JUSTIFIKASI CFD KEDALAMAN GROOVE BAN PADA PROSES PERAWATAN HARIAN PESAWAT B737-800 AKIBAT HYDROPLANING

## (B737-800 TIRE GROOVE DEPTH CFD JUSTIFICATION ON ITS DAILY MAINTENANCE PROCESS DUE TO HYDROPLANING)
Vicky Wuwung 1 , Nelli Anggreyni, Valeri Maria Hitoyo, Carolus Bintoro Program Studi Teknik Aeronautika, Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Bandung
Jl. Gegerkalong Hilir, Desa Ciwaruga, Parongpong, Kabupaten Bandung Barat, Jawa Barat 40012
1 e-mail: vicky_pn98@yahoo.com
Diterima 9 Agustus 2017; Direvisi 19 Agustus 2017; Disetujui 30 Oktober 2017

## ABSTRACT
As a reference in daily maintenace process of Boeing 737-800 air plane, The tire groove depth influence  justification  which  is  moving  on  the  contaminated  runway  that  could  be  potential  to hydroplaning phenomenon  must  be  reviewed.  Tire  groove  is  a  pattern  on  the  tire  surface  that  has  a function to flow the water in front of the tire to the aft of the tire smoothly through the bottom of the tire. This mechanism let the tire less of a lift force that can be meant as a hydroplaning prevention. To understand  hydroplaning  phenomenon  and  groove  depth  tire  influence,  a  numerical  simulation  is performed  by  using  a  CFD  software  Numeca  Fine/Marine.  This  simulation  is  3D,  unsteady  fluid dynamic  simulation,  with  an  assumption  a  rigid  body  tire  at  a  short  time  after  the  airplane  touch down to the runway (after skidding process) with velocity V = 62.27 m/s. The contaminated runway is modelled  as  a  pool  water  (flood)  on  the  flat  surface  runway  with  its  height  of  2.54  mm.  Numerical simulation on this B 737-800 tire result shows that a hydroplaning phenomenon will happen for tire with  groove  depth  less  than  0.4”.  This  concludes  that  a  lesser  groove depth  of  tire  will  reduce  a  tire groove cross sectional area, and will increase a compression force in the bottom at the front of the tire, that  will  result  in  increasing  a  lift  force  to  the  tire  and  finally  increasing  a  chance  to  hydroplaning process. From this result, furthermore, the influence of this groove depth of B 737-800 tire variation that  is  run  on  a  contaminated  runway  can  be  used  as  a  reference  on  B  737-800  tire  daily maintenance.
Keywords: B 737-800, tyre groove depth, flood runway, landing, hydroplaning, CFD Numeca Fine/Marine, daily maintenance

## ABSTRAK
Groove atau ‘kembang” pada ban pesawat merupakan sarana untuk mengalirkan air dari bagian depan  menuju  bagian  belakang  melalui  bagian  bawah  ban,  tanpa  mengangkat  ban  sehingga  dapat mencegah  terjadinya hydroplaning .  Sehingga,  pengaruh  nilai  kedalaman groove terhadap  gaya  angkat pada ban pesawat B737-800 yang bergerak di landasan dengan genangan air perlu dijustifikasi dalam proses perawatan harian. Penelitian ini menyimulasikan proses mengalirnya air pada bagian bawah ban dengan  menggunakan  simulasi  numerik  (CFD Numeca  Fine/Marine )  3-D unsteady sebagai  metode untuk  menjustifikasi  pengaruh groove .  Simulasi  dilakukan  untuk  kondisi  gerakan  ban  pesawat  pada saat proses landing (V = 62,275 m/s) beberapa saat setelah touch down (setelah skidding ) dengan ban pesawat  dianggap rigid  body sebagai  kondisi  batas.  Selanjutnya  tinggi  genangan  air  dipilih  pada  saat runway dinyatakan dalam kondisi flood (tinggi genangan air = 2,54mm). Simulasi tersebut menampilkan hasil  perhitungan  ban  pesawat  Boeing  737-800,  dengan hydroplaning mulai  terjadi  ketika  kedalaman groove ban  berada  dibawah  0,4  inch.  Hal  ini  menunjukkan  bahwa  semakin  kecil  kedalaman groove , maka semakin kecil luas penampang groove dan semakin besar gaya kompresi yang terjadi pada bagian bawah  ban  dan  semakin  memperbesar  kemungkinan  terjadinya  fenomena hydroplaning .  Dengan diketahuinya hasil dari simulasi tersebut, maka hasil penelitian ini dapat digunakan sebagai masukan bagi  proses maintenance harian  pesawat  B737-800  dan  mampu  memberikan  suatu  hal  baru  dalam pembelajaran khususnya mengenai fenomena hydroplaning .
Kata kunci: B 737-800, kedalaman groove, hydroplaning,  CFD Numeca Fine/Marine, maintenance harian

## 1 PENDAHULUAN
Fenomena hydroplaning dapat terjadi  pada  saat  pesawat  udara melakukan take-off dan landing . Fenomena  ini  dapat  menyebabkan
terjadinya incident hingga accident . Boeing  merilis  data  penerbangan  serta incident maupun acciden t yang terjadi di seluruh  dunia  dan  penyebabnya  pada Gambar  1-1  s.d  1-4  sebagai  berikut:
Gambar 1-1: Jumlah  Kecelakaan  Fatal  Pesawat  Jet  Komersial  di  Seluruh  Dunia    (2006-2015). (Boeing, 2016)
Gambar 1-2: Data Presentase Kecelakaan Fatal Pesawat Jet Komersial di Seluruh Dunia (2006-2015). (Boeing, 2016)
Gambar 1-3: Hull loss accident Pesawat Jet komersial di seluruh Dunia (1959 – 2015). (Boeing, 2016)
Gambar 1-4: Jumlah Kecelakaan Fatal Pesawat Jet Komersial di Seluruh Dunia beserta penyebabnya (2006-2015). (Boeing, 2016)
Berdasarkan  data-data  tersebut, semenjak rentang tahun 2006 s.d 2015, kecelakaan  fatal  sering  terjadi  adalah pada saat pesawat berada dalam kondisi landin g  (23%).  Dari  presentase  tersebut, sebanyak  697  kasus  kecelakaan  pada saat landing disebabkan  oleh runway excursion yang  diantaranya  adalah disebabkan  karena Abnormal  Runway Contact (ARC) atau kasus hydroplaning .
