LAGG
Konsep Dasar Perancangan External Balance 6 Komponen untuk Terowongan Angin IIUM
Oleh: Fariduzzaman
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komp mponenunt ukTe r owo wonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
Tahun 2011
Version:
03.08.2016 04:26:2
Publication in total or in part and/or reproduction in whatever way of the contents of this report is not
Published by
Unit Pelaksana Teknis
LAGG !a"oratorium #ero$%as dinami&a dan %etaran 2 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komp mponenunt ukTe r owo wonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
Tahun 2011
Version:
03.08.2016 04:26:2
Publication in total or in part and/or reproduction in whatever way of the contents of this report is not
Published by
Unit Pelaksana Teknis
LAGG !a"oratorium #ero$%as dinami&a dan %etaran 2 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komp mponenunt ukTe r owo wonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
) Aero-Gas Aero-Gas dynamics and Vibrati Vibration on Laboratory* Laboratory* Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi (BPPT) +a,asan -/--T+ /eron Taneran Taneran 5 1'314 anten N7ON/# tel e$mail home$ae
: 062 021 '60(02 a9 : 062 021 '60(01 : laidola.net.id : htt: ;;,,,.la.or. ;;,,,.la.or.id; id;
ABSTRACT Untuk Untuk keperlu keperluan an rujuka rujukan n dalam dalam desain desain externa externall balanc balancee IIUM IIUM (Intern (Internatr atrion ional al Islamic University of Malaysia serta seba!ai dokumen arsip pen!emban!an external external balance balance selanjutnya selanjutnya"" maka penulis tela# menyusun dokumen $ec#nica $ec#nical l %otes berikut& 'xternal alance ini tela# selesai di desain" kalibrasi dan dipasan! di tero)on!an tero)on!an an!in IIUM pada tan!!al *+ Maret *,&
3 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komp mponenunt ukTe r owo wonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
DAFTAR ISI ABSTRA ABS TRACT CT
3
1.
PEND PENDAH AHUL ULUA UAN N
5
2.
DASAR DASAR TEORI TEORI DAN KONSEP KONSEP PERANCA PERANCANGAN NGAN
10
2.1 PROSES PENGUKURAN 2.2 PROSES KALIBRASI 2.3 ESTIMASI KAPASITAS LOAD-CELL
12 16 17
SISTEM SISTEM PENGOLAHA PENGOLAHAN N DAT DATA (SPD) (SPD)
23
3.1 IDENTIFIKASI DATA 3.2 KOEFFISIEN AERODINAMIKA 3.3 KOEFFISIEN GA!A"MOMEN AERODINAMIKA 3. ALGO GOR RITMA ITMA SOFT OFT#ARE PEN PENGO GOL LAHAN HAN DA DATA PEN PENGUKU GUKUR RAN
23 2 26 2$
.
SIST SISTEM EM MEKA MEKANI NIK K
2%
5.
SIST SISTEM EM EL ELEK EKTR TRON ONIK IK
33
6.
KALI KALIBR BRA ASI
37
6.1 TEORI DASAR 6.2 PERANGKAT KALIBRASI 6.3 PROSEDURE KALIBRASI
37 3% 1
3.
DAFTAR DAF TAR PUSTAKA PU STAKA
7
LAMPIRANLAMP IRAN-A& A& DEFINISI DEFI NISI
$
LAMPIRAN-B& #OBBLING EFFECT
%
4 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komp mponenunt ukTe r owo wonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
1. PEND PENDAH AHUL ULUA UAN N Pada ada sistem sistem penguk pengukura uran n gaya gaya/m /mome omen n aerodi aerodina namik mika a model model terowongan angin, dikenal tiga sumbu koordinat: • Gaya Gaya/m /mom omen en aero aerodi dina nami mika ka yang yang timb timbul ul di mode modell pada pada pert pertam ama a kali kali diuk diukur ur oleh oleh load load-c -cel elll yang yang terp terpas asan ang g di plat platfo form rm Timb Timban anga gan n Luar Luar (TL (TL,, sehi sehing ngga ga pusa pusatt sumb sumbu u koordi koordina natt akan akan ada ada di platfo platform rm timban timbangan gan!! "alam "alam hal ini adalah titik pertemuan #ector-#ector gaya a$ial yang beker%a di load-cell! load-cell! Pusat sumbu koordinat koordinat di platform platform ini disebut disebut Tititk Pusat Timbangan &wal ('esol#ing Point! • umb umbu u Timb Timban anga gan n atau atau dise disebu butt pula pula umb umbu u )esta estabi bila lan n (tability &$is dapat ditentukan berimpit dengan titik pusat platform, atau pada titik #irtual yang dide*nisikan