Dirgantara  Indonesia  telah berhasil  memproduksi  pesawat  berkapasitas dibawah  50  penumpang.  Pesawat  N2XX  adalah pesawat yang  dirancang  untuk memenuhi kebutuhan penerbangan perintis [6].
Fajri  (2008),  penelitian  yang  menganalisa karakteristik airfoil NACA 4412 dengan menggunakan wind  tunnel (metode  panel  Smith Hess).  Metode  tersebut,  menunjukkan  distribusi kecepatan  pada  permukaan airfoil .    Perbedaan distribusi  kecepatan  dipengaruhi  oleh  sudut serang, dan ketebalan makimum airfoil [7]. Gunadi  (2010)  menyatakan  bahwa  simulasi aliran pada airfoil slotted flap ( airfoil tanpa vane
pada double  slotted  flap )  menggunakan  metode Vorteks. Penambahan flap pada airfoil menunjukkan  koefisien lift plain  flap lebih  besar 20,4% dibandingkan tanpa flap. Penambahan flap dapat meningkatkan nilai koefisien lift [8]. Tujuan dari  penelitian  ini  adalah  untuk  mengetahui pengaruh  adanya vane pada double  slotted  flap terhadap karakteristik pesawat N2XX.

## DASAR TEORI
a. Airfoil
Airfoil merupakan  geometri  yang  dibuat untuk menghasilkan lift yang lebih besar daripada gaya drag ketika  ditempatkan  pada  aliran  dan sudut  serang  ( α )  tertentu  [9]. Airfoil memiliki bentuk  ujung  yang  lancip  untuk  menjaga  aliran udara  agar  dapat streamline dapat  dilihat  pada Gambar 1 [10]. Airfoil yang efisien adalah airfoil yang penampangnya menyerupai tetesan air [11].
Keterangan gambar:
a. Leading  edge :  bagian  paling  depan  dari sebuah airfoil.
b. Trailing  edge: bagian  paling  belakang  dari sebuah airfoil.
c. Chord  line (tali  busur):  garis  lurus  yang menghubungkan leading edge dengan trailing edge.
d. Mean  line :  garis  yang  membagi  sama  besar antara permukaan atas dan permukaan bawah dari airfoil.
b. Sudut Serang (Angle of Attack = α ) Sudut  serang  ( α )  adalah  sudut  yang dibentuk  oleh  tali  busur  sebuah airfoil dan  arah aliran  udara  yang  melaluinya.  Nilai lift sama dengan 0 apabila airfoil simetris tidak terdapat α . Sudut  serang  dimana  gaya lift sama  dengan  0 disebut zero angle lift. Sudut serang digambarkan pada Gambar 3 [12].
Gambar 3. Sudut Serang (Lubis, 2012)
c. Flap
Flap merupakan  jenis  sirip  pesawat  yang digunakan untuk meningkatkan gaya angkat ( lift ). Flap bekerja  dengan  memperluas  permukaan sayap  atau  memberikan  lengkungan  pada  sayap. Flap biasanya  dipasang  pada  bagian  belakang sayap  ( trailing  edge ). Flap juga  menyebabkan peningkatan drag.  Drag dimanfaatkan  ketika landing sehingga  dengan  adanya drag dapat membantu pengereman [10].
d. Slotted Flap
Gambar 4. Slotted flap
Slotted flap memiliki jarak antara flap dan main wing seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 4. Aliran udara bertekanan tinggi dari bawah sayap melalui jarak atau celah tersebut . Boundary layer dapat  mencegah  separasi , sehingga drag yang dihasilkan kecil [14].
Jenis slotted  flap yang  lain  yaitu double slotted flap, dapat diamati pada Gambar 5. Double slotted  flap ketika  didefleksikan  dengan  sudut yang  besar,  maka  tidak  menghasilkan  aliran separasi  secara  cepat,  karena  adanya vane yang berada  diantara  sayap  dan flap . Vane berfungsi sebagai penghambat adanya aliran separasi [15].