Salah  satu  cara  untuk  mencegah terjadinya hydroplaning tersebut  adalah dengan  melakukan monitoring terhadap kedalaman groove pada  ban  pada  saat perawatan  pesawat  udara  dilakukan. Oleh karena itu, penurunan nilai kedalam groove dan akibatnya terhadap tergelincirnya  pesawat  pada  landasan akibat hydroplaning perlu  mendapat penjelasan ilmiah.
Dengan  dilakukannya  penilitian tentang  pengaruh  kedalaman groove terhadap potensi terjadinya hydroplaning pada ban pesawat ini, maka diharapkan akan  mampu  memberikan  kontribusi yang  signifikan  terhadap  perkembangan teknologi perawatan ( maintenance ) pesawat udara.

## 2 TINJAUAN PUSTAKA
Seiring  dengan  berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, pengetahuan  mengenai hydroplaning semakin  penting  dan  berguna  bagi kemanan serta kenyamanan pada proses operasi pesawat udara di darat.
Hydroplaning merupakan  sebuah fenomena  yang  terjadi  akibat  adanya kontak antara air dan ban pada landasan. Hydroplaning dapat  terjadi  pada  ban pesawat  udara  pada  saat  pesawat tersebut  berada  pada  landasan  yang basah atau tergenang air. Akibat adanya genangan air dan kecepatan putar serta translasi  ban  tersebut,  maka  air  akan tertekan  dan  dapat  membentuk  sebuah lapisan  air  diantara  ban  dan  landasan yang memberikan gaya  hidrodinamik  Fy (Gambar  2-1)  pada  ban  sehingga  dapat mengakibatkan  hilangnya traction pada ban tersebut.
Hilangnya traction ban  pesawat akibat  adanya  fenomena hydroplaning ini  akan  mengakibatkan  rem  pada  roda pesawat  tidak  berfungsi  dengan  baik sehingga  pesawat  dapat  tergelincir  dan kehilangan kendali. Gambar 2-1 menjelaskan  fenomena hydroplaning , dan  Gambar  2-2  menjelaskan  distribusi berat pesawat pada saat landing setelah touch  down yang  berpotensi  besar menghasilkan fenomena hydroplanning .
Gambar 2-1: Fenomena Hydroplaning (www. aviationshop.com.au, 2015)
Gambar 2-2: Distribusi Berat Pada Ban Pesawat
Pada Saat Landing (www. aviationshop. com.au, 2015) Akibat adanya
fenomena hydroplaning ini, maka mekanik pesawat terbang  perlu  memperhatikan  kondisi ban terutama keadaan groove- nya dalam melakukan inspection dan checking terutama  jika runway berada  dalam kondisi  terkontaminasi.  Pemeriksaan atau inspection / check ini  dapat  meliputi pre-flight  check ,  dan daily  check/ inspection.
Daily inspection merupakan kegiatan maintenance berupa  inspeksi yang  dilakukan  di  antara  penerbangan terakhir  dalam  satu  hari  dan  jadwal penerbangan  berikutnya. Daily  inspection
valid  dalam  jangka  waktu  72  jam (aviationshop.com, 2015), di  mana  tidak dibolehkan  adanya  kegiatan  penerbangan dan  tidak  ada  tindakan maintenance yang  sudah  dilakukan  selain servicing . Jika  melebihi  72  jam  di  antara  inspeksi dan  penerbangan  berikutnya,  inspeksi harus dilakukan kembali. Beberapa items yang diinspeksi dalam daily maintenance di antaranya: tail skid shock strut pop-up indicator , fluid  levels,  general  security, dan kebersihan dari flight deck, emergency equipment , dll.
Inspeksi  ini  dilakukan  untuk mengecek peralatan yang mengharuskan verifikasi  setiap  hari  untuk  memastikan alat  tersebut  berfungsi  dengan  baik (Gambar 2-3). Inspeksi ini juga dilakukan untuk  mencari  dan  mengatasi  masalah- masalah  kecil  dalam  upaya  pencegahan ( preventive maintenance ).
Ban  pesawat  udara  dirancang untuk  menahan  beban  yang  sangat  berat dalam  durasi  yang  pendek.  Jumlah  ban pesawat  udara  yang  dibutuhkan  akan berbanding  lurus  dengan  berat  dari pesawat  udara  tersebut  dikarenakan berat  pesawat  harus  didistribusikan dengan baik.
Gambar 2-3: Kegiatan Servicing pada  Roda  dan Ban Pesawat Udara Boeing.
(Boeing, 2008)
Ulir  ( groove )  pada  ban  pesawat udara  (Gambar  2-4)  dirancang  untuk memfasilitasi  kestabilan  dalam  kondisi crosswind dan permukaan landasan yang basah.  Ulir  tersebut  berfungsi  sebagai jalan  untuk  mengalirkan  air  keluar melewati  ban  sehingga  dapat  mencegah terjadinya hydroplaning , dan juga berfungsi sebagai  efek  pengereman.  Berdasarkan TSO  C62  a-e  (FAR,  CFR  14-TSO), dinyatakan  bahwa  kedalaman groove maksimum  untuk  setiap  ban  adalah sebesar 1/10 inch .
Gambar 2-4: Konstruksi pada Ban Pesawat Udara (Good Year, 2011)
Ban  pesawat  udara  biasanya dipompa dengan menggunakan nitrogen atau helium untuk meminimalisir ekspansi  dan  kontraksi  dari  perubahan temperatur  sekitar  dan  tekanan  yang ekstrem yang dialami selama penerbangan.  Nitrogen  kering  akan berekspansi  pada  kelajuan  yang  sama dengan  gas  atmosferik  kering  lainnya dan tidak menimbulkan uap. Sedangkan udara,  ketika  mengalami  kompresi dapat  mengandung  uap  air,  yang  akan mengakibatkan meningkatnya angka ekspansi terhadap temperatur.