pada saat kalibrasi! • elan%utn elan%utnya, ya, data yang dikehenda dikehendaki ki dari hasil eksperim eksperimen en adalah data gaya/momen di model, karena itu gaya/momen di titik itik pusa usat TL haru arus ditr itransf nsform ormasik asikan an ke umb umbu )oordinat +odel, sumbu ini disebut pula dengan Body dengan Body Axis. • )aren arena a terow erowo onga ngan angin ngin memi memili liki ki dind inding ing-din -dindi din ng pembatas di seksi u%i, maka data pengukuran gaya di model harus di koreksi terhadap efek dinding (wall interference! )oreksi tersebut merupakan fungsi gaya/momen pada sumbu aliran aliran angin, angin, dengan dengan demik demikian ian sumbu sumbu berik berikutn utnya ya adalah adalah sumbu angin atau Wind Axis! Axis! Timba Timbanga ngan n Luar Luar (TL (TL kompon komponen, en, adala adalah h timban timbangan gan yang yang dipasa dipasang ng dilua diluarr model model untuk untuk menguk mengukur ur enam enam kompon komponen en gaya gaya yang dirasakan oleh timbangan! Per%an%ian Per%an%ian gaya/momen gaya/momen arah positif untuk model pesawat agak berbeda antara ropa dan .&! Perbedaan Perbedaan ini di tun%ukkan tun%ukkan di Gambar ! dan !0, serta Tabel Tabel ! berikut! Tabel 1.1 Komponen Gaya dan Momen Arah Positif
Kompon en
Nama
Sum bu TL
Eropa
Amerika (USA)
)
Gaya 1ormal Platform (1ormal Gaya &$ial Platform (&$ial +omen &ngguk
2
)e bawah
)e atas
3
&rah terbang
&rah angin
+ y
Putar ke atas
Putar ke atas
)0
)4
' dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
)5
)7
)
(Pitch Gaya amping (ide +omen Geleng (6aw +omen Guling ('oll
Fariduzzaman
6
)e starboard
)e starboard
+8
Putar ke starboard
Putar ke starboard
+$
Guling ke starboard
Guling ke starboard
6 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
Gambar 1.1 Definisi Gaya/Momen Positif standar USA
Gambar 1.2 Definisi Gaya/Momen Positif standar Eropa
)on#ensi .& tidak konsisten dengan kaidah tangan kanan (khususnya 1ormal 9orce dan kon#ensi ropa konsisten dengan kaidah tangan kanan! "e*nisi sistem ropa di atur dalam standar "1-1;4<< atau = 7! Perbedaan antara sistem ropa dan .& hanya ter%adi pada sistem sumbu koordinat model, namun untuk sistem sumbu koordinat TL adalah sama untuk .& maupun ropa! dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
.ntuk TL .+ ini maka arah positif gaya/momen untuk model mengikuti sistem.&, serhingga hubungannya dapat ditun%ukkan di Gambar !4! MODEL
M+
TIMBANGAN
M*
-!#TFOR< T<#N%#N
M
! '
ANGIN
Gambar 1. Sistem S!mb! Koordinat Timban"an dan Model
+odel terletak pada %arak tertentu di atas platform, disangga oleh model support (4 struts atau central struts! "engan demikian %arak yang akurat titik pusat sumbu timbangan dan titik pusat model harus tercatat dengan baik, karena diperlukan sebagai faktor koreksi! stilah gaya angkat (lift dan hambat (drag tidak lain adalah gaya/momen pada sumbu angin, yakni hasil transformasi masingmasing gaya normal dan gaya a$ial di sumbu model ke sumbu 8 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
angin! ecara praktis pada pesawat terbang sebenarnya, uraian gaya/momen pada pesawat akan dinotasikan seperti di Gambar !5!
Gambar 1.# Sistem S!mb! Koordinat Pesa$at Terban"
Gambar 1.% Posisi T& di tero$on"an an"in
( dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
TL yang dirancang akan ditempatkan di bawah seksi u%i dengan posisi seperti ditun%ukkan di Gambar !7! pesi*kasi timbangan untuk gaya/momen maksimum pada masing-masing komponen dinyatakan dalam tabel berikut!
10 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
Tabel 1.2 Spesifi'asi Timban"an
No . !
0!
4!
Uraian +aksimu 1ormal 9orce () m &$ial 9orce ()0 Gaya/+om Pitching +oment ()4 en ide 9orce ()5 6awing +oment()7 'olling +oment () &kurasi Gaya/momen minimum yang setiap terukur oleh balance komponen Tingkat presisi (repeatability setiap komponen
5!
@angkauan sudut pitch (alpha
-4
7!