## e. Prinsip Bernoulli
Prinsip Bernoulli menjelaskan bahwa pada suatu  aliran  fluida,  peningkatan  kecepatan  fluida akan  mengakibatkan  penurunan  tekanan  pada aliran tersebut. Prinsip ini merupakan penyederhanaan  dari  Persamaan  Bernouli  yang menerangkan bahwa jumlah energi pada suatu titik dalam  aliran  fluida  tertutup  sama  dengan  jumlah energi  di  titik  lain  pada  jalur  aliran  yang  sama (dapat dilihat pada persamaan 1 dan 2) [8]. Bentuk persamaan  Bernouli  untuk  aliran  termampatkan adalah sebagai berikut:
E. potensial + E. kinetis + E. tekan = Konstan (1) Keterangan : E. potensial = mgh E. kinetis = ½ m v 2 E. tekan = p
Bentuk  persamaan  Bernouli  untuk  aliran tak termampatkan adalah sebagai berikut:
(2)
Keterangan: v = Kecepatan fluida (m/s 2 ) g = Percepatan gravitasi bumi (m/s 2 )
h = tekanan fluida (N/m 2 ) ρ = densitas fluida (kg/m 3 )
Gambar 5. double slotted flap

## METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian  menggunakan  metode  simulasi CFD.  Simulasi  dilakukan  di  Divisi  Aerodinamik, Gedung Pusat Teknologi, PT. Dirgantara Indonesia.  Peralatan  yang  digunakan  dalam simulasi adalah sebagai berikut:
• software Ansys 17.0
Tahap  –  tahap  penelitian  yang  dilakukan  antara lain:
a) Melakukan studi lapang pesawat N2XX;
sudut serang airflow vane flap main wing main wing flap
b) Melakukan studi litertur;
c) Menentukan parameter yang diperlukan dalam penelitian;
d) Melakukan  simulasi  dengan  variasi  sudut serang 0 o , 4 o , 8 o , 12 o , 14 o , 16 o , 18 o ; e) Melakukan  validasi  dengan  hasil wind  tunnel test ; f) Pembahasan analisa simulasi;
g) Kesimpulan.
Simulasi  dilakukan  dalam  3  proses  yaitu: pre-processing, solver dan post-processing. Tahap pre-processing  digunakan  untuk  menghasilkan meshing  pada  software  Ansys  Workbench, sedangkan  solver  dan  post  processing  digunakan untuk penentuan metode dan input parameter yang diperlukan pada software Fluent .