Ban  pesawat  biasanya  beroperasi pada  tekanan  tinggi,  mencapai  200  psi (1400 kPa) untuk pesawat udara komersial biasa, dan bahkan lebih tinggi untuk tipe business jet . Pengujian pada ban pesawat udara  menunjukkan  bahwa  tekanan yang  dapat  ditopang  adalah  maksimum sebesar  800  psi  (5500  kPa)  sebelum meledak  (Ghim  Ping  Ong,  2008 ) .  Ban pesawat  juga  memiliki  sekring  panas, yang  dirancang  untuk  meleleh  pada temperatur  tertentu.  Sekring  tersebut bekerja  ketika  kegagalan  terjadi  pada temperatur  tinggi  yang  akan  mencegah ban meledak dengan cara mengempiskan ban namun dalam kondisi yang terkendali, sehingga dengan demikian dapat meminimalisir  kerusakan  pada  pesawat udara  dan  obyek  yang  berada  di sekitarnya.
Penelitian mengenai hydroplaning dimulai  oleh  Horne  dan  Dreher,  1963; serta Gallaway, 1979 memulai penelitian tentang groove pada  ban  sebagai  jalan bagi  keluarnya  air  ketika  terjadinya kontak  antara  ban  pesawat  udara  dan landasan,  sehingga  dapat  mengurangi resiko hydroplaning .  Penelitian  yang dilakukan ini menghasilkan kesimpulan bahwa  semakin  dalam groove ,  semakin kecil  jarak  antar groove dan  semakin lebar groove akan  memberikan  jalan keluar  air  yang  lebih  efektif  pada  ban sehingga mengurangi gaya hidrodinamik Fy (Gambar 2-1) pada ban dan mencegah terjadinya hydroplaning . Dengan adanya perubahan  pola groove ini  maka  akan
meningkatkan  syarat  tinggi  minimum genangan  air  agar  terjadi hydroplaning atau  dengan  kata  lain  akan  menaikkan batas kecepatan hydroplaning .
Pada  penelitiannya,  Gallaway et.al  berhasil  menunjukkan  hubungan antara  kecepatan hydroplaning dengan beberapa  paramater  ban  seperti spin down ,  tekanan  inflasi  ban,  kedalaman groove ,  kedalaman  tekstur  ban  rata- rata, dan kedalaman air secara empirik. Secara  matematik  hubungan  tersebut dapat  dituliskan  dalam  persamaan  2-1 sbb:
dengan
(2-1a)
(2-1b)
Pada persamaan 2-1,  selanjutnya merupakan    kecepatan hydroplaning (mph),  SD  adalah spin  down (%), t adalah ketebalan lapisan air ( inch ), MTD adalah kedalaman tekstur ban rata-rata ( inch ),  dan  TRD  adalah  kedalaman  alur ban (1/32 inch ).
Di sisi lain,
NASA juga mendefinisikan  karakteristik  kecepatan hydroplaning sebagai hasil dari serangkaian  uji  coba  pada  ban  pesawat udara yang dilakukan di pusat penelitian Langley (Horne,  1963), dan menemukan bahwa  tekanan  inflasi  ban  merupakan faktor  yang  paling  penting  dalam menentukan  proses hydroplaning .  Secara matematis  pengaruh  tersebut  daat dituliskan dalam persamaan 2-2 sbb:
(2-2)
Pada  persamaan  2-2,  V p adalah kecepatan hydroplaning ,  C Lh adalah gaya  angkat  hidrodinamik,  p  adalah tekanan  inflamasi  ban,  dan  adalah massa jenis fluida genangan.
Selanjutnya,  penelitian  mengenai hydroplaning dilakukan  oleh  Maycock, 1967  dan  Gengenbach,  1968  yang
melakukan penelitian secara eksperimen untuk
mempelajari pengaruh  dari  lebar,  kedalaman  dan jarak  antar groove  ban pada skid resistance . Hasil penelitiannya
menunjukkan  bahwa  lebar,  kedalaman dan  jarak  antar groove ban  memiliki pengaruh  yang  sangat  signifikan  pada wet skid  resistance .
Gilbert, 1973 melakukan penelitian secara eksperimen pada model skala  kecil  mengenai  kecepatan  putar dari  ban,  tetapi  data  yang  dihasilkan tidak dapat digunakan untuk
mempelajari hydroplaning pada  ban sesungguhnya.
Grogger dan Weiss, 1996 & 1997 melakukan penelitian dengan menggunakan simulasi numerik kombinasi  dari  dinamika  fluida  dan analisis
struktur pada fenomena hydroplaning untuk  ban  yang  tidak berputar  dan  memiliki  konfigurasi smooth dengan groove hanya  pada  arah longitudinal  saja.  Pemodelan  simulasi numerik  pada  ban  dilakukan  dengan mendefinisikan grid  fluida di  sekitar kontak area dari ban yang berdeformasi. Ong,  Fwa,  2008,  melakukan penelitian  pada  ban  yang  beroperasi  di jalan raya dengan menggunakan simulasi numerik  dinamika  fluida  metode  volum hingga  (CFD  ANSYS-FLUENT),  untuk menentukan  kecepatan hydroplaning untuk  ban  dengan  variasi  jarak  antar groove ,  kedalaman,  dan  lebar groove . Hasil penelitiannya menunjukkan bahwa
kecepatan
hydroplaning berbanding lurus dengan kedalaman dan lebar groove ,  serta  berbanding  terbalik dengan jarak antar groove .
Anupam,  Fwa,  Santosh,  2009 juga  melakukan  penelitian  pada  ban dengan menggunakan simulasi numerik dinamika  fluida  metode  elemen  hingga yang  sama  dengan  Ong,  Fwa,  untuk menentukan  kecepatan hydroplaning dan  melihat  pengaruh skid  resistance untuk  ban  dengan  variasi  jarak  antar groove ,  kedalaman,  dan  lebar groove . Pemodelan  fenomena  aliran  air  untuk
simulasi numeriknya dapat dilihat pada Gambar 2-5.
Hasil penelitiannya menunjukkan hasil yang sama dengan hasil penelitian Ong dan Fwa, 2008.