@angkau sudut yaw (beta
-57o sampai dengan A57o
>7<<< 1 >7<<< 1 ><<< 1m >7<<< 1 ><<< 1m ><<< 1m
11 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
2. DASAR TEORI , KONSEP PERANCANGAN Timbangan Luar (TL, pada dasarnya adalah suatu sistem mekanik dan elektronik, dimana gaya/momen diukur oleh sensor/transducer yang berupa kombinasi strain-gage atau load cell (LB! "ata analog yang berupa tegangan akan dikeluarkan oleh load cell, yang besarnya berbanding lurus dengan besaran *sikanya (gaya/momen yang terukur! "ata analog (#olt selan%utnya dikondisikan oleh .nit Pengkondisi inyal (B. agar dapat dibaca oleh perangkat Analog to Digital Converter (&"B yang terhubung dengan komputer, dimana suatu program komputer selan%utnya akan membaca data &"B ini dan mengembalikannya ke data analog (#olt atau besaran *sika (gaya/momen! )arena LB tersebut dipasang secara terintegrasi melalui platform, maka pada sistem TL setiap satu LB yang beker%a pada sumbu tertentu tidak lagi mengukur satu komponen gaya/momen secara terisolasi, tapi masing-masing LB akan mengalami kopling dengan LB lainnya! "engan kata lain %ika satu komponen dibebani maka komponen tersebut dapat dilayani oleh satu atau lebih load cell, dan gaya/moment yang terukur di load cell akan tampak bukan dari komponen yang dibebani sa%a tapi %uga mengukur interferensi atau interaksi dari komponen lainnya! Cesarnya interferensi gaya-gaya lain terhadap komponen yang dibebani merupakan salah satu parameter yang menentukan kualitas TL! TL yang dirancang adalah %enis platform, sehingga pusat sumbu timbangan berada pada platform tersebut (resol#ing point! .ntuk mendapat gaya/momen aerodinamika model, gaya/momen di platform tersebut harus ditransformasikan ke titik pusat sumbu model!
12 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
Gambar 2.1 Tipi'al T& Platform (1)
ecara *sik sketsa timbangan secara umum ditun%ukkan di Gambar 0! dan TL yang dirancang ditun%ukkan di Gambar 0!0! Tampak bahwa platform yang berbentuk segitiga, ke arah #ertikal (sumbu 2 disangga oleh 4 batang (rod dan masing-masing rod memiliki load cell, ke arah lateral (sumbu 6 terhubung dengan satu load cell dan kearah longitudinal (sumbu angin, sumbu 3 oleh 0 load cell!
/H
, ,
=al
Gambar 2.2 S'etsa Str!'t!r T&
13 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
Gambar 2. S'etsa *nstr!mentasi !nt!' f!ll+model
Tabel 2.1 Spesifi'asi Geometri T&
No . ! 0! 4! 5! 7! ! D! E! ;!
Parameter
Ukuran
Satuan
a b c d h9 hF mmo mst mad (tare load =Hset dudukan LB
D4< 50 E54 << 0< 7< 7< 4<< 7< 7<<< E7
mm mm mm mm mm mm kg kg kg 1 mm
2.1 PROSES PENGUKURAN
@ika gaya yang terukur di masing-masing load cell dinyatakan dengan 9 untuk load cell , 9 0 untuk load cell 0, 9 4 untuk load cell 4 dan seterusnya! erta data analog (Iolt dari masing-masing load-cell dinyatakan dengan I , I 0 , I 4 dan seterusnya! +aka secara *sik setiap load cell akan memiliki hubungan liniear dengan tegangan keluarannya (data analog yang dapat dinyatakan sebagai berikut: F1 > m1.V1 ? n1 F2 > m2.V2 ? n2 F3 > m3.V3 ? n3 F4 > m4.V4 ? n4 F' > m'.V' ? n' F6 > m6.V6 ? n6
(0!
&tau 14 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
@FA > @
(0!0
)oeHisien (mi, iJ, adalah koeHisien kalibrasi masing-masing load cell yang biasanya telah dilakukan pabrik pembuatnya, atau hasil kalibrasi reguler load cell di laboratorium lokal! elan%utnya, %ika: • ) adalah komponen gaya-normal yang diukur TL • ) 0 adalah komponen gaya-a$ial yang diukur TL • ) 4 adalah komponen momen-angguk (pitch yang diukur TL • ) 5 adalah komponen gaya-lateral (side yang diukur TL • ) 7 adalah komponen momen-geleng ( yaw yang diukur TL • ) adalah komponen momen-guling (roll yang diukur TL
Gambar 2.# Arah Positif dari 'omponen Gaya/Moment Model
@ika dide*nisikan bahwa gaa !ompression di LB adalah positi" dan gaya tension adalah negati"# maka dengan meru%uk pada kon*gurasi sistem TL di Gambar 0!4, pada saat komponen gaya/momen model adalah positif, lihat Gambar 0!5! ecara analitis hubungan diagram gaya/momen berikut dapat di%elaskan, UNTUK FULL MODEL a! )etika ) positif maka LB , LB0,LB4 mendapatkan gaya tension: ) J -9-90-94 (0!4 1' dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
b! )etika )0 positif maka LB5, LB7 mendapat gaya compression: ) 0 J 95A97(0!5 c! )etika )4 positif maka LB, LB0, LB5 dan LB7 mendapatkan gaya tension sedangkan LB4 compression: ) 4 d!