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil
simulasi penelitian berupa perbandingan  vektor  kecepatan  fluida  yang mengalir  disekitar airfoil dan  gaya  yang  terjadi pada airfoil yaitu nilai C l dari airfoil tanpa flap dan airfoil dengan flap.
Gambar 6. korelasi antara C  dengan α
Grafik  C   - α memiliki  sudut  kemiringan yang berbeda, dimana airfoil tanpa terpasang vane memiliki slope yang  lebih  kecil  dibandingkan dengan flap menggunakan vane . Kemiringan sudut 0 o sampai  14 o menghasilkan  kecenderungan  yang sama  (berimpit).  Perbedaan  mulai  muncul  pada saat α =  16 o diilustrasikan  pada  Gambar  6. Koefisien lift pada airfoil tanpa  menggunakan vane memiliki  nilai  C   maksimal  sebesar  5,611. Nilai C maksimal dari airfoil dengan menggunakan vane lebih  besar  yaitu sebesar 5,767. Vane pada double-slotted  flap sangat berpengaruh pada hasil koefisien lift dengan selisih C  maksimal 0,156.
Hasil Simulasi pada Sudut Serang 0 o
Gambar 7. simulasi vektor kecepatan α = 0 o (a. Vektor kecepatan airfoil dengan vane; b. Vektor kecepatan airfoil tanpa flap; c. Detail trailing edge dengan flap; d. Detail trailing edge tanpa flap )
Perbedaan vektor kecepatan airfoil dengan flap digambarkan oleh Gambar 7a dan Gambar 7b. Detail  kecepatan  pada  bagian trailing  edge dapat dilihat  pada  Gambar  7c  dan  Gambar  7d.  Aliran udara  yang  terjadi  pada  permukaan flap hampir sama, belum ada perbedaan yang mencolok. Sama –sama  memiliki  kecepatan  rendah  pada trailing edge bagian  bawah yaitu  antara  20  –  50  m/s. Gradasi  warna  oranye  dan  kuning  pada  skala warna  menunjukkan  tinggi  rendahnya  kecepata aliran.
Hasil Simulasi pada Sudut Serang 4 o
Gambar 8. simulasi vektor kecepatan α = 4 o (a. vektor kecepatan airfoil dengan vane; b. vektor kecepatan airfoil tanpa flap; c. detail trailing edge dengan flap; d. detail trailing edge tanpa flap)
Detail  aliran  pada  bagian trailing  edge ditunjukkan  oleh  Gambar  8c  dan  Gambar  8d. Aliran  yang  terdapat  pada  permukaan flap memiliki  kecepatan  rendah  sebesar  30  –  90  m/s, ditunjukkan oleh gradasi warna hijau, kuning dan merah pada skala warna.  Vektor kecepatan pada α = 4 o ini memiliki koefisien drag yang tidak terlalu jauh berbeda dengan vektor kecepatan pada sudut serang 0, sehingga dapat dilihat trailling edge pada Gambar  8a  dan  Gambar  8b    tidak  mengalami perubahan dari hasil simulasi pada α = 0 o . a b c d
Hasil Simulasi pada Sudut Serang 8 o
Gambar 9. simulasi vektor kecepatan α = 8 o (a. vektor kecepatan airfoil dengan vane; b. vektor kecepatan airfoil tanpa flap; c. detail trailing edge dengan flap; d. detail trailing edge tanpa flap)
Aliran pada bagian sela – sela antara airfoil, vane, dan flap terbentuk aliran yang berputar atau (aliran buble )  diilustrasikan  pada  Gambar  9a  dan Gambar 9b. Aliran buble tersebut mengakibatkan adanya peningkatan gaya drag. Buble pada airfoil tanpa  terpasang vane tampak  bahwa  lebih  besar dibandingkan  dengan airfoil dengan  terpasang vane. Gaya drag pada airfoil tanpa terpasang vane menjadi lebih besar (Gambar 9b).
Hasil Simulasi pada Sudut Serang 12 o
Gambar 10. simulasi vektor kecepatan α = 12 o (a. vektor kecepatan airfoil dengan vane; b. vektor kecepatan airfoil tanpa flap; c. detail trailing edge dengan flap; d. detail trailing edge tanpa flap)
Aliran  udara  yang  mengalir  dari  bagian bawah  ke  bagian  atas  menyebabkan  terjadinya udara bubble (udara  terjebak)  ditunjukkan  oleh Gambar  10a  dan  Gambar  10b . Detail  kecepatan aliran pada bagian trailling edge dapat dilihat pada Gambar 10c dan Gambar 10d. bubble pada bagian bawah trailing edge, menyebabkan koefisien drag maupun  gaya drag menjadi  lebih  tinggi. Airfoil tanpa terpasang vane, terdapat udara bubble pada
airfoil tersebut  lebih  besar  dibandingkan  udara bubble yang terjadi pada airfoil dengan terpasang vane.
Hasil Simulasi pada Sudut Serang 14 o
Gambar 11. simulasi vektor kecepatan α = 14 o (a. vektor kecepatan airfoil dengan vane; b. vektor kecepatan airfoil tanpa flap; c. detail trailing edge dengan flap; d. detail trailing edge tanpa flap)
Aliran  laminar  pada  permukaan airfoil merupakan boundary  condition yang  bertujuan untuk  mengurangi separasi.  Aliran separasi dapat dilihat digambarkan pada Gambar 11a dan Gambar 11b . Aliran  udara  yang  telah  melewati  daerah boundary layer maka aliran udara tersebut menjadi aliran turbulen (lebih detail pada Gambar 11c dan Gambar  11d).  Hal  ini  yang  menyebabkan kecepatan menjadi lebih tinggi. Kecepatan rendah mengakibatkan  tekanan  pada  bagian  tersebut menjadi  tinggi.  Pengaruhnya  adalah  semakin meningkatkan  gaya lift, dan  mengurangi  gaya drag.
Hasil Simulasi pada Sudut Serang 16 o
Gambar 12. simulasi vektor kecepatan α = 16 o (a. vektor kecepatan airfoil dengan vane; b. vektor kecepatan airfoil tanpa flap; c. detail trailing edge dengan flap; d. detail trailing edge tanpa flap)
a b c d c d b a c d a b a b c d
Gambar 12. Sudut serang 16 o mulai terjadi perbedaan  yang  lebih  mencolok  daripada  sudut serang  sebelumnya.  Fenomena  aliran  udara  di sekitar  kedua airfoil dapat  ditunjukkan  pada Gambar  12. Boundary  condition yang terdapat pada masing – masing permukaan airfoil memiliki perbedaan  pada  gradasi  warna  yang  berbeda . Boundary ini merupakan batas aliran laminar yang terdapat  pada airfoil tersebut  ditunjukkan  oleh Gambar  12a  dan  Gambar  12b.  Aliran  seragam tersebut,  maka  dapat  meminimalisir  akan  adanya aliran  udara  separasi (detail  dapat  dilihat  pada Gambar  12c  dan  Gambar  12d) . Airfoil dengan terpasang vane memiliki koefisien drag yang lebih rendah  dari  pada airfoil tanpa  terpasang vane. Separasi pada airfoil dengan  terpasang vane muncul  lebih  awal  daripada  separasi pada airfoil tanpa terpasang vane.
Hasil Simulasi pada Sudut Serang 18 o
Gambar 13. simulasi vektor kecepatan α = 18 o (a. vektor kecepatan airfoil dengan vane; b. vektor kecepatan airfoil tanpa flap; c. detail trailing edge dengan flap; d. detail trailing edge tanpa flap)
Detail  aliran  separasi dapat  dilihat  pada Gambar  13c  dan  Gambar  13d.  Arah  anak  panah mengarah  ke  depan  ( leading  edge )  dengan kecepatan  rendah  (anak  panah  warna  merah). Airfoil dengan  terpasang vane aliran separasi tampak  lebih  tebal  dibandingkan  aliran separasi yang  terjadi  pada airfoil tanpa  terpasang vane. Bagian belakang trailing edge terjadi olakan aliran sehingga ditunjukkan oleh anak panah yaitu tidak berarturan,  digambarkan  pada  Gambar  13a  dan Gambar 13b.