Gambar 2.5: Fenomena  fisik  aliran  air  untuk simulasi  numerik hydroplaning (Anupam, Fwa, Santosh, 2009)
R.  Pashindu,  2011,  melakukan penelitian dalam hal manajemen perawatan runway bandar udara dengan menerapkan pendekatan berbasis  mekanistik.  Pendekatan  ini digunakan untuk menganalisa dinamika distress dan untuk mengevaluasi bagaimana pengaruhnya terhadap kelakuan aspal serta interaksi antar ban dengan aspal sehingga diketahui bagaimana  mekanisme  perkembangan kegagalan  yang  berhubungan  dengan karakteristik distress ,  kelakuan  aspal, serta respon dari kendaraan. Pendekatan ini pada akhirnya digunakan sebagai alat untuk memperbaiki  kualitas  keputusan  pada penilaian  tingkat distress ,  hal  yang menjadi  prioritas,  dan  penilaian  tingkat resiko pada runway bandar udara.
Pada  pendekatan ini, digunakan simulasi numerik dengan metode elemen  hingga  untuk  menganalisa interaksi  antara  fluida,  ban,  dan  aspal, serta menyimulasikan fenomena hydroplaning beserta skid  resistance pada  runway  dengan  kondisi  tergenang air.  Analisa  yang  dilakukan  juga meliputi distress ,  kondisi  dari  aspal runway ,  serta  karakteristik  operasi
pesawat  udara  pada runway tersebut.
Hasil dari simulasi
ini dapat mengidentifikasikan bagaimana pengaruh dari skid resistance serta hydroplaning berpengaruh  terhadap  ban  pesawat udara.
Selanjutnya,  pada  penelitian  ini, akan  dilakukan  penelitian  mengenai hydroplaning seperti  yang  dilakukan oleh Ong dan Fwa, dengan obyek adalah ban  pesawat  udara  Boeing  737-800, serta  menggunakan  perangkat  lunak CFD Numeca Fine Marine .
2.3 Computational  Fluid  Dynamics untuk Simulasi Hydroplaning
2.3.1 Persamaan  umum  dan  model turbulen Solver Computational Fluid Dynamics (CFD)  yang  digunakan  untuk menyimulasikan  proses hydroplaning pada penelitian ini dikenal dengan nama ISIS-CFD  yang  merupakan  bagian  dari perangkat  lunak Numeca  Fine/Marine . Solver ini  menggunakan  persamaan Incompressible
Unsteady
Reynolds Average  Navier-Stokes (RANSE). Solver ini  menggunakan  metode  volum  hingga sebagai metode spatial discretization untuk menyelesaikan persamaan RANSE tersebut. Metode face-based berlaku secara  general  untuk unstructure  mesh 2-D  simetris-rotasional  dan  3-D  untuk volum  atur non  overlapping yang  diikat oleh permukaan konstitutif . Pada solver ini, medan kecepatan aliran  diperoleh  dengan  menyelesaikan persamaan kekekalan massa dan distribusi tekanan pada aliran diperoleh dengan menyelesaikan persamaan kekekalan  momentum. Pada  kasus  di mana  aliran  adalah  turbulen,  terdapat tambahan  persamaan  model  turbulen pada  persamaan  transport.  Persamaan tambahan  tersebut  mengalami  proses discretization dengan menggunakan prinsip yang tetap sama dan diselesaikan dengan  cara  yang  sama  dengan penyelesaian  persamaan  momentum. Selanjutnya,  aliran incompressible dan aliran  fasa non miscible dimodelkan  di
setiap persamaan kekekalan pada setiap fraksi volum  dari fasa.
Persamaan kekekalan yang digunakan  pada  solver  ini  (kekekalan massa,  momentum,  dan  fraksi  volum), berlaku untuk kondisi aliran kontinum, multi  fasa, incompressible ,  viskos, isothermal ,  dan  dapat  ditulis  melalui persamaan berikut ini:
(2-2a) (2-2b) (2- 2c)
Dengan V menyatakan volum dari volum  atur  yang  ditinjau,  dan  S menyatakan  permukaan  tertutup  dari volum  atur  dengan  bidang  permukaan yang  tegak  lurus  dengan  vektor  satuan 𝑛̂ yang  berarah  keluar  permukaan. Kemudian,  permukaan  volum  atur tersebut  bergerak  dengan  kecepatan 𝑈 ⃗⃗ 𝑑 pada  arah  kecepatan  searah  dengan vektor  satuan 𝑛̂ yang  berarah  keluar permukaan.
Selanjutnya, 𝑈 ⃗⃗ dan p merupakan medan kecepatan aliran dan tekanan. 𝜏 𝑖𝑗 dan 𝑔 𝑖 merupakan tensor tegangan viskos  dan  vektor  gravitasi  dan 𝐼 𝑗 , 𝐼 𝑖 merupakan  vektor  identitas  di  mana berharga  satu  satuan. 𝑐 𝑖 merupakan fraksi volume dari volum atur ke-i fluida di mana digunakan untuk membedakan keberadaan  fluida  tunggal  di  dalam volum atur ke-i. Untuk 𝑐 𝑖 = 1 menyatakan  hanya  terdapat  satu  fluida pada  volum  atur  ke-i  dan  untuk 𝑐 𝑖 = 0 menyatakan  tidak  terdapat  fluida  yang didefinisikan untuk harga 𝑐 𝑖 = 1 sebelumnya pada volum atur ke-i. Harga fraksi  volum  di  antara  0  dan  1 menyatakan  campuran  dari  dua  fluida dan 𝑐 𝑖 = 1/2 menyatakan  perbatasan
dari  dua  fluida  yang  memiliki  fraksi massa yang sama.