J
-b9 (0!7
)etika )5 compression: ) 5 J 9
-
positif
b90
A
maka
LB
c94
-
h95
mendapatkan
-
h97
gaya
(0!
e! )etika )7 positif maka LB5 mendapat compression dan LB7 mendapatkan gaya tension: ) 7
J (0!D
d95
K
d97
f! )etika ) positif maka LB dan LB mendapatkan gaya tension, sedangkan LB0 m,endapat compression: ) J -a9 A a90 -(hA$9
(0!E
.ntuk 9ull-+odel maka hJh9 dan untuk Falf-+odel hJh F,! )emudian titik tangkap LB tidak dapat tepat berimpit dengan titik pusat platform (karena kesulitan kon*gurasi struktur, sehingga ada oHset (lebih rendah sebesar $JE7mm! "engan demikian pen%umlahan gaya-gayanya harus disesuaikan, seperti ditun%ukkan di persamaan (0!E! Persamaan (0!4 sampai (0!E dapat ditulis dalam bentuk matriks:
16 dari '(
Fariduzzaman
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
0 0 . 1 / 1 − 1 − 1 − 1 0 / 0 . 0 0 1 1 0 2 2 / 3 − b − b c − # − # 0 . 3 = / 0 0 0 0 0 1 4 . 4 / ' 0 0 0 d − d 0 . ' 0 0 0 − # − x . 6 / 6 − a a
(0!;
[ / ] = [ 0 ] ful l [ . ]
(0!<
"imana h adalah ketinggian model terhadap platform balance! 1amun karena ada kesulitan konstruksi, maka posisi titik tangkap load cell (9 tidak sama dengan titik tangkap gaya/momen lainnya! Titik tangkap 9 bergeser #ertikal lebih rendah
(0!
b! )etika )0 positif maka LB5, LB7 mendapat gaya compression: ) 0 J 95A97(0!0 c! )etika )4 positif maka LB, LB0, LB4, LB J < sedangkan LB5 mendapatkan gaya compression dan LB7 mendapatkan gaya tension: ) 4
J (0!4
Ah95
-
h97
d! )5 J < (0!5
e! )7 J < f! ) J <
(0!7 (0!
+aka, 1 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
Persamaan (0!4 sampai (0!E dapat ditulis dalam bentuk matriks half model:
/ 1 0 / 0 2 / 3 0 = / 4 0 / ' 0 / 6 0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
1 . 1
. 2 d − d 0 . 3 0 0 0 . 4 0 0 0 . ' 0 0 0 . 6 1
1
0
[ / ] = [ 0 ] #alf [ . ]
(0!D (0!E
Tampak bahwa hubungan tersebut hanya berlaku apabila input ke matriks 3M adalah gaya 9M dan satuan *siknya sama! Pada kenyataanya, untuk memperoleh matriks )M akan lebih mudah apabila langsung ditransformasi dari pembacaan masing-masing load cell dalam #olt: I , I 0 dan I 4, sehingga dalam hal ini satuan *siknya tidak sama! "engan kata lain, proses transformasi IM ke 9M dan selan%utnya ke )M men%adi tidak perlu! Cegitupula masingmasing load cell bukanlah instrument indi#idual yang terpisah, melainkan terintegrasi dalam satu sistem TL, dan satu sama lainnya akan saling berpengaruh (ada kopling! Ter%adinya interaksi dapat dilihat dari koeHisien matriks persamaan (0!; yang tidak nol pada elemen-elemen yang bernilai nol! Persamaan (0!; %uga menun%ukkan bahwa untuk mendapatkan komponen ) 4 diperlukan 7 load cell yang beker%a, dengan demikian probabilitas kesalahan ) 4 akan paling besar dibanding komponen lainnya, kesalahan sedikit di masing-masing load cell akan men%umlah di ) 4! ecara praktis, persamaan (0!< dalam implementasinya berubah men%adi persamaan (0!, dimana data tegangan I i dari load cell (#olt di kon#ersi langsung ke data gaya/momen ) i (1 atau 1m!