## KESIMPULAN
Vane pada double slotted flap berpengaruh terhadap karakteristik pesawat N2XX. Karakteristik  pesawat  ditekankan  pada  nilai  C . Nilai C dipengaruhi oleh sudut serang ( α ). Sudut serang semakin besar menyebakan C airfoil tanpa vane dan airfoil dengan vane semakin besar pula. Nilai C max. airfoil dengan vane = 5,767 pada α =
16 o . Nilai C max. airfoil tanpa vane = 5,611 pada α yang sama.

## SARAN
Penelitian dapat dikembangkan lebih lanjut dalam  hal  variasi  sudut  serang  ( α )  yang  lebih rapat  atau  banyak.  Perlu  adanya  validasi  untuk membuktikan  bahwa  simulasi  yang  dilakukan tepat.

## DAFTAR PUSTAKA
Lasabuda,  Ridwan.  2013. Pembangunan Wilayah Pesisir dan Lautan dalam Perspektif Negara Kepulauan Republik Indonesia. Jurnal Ilmiah Platax . 1(2):92-101. Kementerian Perhubungan. Berbagai Terbitan , [November 2017] Lopulalan,  2014, Kebijakan  Nawa  Cita , Kompas.com Hadi,  Syamsul  dan  Danardono.  2009. Pengaruh  Penambahan  Winggrid  terhadap Karakteristik  Distribusi  Tekanan .  Jurnal
Mekanika . 7(2);15-25 Harahap,  Yudiansyah  dan  Sasongko,  Heran. 2003. Analisa Karakteristik Distribusi Tekanan dan Kecepatan pada Bodi Aerodinamika  Airfoil  dengan  Metoda  Panel dalam  Fenomena  Flow  Around  Body .  Jurnal
Teknik Mesin.5(1):22-35 Gede,  S.  I.  dkk..  2014. Pengaruh  Fixed Leading  Edge  Slot  terhadap  Karakteristik Airfoil Simetris dengan variasi Sudut Serang . Jurnal  Ilmiah  Teknik  Desain  Mekanika.3(6): 61-69 Gun, R. Gunadi. 2010 . Simulasi Aliran Lewat Airfoil  dengan  Slotted  Flap  menggunakan Metode  Vorteks .  Jurnal  Politeknologi.9(3):
35-44
Sugiarto,  Tris.  2008. Analisa  Karakteristik Airfoil  NACA  4412  dengan  Metode  Wind
Tunnel. Jurnal Iteks.2(2):141-160 Ridha, Rasyid, 2017. Studi Numerik
Karakteristik  Aliran  Tiga  Dimensi  di  Sekitar Airfoil  NACA  0012  dengan  Backward  Swept Angle 0 o , 15 o , dan 30 o , ITS Hadi,  Syamsul.  2008. Pengaruh  Twisted Multiple Winglet terhadap Gaya Lift Aerofoil NACA  0012  pada  Angka  Reynolds  Rendah. Jurnal Mekanika. 6(2):92-99 Danardono.  2005. Pengaruh Separasi  Aliran terhadap Kinerja Aerodinamika Airfoil NACA 0012. Jurnal Mekanika.3(3):9-12 Hadi,  Syamsul.  2005. Perubahan  Distribusi Tekanan  Aerofoil  Akibat  Pengaruh  Variasi Sudut Serang . Jurnal Mekanika . 4(1):14-19
a b d c