Untuk  memperoleh  hubungan antara massa jenis dan viskositas dapat diperoleh  melalui  hubungan  konstitutif di  setiap  fasa  dengan  menggunakan persamaan berikut ini :
(2-3)
Selanjutnya,  apabila  simulasi numerik  melibatkan  pergerakan  grid, maka  persamaan  hukum  kekekalan ruang  harus  ditambahkan.  Persamaan hukum  kekekalan  ruang  dapat  dilihat pada persamaan berikut:
(2-4)
Pada  simulasi  numerik  penelitian ini  digunakan  model  turbulen (𝑘 − 𝜔) SST.  Pada  model  turbulen  ini  viskositas eddy  didefinisikan  sebagai  fungsi  dari energi  kinetik  turbulen K dan  dapat ditulis  dalam  bentuk  persamaan  berikut ini
(2-5)
Dengan 𝑎 1 = 0.31 .  Pada  lapisan  batas turbulen, harga maksimum dari viskositas eddy dibatasi dengan membatasi tegangan geser  turbulen  pada  harga  yang  sama dengan  energi  kinetik  turbulen  dikalikan dengan  koefisien 𝑎 1 .  Hal  ini  dapat terpenuhi  dengan  menggunakan  sebuah fungsi  tambahan  F2  dan  menggunakan harga  vortisitas  absolut,    Ω . Fungsi  F2 tersebut  didefinisikan  sebagai  fungsi dari  jarak  dari  permukaan  benda  pada persamaan berikut:
(2-6) Secara umum, persamaan transport untuk model turbulen ini dapat dituliskan pada persamaan sbb:
(2-7a) (2-7b)
Dengan
(2-8)
Selanjutnya,  fungsi  koefisien blending F1  ditambahkan  sebagai  fungsi  untuk mencampur koefisien K – ω pada daerah lapisan  batas  dengan  koefisien  K  −  ε pada daerah shear layer dan dan daerah free-stream .
Fungsi  F1  tersebut  dapat  ditulis  dalam bentuk persamaan sbb:
(2-9a)
Dengan (2-9b)
Merupakan cross-diffusion dari model K – ω.  Konstanta-konstanta  pada  model  ini adalah 𝑎 1 = 0.31 , 𝛽 ∗ = 0.09 ,  dan 𝜅 = 0.41 . Selanjutnya,  koefisien-koefisien  model turbulen  dinyatakan  dalam  fungsi 𝜙(𝛽, 𝛾, 𝜎 𝑘 , 𝜎 𝜔 ) yang  diperoleh  dengan melakukan blending koefisien 𝜙 1 dari model  K  –  ω,  dengan  koefisien 𝜙 2 dari model K – ε melalui persamaan berikut:
(2-10)
Sehingga  diperoleh  koefisien  –  koefisien sbb:

## (2-11b)

## 2.3.2 Metode Numerik
Persamaan–persamaan  di  atas selanjutnya  diselesaikan  dengan  meng- gunakan metode numerik dengan metode discretization domain  fisik  volume hingga  ( finite  volume  method ) upwind scheme ,  ALVSMART,  dan  multifasa BRICS  serta  penerapan  kondisi  batas tertentu  untuk  kasus  dua  fasa  dengan menggunakan  perangkat  lunak Numeca Fine/Marine ( Numeca  User  Manual , 2015).

## 3 METODOLOGI
Seperti  yang  dijelaskan  pada bagian sebelumnya, penelitian mengenai hydroplaning pada  ban  B737-800  ini dilakukan  melalui  simulasi  numerik  3 dimensi unsteady dengan menggunakan perangkat  lunak Numeca  Fine/Marine untuk memperlihatkan pengaruh kecepatan  putaran,  kedalaman groove ban,  dan  kecepatan  translasi  roda pesawat  serta  genangan  air  terhadap fenomena hydroplaning .
Input parameter  yang  diperlukan untuk  melakukan  analisis  tersebut adalah:  ketebalan  lapisan  air  yang didefinisikan sebagai kedalaman genangan  air  di  landasan, property air, property permukaan  landasan,  dan property ban  ( groove,  thread ,  lebar  ban, dll).  Ban  pesawat  akan  diputar  pada kecepatan  tertentu  di  atas  lapisan  air, sehingga  akan  didapatkan groove yang paling optimal untuk mencegah terjadinya hydroplaning . Groove yang diteliti adalah groove longitudinal,  dengan  3  variasi kedalaman. Selanjutnya, parameter kondisi batas yang ditetapkan pada saat simulasi  CFD  adalah  ban  dinyatakan sebagai rigid  body .  Berikut  Gambar  3-1 merupakan  diagram  alir  dari  penelitian ini:

## Gambar 3-1: Diagram alir
Dari diagram alir pada Gambar 3-1 dapat  dilihat  bahwa  studi  literatur dilakukan untuk menentukan parameter- parameter  penelitian  seperti  berat pesawat  maksimum  pada  saat landing , kecepatan touch  down pesawat,  jumlah ban yang  mengenai  landasan pada  saat touch  down ,  jenis  dan  dimensi  ban akibat  adanya  pengaruh  dari  berat pesawat  pada  saat  setelah skidding , kecepatan  putar  dan  momen  inersia roda  pesawat,  serta  tinggi  genangan  air pada landasan.
Data  berat  pesawat  maksimum pada  saat landing dan  kecepatan touch down pesawat  dapat  diperoleh  dari Airport  Reference  Code  and  Approach Speeds for Boeing Airplanes . Berdasarkan code tersebut,  dapat  dinyatakan  bahwa berat  pesawat  maksimum  pada  saat landing adalah  650337,8  N,  dan  beban tersebut  diterima  oleh  keempat landing gear  utama  sehingga  masing-masing ban pada landing gear utama menerima beban sebesar 162584,45 N.
Selanjutnya,  kecepatan approach yang  tertera  pada  code  tersebut  adalah sebesar 142 knot, sedangkan kecepatan yang  akan  dianalisa  adalah  kecepatan pesawat sesaat setelah touch down atau kecepatan touch  down .  Berdasarkan regulasi Airworthiness ,  kecepatan touch down adalah 𝑉𝑇𝐷 =  1.15 𝑉𝑀𝑆 ,  dan kecepatan approach adalah 𝑉𝐴 = 1.15 𝑉 . Dari  regulasi  tersebut  maka  dapat diperoleh kecepatan touch down adalah sebesar  121,052  knot  atau  sebesar 62,275 m/s.
Gambar 3-2: Fasa  Proses Landing Pada  Pesawat Udara
Berdasarkan  kode yang  dijelaskan sebelumnya,  jumlah  ban  utama  adalah 4  buah  dengan  jenis  dan  dimensi  yang dinyatakan dengan kode H44,5 x 16,5 – 21,28 PR. Pada kode ban  ini,  huruf  “H” menyatakan  bahwa  ban  dirancang untuk  presentase  defleksi  yang  lebih tinggi.