/ 1 c11 c12 / c 2 21 c22 / 3 c31 c32 = / 4 c41 c 42 / ' c'1 c'2 / 6 c61 c62
c13
c14
c1'
c23
c24
c2'
c33
c34
c3'
c43
c44
c4'
c'3
c'4
c''
c63
c64
c6'
)M J BMIM
c16 V 1
c36 V 3 c46 V 4 c'6 V ' c66 V 6 c26 V 2
(0! (0!0 18 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
@adi matriks 3M di persamaan (0!< tidak sama dengan matriks BM di persamaan (0!! +atriks di persamaan (0! tersebut tidak dapat diperoleh dari perhitungan analitis (dengan mengukur pan%ang %arak antar load cell, a, melainkan harus dengan kalibrasi TL! +atriks BM disebut pula matriks kalibrasi, yang menyatakan hubungan matematis antara data #olt yang dibaca masing-masing load cell dengan data gaya/momen aerodinamika! 2.2 PROSES KALIBRASI
Proses kalibrasi dilakukan dengan cara membebani TL menggunakan beban yang diketahui beratnya (terkalibrasi pada masing-masing komponen: ) i (iJ!!! )emudian dicatat data #olt yang terukur di masing-msing load cell: I i (iJ!! atau secara matematis dapat ditulis sebagai berikut,
V 1 a11 V a 2 21 V 3 a31 = V 4 a41 V ' a'1 V 6 a61
a12
a13
a14
a1'
a22
a 23
a24
a 2'
a32
a33
a34
a3'
a 42
a 43
a44
a 4'
a'2
a'3
a'4
a''
a62
a63
a64
a6'
a16 / 1
a36 / 3 a46 / 4 a'6 / ' a66 / 6 a26 / 2
(0!4
&tau ditulis sebagai persamaan matriks, IM J &M)M (0!5 @adi pada saat pengukuran dengan TL, suku-suku IM adalah #ariabel bebas (independent dan )M adalah #ariabel tak-bebas (dependent)! edangkan pada saat kalibrasi, suku-suku IM adalah #ariabel tak bebas dan )M adalah #ariabel bebas! "engan demikian untuk memperoleh matriks kalibrasi BM, maka matriks yang diperoleh pada saat kalibrasi &M, harus di in#erskan,
[ 1 ] = [ A] −
1
(0!7
Pada TL, load cell berhubungan satu sama lainnya melalui platform (terintegrasi! &kibatnya, %ika dibebani satu komponen gaya/momen, maka data yang terukur di masing-masing load cell akan sangat sulit mendekati nol! +asing-masing komponen akan saling mempengaruhi komponen lainnya (ter%adi kopling! "engan kata lain, matriks &M tidak akan diagonal! Ceban anginpun akan 1( dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
memberikan gaya/momen aerodinamika secara serempak (lift, drag, moment tidak lagi satu persatu seperti saat kalibrasi! &spek lain yang harus diperhatikan adalah tare-volt dari sistem elektronik, yakni sistem elektronik mungkin sudah memberikan angka #olt tertentu, sekalipun model belum dipasang! liminasi tare-volt ini harus dilakukan, baik saat kalibrasi maupun saat pengukuran! elain tare-#olt ada %uga tare-gaya, yakni data gaya/momen yang telah terukur pada saat angin-nol dan model telah terpasang! +aka untuk eliminasi ini perlu dilakukan pengukuran pendahuluan! Ciasa disebut tare force measrement! Pada proses pengukuran ini efek berat model dan penyangga akan disimpan di basis-data untuk koreksi data pengu%ian! &da suatu kemungkinan bahwa model memiliki pusat sumbu yang tidak berimpit (coincide dengan titik pusat timbangan! "engan demikian nilai terukur dari TL harus ditransformasikan ke titik pusat model, diatas platform atau pada struts! Transformasi ini dapat berupa translasi dan rotasi: • Pa • da transformasi gaya, koreksi hanya dilakukan %ika ada rotasi sebesar sudut δ!
% m cos δ − sin δ % t $ = sin δ cos δ $ t m
(0!
"imana, 1m, 1t : gaya searah sumbu 6 (lateral untuk sumbu model dan sumbu timbangan Tm, Tt : gaya searah sumbu 3 (longitudinal untuk sumbu model dan sumbu timbangan
• Pada transformasi momen, koreksi hanya dilakukan %ika ter%adi translasi (∆$ dan ∆ y dan hasil transformasinya adalah! M m = M t − ∆ x. % t + ∆ y.$ t
$ $ $ $
(0!D
Ceberapa aspek penting berikut akan mengurangi kiner%a TL: )ualitas load-cell yang digunakan Penempatan load cell yang tidak parallelogram atau tegak lurus bidang nteraksi yang besar antar komponen ) - )0 - )4 'edaman struktur TL yang besar
2.3 ESTIMASI KAPASITAS LOAD-CELL 20 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
stimasi besarnya gaya yang akan diterima oleh load-cell dapat ditentukan dari struktur TL dan penempatan load cellnya! Tin%au persamaan matriks (0!4 di atas! "ari persamaan tersebut dapat diturunkan besarnya beban yang akan diterima masing-masing load cell (9(i, iJ!!!
21 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
. 1 = − . 2 = − . 3 = −
c 2)b + c* c
2)c + b* b )b + c*
#
/ 1 −
2)b + c*
/ 1 −
/ 1 +
/ 2 −
# 2)b + c* #
)b + c *
/ 2 −
/ 2 +
1 2)b + c*
/ 3 −
1 2)b + c* 1
)b + c*
/ 3 +
# + x 2a
/ 4 −
# + x 2a
/ 4 +
1 2a
Fariduzzaman
/ 6
1 2a
)2.18*
/ 6
(0!;
/ 3
(0!0<
1 1 . 4 = / 2 + / ' 2 2d
(0!0
1 1 . ' = / 2 − / ' 2 2d
(0!00
. 6 = / 4
(0!04
&tau dalam bentuk matriks,
−c 2)b + c* . 1 − c . 2)b + c* 2 . 3 − b = )b + c * . 4 . ' 0 . 6 0 0
−# 2)b + c * −# 2)b + c *
−1 − # − x 2)b + c* 2a −1 # + x 2)b + c* 2a
#
1
)b + c * 1
)b + c *
2 1 2 0
0 0
0
0
0
0
0
0
1
0 1 2d −1 2d 0
− 1 2a 1 / 1 2a / 2 / 0 3 / 4 0 / ' / 6 0 0
(0!5
Pada waktu TL beker%a, maka pada arah #ertikal selain beban aerodinamika %uga load cell mengukur beban-beban struktur dan model (tare load! J (mmo A mst A mad!g (0!7 "imana,
mmo mst LB4 mad g
: masa total model : masa total struktur yang ditopang LB , LB 0 dan : masa tambahan lain : konstanta gra#itasi
"engan demikian untuk masing-masing load cell LB , LB0 dan LB4 akan menerima tambahan berat sebesar /4 ! )apasitas load cell yang diperlukan, 22 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
23 dari '(
Fariduzzaman
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
.ntuk kompressi adalah : LB J LB0 J LB4 J LB5 J LB7 J LB J
9 A /4 90 A /4 94 A /4 95 97 9
(0!
.ntuk tension adalah: LB J LB0 J LB4 J LB5 J LB7 J LB J
9 - /4 90 - /4 94 - /4 95 97 9
(0!D
Load cell yang diperlukan harus mempertimbangkan semua kemungkinan beban aerodinamika maksimum, beban tare dan kapasitas o#erload yang dii8inkan! 1amun %uga load cell harus mampu memenuhi kriteria ketelitian (akurasi yang diinginkan (lihat Tabel !0! elan%utnya dari spesi*kasi di Tabel !0 dan Tabel 0!, akan dika%i tiga kasus ekstrim pembebanan di TL! 6ang diambil sebagai ru%ukan adalah kontribusi nilai absolut dari setiap beban ke load cell! B& T."6-&: 9ull +odel, beban di ) ,) 0,) 4 maksimum, sedangkan ) 5,) 7,) sama dengan nol B& T."6-C: 9ull +odel, beban di ) ,) 0,) 4 adalah D maksimum, sedangkan ) 5,) 7,) sama maksimum B& T."6-B: Falf +odel, beban di ) ,) 0,) 4 , ) 5, ) 7, ) maksimum ,ASE STUD-+ A
FULL MODEL
AeroLoad N
FinalLoad N
K1=
5000
N
F1=
5704.6
7371.2
K2=
5000
N
F2=
5704.6
7371.2
K3=
1000
Nm
F3=
5584.4
7251.1
K4=
0
N
F4=
2500.0
2500.0
K5=
0
Nm
F5=
2500.0
2500.0
K6=
0
Nm
F6=
0.0
0.0
,ASE STUD-+
FULL MODEL
AeroLoad N
FinalLoad N
K1=
3500
N
F1=
7386.1
9052.7
K2=
3500
N
F2=
7386.1
9052.7
24 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM K3=
700
K4=
Fariduzzaman
Nm
F3=
3909.1
5575.7
5000
N
F4=
2627.2
2627.2
K5=
1000
Nm
F5=
2627.2
2627.2
K6=
1000
Nm
F6=
5000.0
5000.0
,ASE STUD-+ ,
HALF MODEL
AeroLoad N
FinalLoad N
K1=
5000
N
F1=
5154.1
6820.7
K2=
5000
N
F2=
5154.1
6820.7
K3=
1000
Nm
F3=
5584.4
7251.1
K4=
5000
N
F4=
3377.2
3377.2
K5=
1000
Nm
F5=
3377.2
3377.2
K6=
1000
Nm
F6=
5000.0
5000.0
AARSMA ,ASE STUD-+ D
FULL MODEL
AeroLoad N
FinalLoad N
K1=
5000
N
F1=
4427.2
6093.9
K2=
1600
N
F2=
4427.2
6093.9
K3=
800
Nm
F3=
3818.5
5485.2
K4=
1600
N
F4=
1383.3
1383.3
K5=
700
Nm
F5=
1383.3
1383.3
K6=
400
Nm
F6=
1600.0
1600.0
,ASE STUD-+ E
HALF MODEL
AeroLoad N
FinalLoad N
K1=
1667
N
F1=
3185.3
4852.0
K2=
400
N
F2=
3185.3
4852.0
K3=
800
Nm
F3=
1346.7
3013.3
K4=
4200
N
F4=
783.3
783.3
K5=
700
Nm
F5=
783.3
783.3
K6=
800
Nm
F6=
4200.0
4200.0
FADILAH HASIM ,ASE STUD-+ 0
FULL MODEL
AeroLoad N
FinalLoad N
K1=
5000
N
F1=
3427.3
5094.0
K2=
1600
N
F2=
3427.3
5094.0
K3=
400
Nm
F3=
3502.1
5168.7
K4=
800
N
F4=
1100.0
1100.0
K5=
360
Nm
F5=
1100.0
1100.0
K6=
200
Nm
F6=
800.0
800.0
,ASE STUD-+ G
HALF MODEL
AeroLoad N
FinalLoad N 2' dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
K1=
1667
N
F1=
3185.3
4852.0
K2=
400
N
F2=
3185.3
4852.0
K3=
800
Nm
F3=
1346.7
3013.3
K4=
4200
N
F4=
783.3
783.3
K5=
700
Nm
F5=
783.3
783.3
K6=
800
Nm
F6=
4200.0
4200.0