Selanjutnya
angka “44,5” menyatakan  diameter  ban  dalam inch , angka  “16,5”  menyatakan  lebar  ban dalam inch ,  dan  tanda  “-“  menyatakan ban  merupakan  tipe bias  ply yang  jika digantikan dengan
huruf “R”
mengidentifikasikan  bahwa  ban  adalah tipe  radial.  Kemudian,  angka  “21” menyatakan  diameter rim dalam inch , dan  yang  terakhir  angka  dan  huruf “28R” menyatakan rating dari ply ban.
Selanjutnya,  momen  inersia  ban dihitung  dengan  menganggap  ban adalah rigid dan uniform dengan  massa ban  adalah  massa  yang  diterima  ban akibat  adanya  pembebanan  dari  massa pesawat setelah touch down dan skidding , dan  dari  data  dimensi  ban,  maka diperoleh  momen  inersia  ban  adalah 13,69  kg.m 2 .  Kecepatan  putar  ban
diperoleh  dengan  membagi  kecepatan touch down dengan jari-jari putar ban. Jari-jari  putar  ban  ditentukan dengan  terlebih  dahulu  menghitung defleksi  ban  ( 𝛿 )  akibat  adanya  beban berat pesawat pada masing-masing ban. Gambar 3-3 menunjukkan geometri ban secara menyeluruh pada kondisi setelah touch down dengan landasan.
Gambar 3-3: Geometri  ban  secara  menyeluruh pada  kondisi  setelah touch  down dengan landasan
Defleksi  ban  ( 𝛿 )  diperoleh  dengan memodelkan  defleksi  vs  beban  secara linier yang secara matematik dapat ditulis sebagai 𝑘𝑡 = 𝐹𝑅 / 𝛿 , dengan 𝑘𝑡 = 1,7 × 10 meter/Newton  [Lindsley  &  Talekar, 2000],  sehingga  diperoleh  defleksi  ban adalah sebesar 95,72 mm. Jari-jari putar ban ditentukan dengan menentukan jari- jari  putar  efektif  yang  didefinisikan (Daugherty,  2003)  dan  telah  dibuktikan (Milwitzky, Lindquist & Potter, 1955) sbb:
(3-1)
Dari  persamaan  tersebut  diperoleh 𝑟 = 0,533 m, sehingga kecepatan putar ban adalah 𝜔 = 116,84 rad/s.
Kasus hydroplaning terjadi  pada landasan  dengan  kondisi wet yaitu ketinggian  air  adalah    1/10 inch (2.54 mm).
Asumsi-asumsi yang digunakan adalah:
 Proses  analisis  terhadap  fenomena hydroplaning terjadi pada saat pesawat
setelah melalui proses skidding
(sebelum proses rolling ) di mana beban pesawat  seluruhnya  tertumpu  pada seluruh landing  gear utama  (gaya angkat Lift = 0 N),
 Pada  prosesnya  seluruh  gaya  berat pesawat  terdistribusi  merata  pada semua  ban  pada landing  gear utama dan  belum  terjadi  proses  pengereman pada roda pesawat.
Simulasi numerik dilakukan dengan  membuat grid/mesh terlebih dahulu  seperti  yang  terlihat  pada Gambar 3-4.
Gambar 3-4: Grid/Mesh Pada Ban B737-800
Selanjutnya,  adapun  parameter- parameter  simulasi  numerik  dapat dijelaskan sbb: Simulasi numerik dilakukan  untuk  kondisi unsteady , Model yang digunakan adalah multi fluid yaitu  air  dan  udara  di  mana  terdapat free surface antara air dan udara, Model aliran udara dan air adalah aliran turbulen k  –  ω  (SST-Menter),  Kondisi  batas  yang digunakan  untuk runway dan  ban adalah wall-function dan untuk far–field-
nya adalah kecepatan touch-down pesawat terbang.
Pada simulasi numerik ini gerakan ban  didefinisikan  berputar  dan  proses translasi  vertikalnya  dihitung  langsung melalui perhitungan numeriknya,
Numerical scheme yang digunakan adalah: untuk skema proses discretization aliran turbulen  dan momentumnya  digunakan alvsmart,  dan  untuk multi-fluid- nya digunakan BRICS, Control variable yang digunakan adalah maksimum non linier iterasinya adalah 50, kriteria konvergensi adalah  2,  jumlah time  step adalah  40, dan besarnya adalah 9,075x10 -5 s. 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1  Perhitungan Kecepatan Hydroplaning Metode Empirik Berdasarkan  pendekatan  dengan pers  2.1  yang  dilakukan  oleh  Gallaway et.al,
1979, prediksi kecepatan hydroplaning diperlihatkan  pada  Tabel
4-1.
Pada  Tabel  4.1,  ditunjukkan variasi  kecepatan hydroplaning akibat variasi  kedalaman groove ban.  Semakin dalam groove ban,  semakin  besar kecepatan hydroplaning yang  terjadi. Artinya,  semakin  dalam groove maka fenomena hydroplaning semakin tertunda.  Selanjutnya,  NASA juga melakukan uji eksperimen untuk menentukan  kecepatan hydroplaning , dengan  hanya  memperhatikan  kondisi tekanan  inflasi  ban.  Pada  kasus  ini, maka  kecepatan hydroplaning yang diperoleh berdasarkan perhitungan NASA  (pers. 2-2)  adalah  sebesar  128.86 knot atau sama dengan 66.291 m/s.