&eroLoad adalah beban yang timbul murni dari efek angin pada model, sedangkan 9inalLoad adalah beban total yang merupakan pen%umlahan aeroload dan tare-load (! @adi dari ketiga kasus tersebut dapat dirangkum seperti Tabel berikut, dan spesi*kasi load cell yang diperlukan! Perhitungan ditambah dengan kemungkinan o#erload !7 kali
Tabel 2.2 e'apit!lasi beban+beban di load+ell dan load ell yan" diperl!'an MAX (kg)
ID
4ASMA CAE! CAE DF !EH
F1=
6105.0
9862.5
7412.2
6093.9
4852.0
5094.0
4852.0
9862.5
986.3
F2=
6105.0
9862.5
7412.2
6093.9
4852.0
5094.0
4852.0
9862.5
986.3
F3=
8873.9
6711.8
6105.0
5485.2
3013.3
5168.7
3013.3
8873.9
887.4
F4=
2500.0
2583.3
3333.3
1383.3
783.3
1100.0
783.3
3333.3
333.3
F5=
2500.0
2583.3
3333.3
1383.3
783.3
1100.0
783.3
3333.3
333.3
F6=
0.0
5000.0
5000.0
1600.0
4200.0
800.0
4200.0
5000.0
500.0
LC
0AD*&A5 CAE CAE !FF !#H
MAX (N)
E3TEEM CAE! CAE! CAE AF "F !CH
LC Load (kg)
$1000 $1000 $1000 $%00 $%00 $1000
LB memberikan beban sekitar 7<
26 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
Gambar 2.% T,U dan s'etsa str!'t!rnya
&spek lain yang harus diperhatikan adalah bahwa hanya sebagian kecil LB yang dapat beker%a secara 0 mode: compression dan tension! .mumnya LB beker%a secara akurat di mode kompressi (positif sa%a! @ika hal ini ter%adi, maka suatu teknik pemasangan dua LB yang disebut TB. (Tension Bompression .nit harus dilakukan, yakni dengan memasang 0 LB secara berlawanan di bagian dasarnya! Pada saat kompressi maka TB. beker%a dengan LB pertama yang dipasang normal, pada saat tension maka yang beker%a adalah LB kedua yang dipasang terbalik! Lihat Gambar 0!7! )edua LB ini akan saling memberikan preload melalui yoke! @ika konstanta spring yoke adalah B @, maka ada dua kasus keterbatas yang harus diperhatikan, $ B @ < yakni rate kepegasan (konstanta spring N LB $ B @, OO LB maka gaya angkat akan terdistribusi sama kepada dua load cell yang indi#idual! +aka preload harus O dari tension yang mungkin ter%adi! +etoda ini menguntungkan karemna, ignal lift adalah dari LB yang dipre-load dengan o spring sehingga menaikkan tingkat frekuensi system dan menghindari timbulnya geseran pada model! o LB beker%a di daerah linear, sehingga apabila digunakan pengukuran range kecil akan memperbaiki karakteristik error-nya
2 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
3. SISTEM PENGOLAHAN DATA (SPD) istem pengolahan data dikembangkan dari dasar teori yang dibahas di Cab 0, dimana software dapat dibagi men%adi dua bagian utama, yakni: &! oftware untuk kalibrasi TL C! oftware untuk pengolahan data pengukuran gaya/momen (=1L1/=99L1
3.1 IDENTIFIKASI DATA
)arena u%i terowongan angin adalah pengu%ian yang melibatkan berbagai data *sik dan berbagai kon*gurasi model, maka data yang tersimpan harus diberikan identi*kasi secara %elas dan terstruktur! Fal-hal yang perlu diidenti*kasi secara primer adalah: B! " Pro%ect, yakni nomor urut dari pertama wind tunnel beroperasi (nomor atau nama unik yang menampakkan ciri khas pro%ect, sehingga dapat digunakan pula sebagai nama *le basis-data pro%ect (P$% "! " 'un, yakni nomor urut setiap wind tunnel beroperasi (dri#e-on dalam satu pro%ect (&UN ! " Titik "ata, yakni nomor urut setiap pengambilan data dalam satu run (%PN 9! " Polar, yakni nomor urut group titik-data yang mana group tersebut menyatakan satu orientasi model (misalnya pitch se!ence atau yaw se!ence dalam satu run (P'L G! " )on*gurasi model atau metoda pengu%ian, biasa disebut pula " nomor seri! +isalnya 19FTP (ing, 1acelle, 9uselage, Fori8ontal Tail Plane (SE& F! " Transducer atau kanal data! +isalnya, P, P0, Q, Q0 atau 'ef, 'ef0 dst! (N! @umalah seluruh kanal dapat diberi label jkanal! ! " waktu dan tanggal pengukuran yang masuk sebagai data salah satu kanal (%S*+S*,S*S*+S*SS &da pula identi*kasi sekunder yang dapat dibuat inklusif di data, yakni: @! " =perator ('$% )! " Pro%ect leader (L$% +aka setiap satu pro%ect hendaknya terdiri dari satu basis data, sehingga analisis komparasi men%adi mudah untuk dilakukan!