Tabel 4-1: KECEPATAN HYDROPLANING PADA VARIASI KEDALAMAN GROOVE BAN B737-800 Tire TD (inch) TD (/32 Inch) SD Pt (psi) Tw (mm) Tw (inch) V (mph) V (knot) V (m/s) V (km/h) 1 0,28 8,96/32 1,0 205,00 2,50 0,10 77,52 67,37 34,66 124,76 2 0,35 11,2/32 1,0 205,00 2,50 0,10 77,77 67,58 34,77 125,16 3 0,40 12,8/32 1,0 205,00 2,50 0,10 77,94 67,73 34,84 125,44 4 0,45 14,4/32 1,0 205,00 2,50 0,10 78,11 67,87 34,92 125,70 5 0,52 16,64 1,0 205,00 2,50 0,10 78,33 68,06 35,02 126,06
4.2  Validasi Simulasi Numerik
Validasi
simulasi numerik merupakan langkah awal yang dilakukan untuk  memvalidasi  proses  simulasi numerik  yang  mencakup  ketepatan penggunaan grid , pemodelan aliran, dan kondisi-kondisi  batas  yang  digunakan dengan  hasil  eksperimen.  Pada  kasus ini,  validasi  dilakukan  pada  konfigurasi orisinal  ban  pesawat  737-800,  yaitu pada groove dengan kedalaman 0,4 inch dengan  kecepatan  operasi landing pesawat  kasus  ini  dan  kecepatan  hasil eksperimen NASA.
Hasil validasi ini digunakan sebagai pembenaran  pemodelan  aliran  yang dapat  dijadikan  acuan  untuk  proses simulasi  ban  dengan  variasi  kedalaman thread yang  lainnya.  Hasil  validasi numerik  tersebut  dapat  dilihat  pada Tabel 4-2.
Dari Tabel 4-2, dapat dilihat bahwa pada  kecepatan  operasi landing  real pesawat,  pesawat  belum  mengalami hydroplaning . Sedangkan apabila pesawat melakukan landing dengan  kecepatan hydroplaning V  (km/h)  yang  ditentukan
oleh NASA, maka pesawat telah mengalami hydroplaning .  Dari  data-data  validasi ini,  maka  dapat  disimpulkan  bahwa, data  mengenai  kecepatan hydroplaning yang  dilakukan  oleh  NASA  menghasilkan hasil  yang  akurat  dibandingkan  hasil pengukuran oleh Gallaway et.al,1979.
Selanjutnya  kemudian,  dapat disimpulkan  juga  bahwa  pemodelan aliran/simulasi numerik valid dan dapat digunakan untuk konfigurasi ban dengan variasi kedalaman groove yang lainnya.

## 4.3  Hasil Simulasi Numerik
Hasil  simulasi  Numerik  variasi kedalaman groove pada  ban  pesawat boeing 737-800 dapat dilihat pada Tabel 4-3.
Dari  data  pada  Tabel  4.3,  dapat dilihat  bahwa  pada  kondisi  kecepatan touch  down ,  ban  sudah  mengalami hydroplaning pada groove maksimum 0.35 inch ,  sedangkan kedalaman groove di  atas 0.35 inch ban belum mengalami hydroplaning .
Tabel 4-2: VALIDASI  SIMULASI  NUMERIK  KECEPATAN HYDROPLANING BAN  B737-800  DENGAN KEDALAMAN GROOVE 0.4 INCH Tire TD (Inch) TD (/32 Inch) Kecepatan (m/s) Time Step (s) Gaya Vertikal (N) Keterangan 1 0,400000 8,96/32 62,275 0,003630 -462829,0 Belum Hydroplaning 2 0,400000 11,2/32 66,291 0,002940 1404960,0 Hydroplaning
Tabel 4-3: HASIL SIMULASI NUMERIK VARIASI KEDALAMAN GROOVE PADA BAN PESAWAT BOEING
737-800
Tire TD (Inch) TD (/32 Inch) Time Step (s) Gaya Vertikal (N) Keterangan 1 0,28 8,96/32 0,003176 1768000,0 Hydroplaning 2 0,35 11,2/32 0,032670 1567000,0 Hydroplaning 3 0,4 12,8/32 0,003630 -462829,0 Belum Hydroplaning 4 0,45 14,4/32 0,000182 -3857792,0 Belum Hydroplaning
Selanjutnya,  dari  data  gaya vertikal  pada  Tabel  4-2  dapat  dilihat bahwa groove dengan kedalaman terkecil  telah  mengalami  fenomena hydroplaning sedangkan groove dengan kedalaman  terbesar  tidak  mengalami fenomena hydroplaning .  Selanjutnya, data time  step dari  simulasi  numerik menunjukkan  bahwa groove dengan kedalaman terkecil paling cepat mengalami fenomena hydroplaning , sedangkan pada groove dengan kedalaman 0,4 dan 0,45 inch ,  data time  step menyatakan bahwa  pada time  step 0,00363  dan
0,000182,  gaya  vertikal  pada  kedua kedalaman  tersebut  sudah  berfluktuasi kecil  di  harga  negatif,  sehingga  dapat dianggap  untuk time  step seterusnya harga  gaya  vertikal  akan  terus  negatif dan  dapat  dikatakan  bahwa  ban pesawat belum mengalami hydroplaning . Selanjutnya, Fenomena fisik hydroplaning pada kasus ini dapat dijelaskan dengan menggunakan Gambar 4-1 s.d 4-5.
a. Mass Fraction
Fraksi  massa  pada  Gambar  4-1  s.d  4-3 menunjukkan  fraksi  massa  air  dan udara.  Pada groove dengan  kedalaman 0,28 inch (Gambar  4-1)  dapat  dilihat bahwa  terjadi  percikan  massa  air  di depan  ban  dibandingkan  dengan  kedua kedalaman groove yang  lainnya  dan tidak  mengalami  percikan  air  di  depan ban  tersebut.  Selanjutnya,  dapat  dilihat jumlah massa air yang mengalir melalui groove ban.  Dari  Gambar  4-1  s.d  4-3 dapat dilihat bahwa jumlah massa yang mengalir  pada  ban  dengan groove terkecil memiliki  jumlah  massa  terkecil, dan ban dengan groove tertinggi memiliki memiliki jumlah massa terbesar.
b. Distribusi Tekanan Pada Ban Distribusi  tekanan  pada  ban
seperti  yang  terlihat  pada  Gambar  4-4 s.d  4-5  menentukan  apakah  ban mendapatkan
tekanan
yang mengakibatkan  terjadinya hydroplaning .
Distribusi  tekanan  ini  berkaitan  erat
dengan fraksi massa yang melewati ban yang dijelaskan pada poin a di atas.
Gambar 4-1: Mass  fraction kedalaman groove 0,28 inch
Gambar 4-2: Mass  fraction kedalaman groove 0,35 inch
Gambar 4-3: Mass  fraction kedalaman groove 0,45 inch
Dari data distribusi tekanan pada Gambar 4-4 dan 4-5 untuk kasus groove 0,28 inch dan  0,4 inch ,  terlihat  bahwa tekanan  kompresi  puncak  terjadi  pada jarak sekitar 0,2 - 0,3 m pada permukaan groove terdalam (y = 0,00625m) dan 0,5 m pada permukaan groove dengan permukaan groove terluar (y = 0,01325 m).
Jika kedua data tersebut dibandingkan,  maka  dapat  dilihat bahwa  pada  bagian  depan  bawah  ban, terjadi  kompresi  yang  jauh  lebih  besar pada  ban  dengan groove 0,28 inch dibandingkan  dengan groove 0,4 inch . Hal  ini  terjadi  diakibatkan  luas  daerah kanal dari ban dengan groove 0,28 inch lebih kecil sehingga dibutuhkan tekanan kompresi dengan harga yang lebih tinggi untuk memasuki groove ban.
Gambar 4-4: Mass  fraction  kedalaman groove 0,4 inch
Gambar 4-5: Mass  fraction kedalaman groove 0,28 inch
Akibat adanya kebutuhan tekanan yang  lebih  tinggi  ini,  maka  kemudian
timbul  gaya  aksi  reaksi  ban  dengan  air yang mengakibatkan air akan terdorong kearah  depan  ban  (berlawanan  dengan arah  pergerakan  ban)  dan  timbulan fenomena  percikan  air  ( splashing )  pada bagian bawah ban.
Selanjutnya, karena luas penampang kanal groove 0,28 inch yang lebih kecil, maka jumlah air yang masuk kedalam groove akan  lebih  kecil  dan membutuhkan tekanan yang tinggi pula untuk  dapat  keluar  dari groove ban bagian  bawah  belakang.  Hal  ini  yang mengakibatkan tekanan kompresi kembali  membesar  dan  akibat  adanya tekanan kompresi ini, maka ban dengan beban saat landing sebesar 162584,45 N, dapat  terangkat  atau  dengan  kata  lain, pesawat terbang telah mengalami fenomena hydroplaning .

## 5 KESIMPULAN
Kesimpulan Penelitian ini adalah :
Metode  empirik  yang  akurat dalam memprediksi hydroplaning adalah metode  empirik  yang  dilakukan  oleh NASA. Semakin kecil kedalaman groove , maka  semakin  kecil  luas  penampang groove dan semakin besar gaya kompresi yang terjadi pada bagian bawah ban dan semakin  memperbesar  kemungkinan terjadinya  fenomena hydroplaning .  Pada ban  pesawat  Boeing  737-800  ini, hydroplaning mulai terjadi ketika kedalaman groove ban  berada di  bawah 0,4 inch .
Berdasarkan  TSO  C62-a  s.d  e yang  menyatakan  bahwa  kedalaman groove yang  bisa  digunakan  maksimum pada  ban  adalah  0,1 inch ,  dan sedangkan  dari  hasil  penelitian  bahwa ban  sudah  mengalami hydroplaning pada kedalaman 0,35 inch , maka proses kendali  inspeksi  pada  proses daily maintenance harus  dilakukan  lebih cermat  dan  intensif  mengenai  kondisi kedalaman groove ban  pada  setiap  siklus penerbangan  dan  segera  mengambil tindakan  apabila ditemukan penurunan kedalaman groove ban  di  bawah  0.35 inch .

## DAFTAR RUJUKAN
Boeing,  2016. Statistical  Summary  of  Commercial Jet  Airplane  Accidents  Worldwide Operations 1959–2015 , July.
Federal Aviation Regulation (FAR), CFR 14 TSO c62 a-e.
Federal Aviation Regulation (FAR), Part 91, sec 91.409-Inspection.
Federal Aviation Regulation CFR 14, AC-25-13, 1988. FAA.
Gallaway,  B.  M.,  D.  L.,  Ivey,  G.  G.,  Hayes,  W. G.,  Ledbetter,  R.  M.,  Olson,  D.  L., Woods  and  R.  E.,  Schiller,  1979.
Pavement and Geometric Design Criteria for  Minimizing  Hydroplaning .  Federal Highway  Administration  Report  No. FHWA-RD-79-31, Texas Transportation Institute,  Texas  A&M  University,  USA.
Texas A&M University, USA.
Gengenbach, W., 1968. Experimental Investigation of Tires on a wet Roadway ATZ , Vol. 70, No.9.
Ghim Ping Ong, T. F., Fwa, 2008. Hydroplaning
Risk Management for Grooved Pavements . Singapore:  7th  International  Conference on Managing Pavement Assets.
Gilbert, A. Wray and Robert Ehrlich, I., 1973. A Systematic  Experimental  Analysis  of Significant parameters Affecting Model Tire
Hydroplaning .  Davidson  Laboratory, Stevens Institute of Technology,
Submitted  to  NASA,  Report  No.-  SIT- DL-72-1602, Contract No.NAS 1-9349.
Good  Year,  Aircraft  Tire  Data  Book,  The  Good Year Tire Co, Akron, Ohio, 2010. Grogger, H. and Weiss, M., 1996. Calculation of the  Three-Dimensional  Free  Surface Flow  around  an  Automobile  Tire ,  Tire Science  and  Technology  Vol.24,  No.1,
39.
Grogger, H. and Weiss, M., 1997. Calculation of Hydroplaning  of  a  Deformable  Smooth Shaped  and  Longitudinally-Grooved  Tire , Tire  Science  and  Technology  Vol.25, No.4, 265.
Horne, W.B and R.C Dreher, 1963. Phenomena of  Pneumatic  Tire  Hydroplaning ,    NASA TN D-2056.
Kumar Anupam, 2012. Numerical Simulation of Vehicle Hydroplaning and Skid Resistance on  Grooved  Pavement .  Singapore: NATIONAL UNIVERSITY OF SINGAPORE.
Kumar,  Santosh  S.,  Kumar  Anupam,  Tien  F.,
FWA,  2009. Analyzing  Effect  of  Tire Groove  Pattern  on  Hydroplaning  Speed . Singapore: Journal of the Eastern Asia Society  for  Transportation  Studies, Vol.8.