28 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
.mumnya komparasi data dilakukan antar polar, apakah di pro%ect yang yang sama atau pro%ect yang berbeda! "ata gaya/momen dalam software harus dibedakan kepada data di, • umbu stabil atau sumbu timbangan ()(i,iJ, • umbu model atau sumbu bodi ()+(i,iJ, • umbu angin ()(i,iJ, "ata pada sumbu model adalah data yang belum dikoreksi terhadap efek interferensi dinding seksi u%i, efek struts dan koreksi lain yang diperlukan ()+(i,iJ,! .ntuk mendapat data sebenarnya maka efek interferensi tersebut harus dieliminasi pada tahap berikutnya, yakni Tahap &nalysis!! 3.2 KOEFFISIEN AERODINAMIKA 3.2.1 G+"M S44 T
Gaya/moment yang ter%adi di model diukur oleh balance ()Ti,iJ!!, setelah melalui kon#ersi dari data analog (#olt masing-masing load cell (I i,iJ!!! "engan demikian data gaya/momen ini disebut dengan data sumbu timbangan (Calance &$is! +aka sekarang persamaan (0! dapat ditulis kembali dengan notasi sedikit berbeda,
/$ 1 c11 c12 /$ c 2 21 c22 /$ 3 c31 c32 = /$ 4 c41 c 42 /$ ' c'1 c'2 /$ 6 c61 c62 "imana,
c13
c14
c1'
c 23
c24
c2'
c33
c34
c3'
c 43
c44
c4'
c'3
c'4
c''
c63
c64
c6'
c16 V 1
c36 V 3 c 46 V 4 c'6 V ' c66 V 6 c 26 V 2
(4!
BM adalah matriks kalibrasi TL
3.2.2 G+"M8 S44 S898:
&da tiga sudut rotasi yang perlu diperhatikan untuk transformasi gaya/moment dari data yang terukur timbangan: - udut Guling (ω - udut erang ( α - udut Geleng (β Proses transformasi ke sumbu stabilitas sedikit berbeda antara F&L9 +="L (F dengan 9.LL +="L (9! .ntuk full model, < N ω N E
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
o
.ntuk half model, A;< o N ω NA;
Fariduzzaman
dan data gaya/moment
ω J A;< apabila starboard half ω J -;< apabial port half @adi %ika melihat ke persamaan (4!, komponen gaya/momen pada sumbu timbangan dan model ber-rotasi pada sumbu tertentu yang dalam hal TL .+ selalu dibuat berimpit dengan sumbu timbangan tersebut! umbu tabilitas adalah sumbu rotasi model ini! Untuk AL- +'%EL /2 i = /$ i
(iJ!!
(4!0 Untuk -ULL +'%EL /2 1 = /$ 1 cos ω + /2 4 sin ω /2 2 = /$ 2
/2 3 = /$ 3 cosω − /2 ' sin ω
(4!4
/2 4 = − /$ 1 sin ω + /2 4 cos ω
/2 ' = /$ 3 sin ω + /2 ' cos ω /2 6 = /$ 6 3.2.3 G+"M S44 M,9
Proses transformasi ke sumbu model transformasi rotasi sudut serang model ( α!
di
awali
dengan
Untuk AL- +'%EL dan -ULL +'%EL / 2 1′ = /2 1 cos α + /2 2 sin α
/ 2 2′ = − /2 1sin α + /2 2 cos α
/ 2 3′ = /2 3
(4!5
/ 2 4′ = /2 4 / 2 '′ = /2 ' cos ω + /2 6 sin ω
/ 2 6′ = − /2 ' sin α + /2 6 cosα
Transformasi selan%utnya adalah terhadap sumbu model atau disebut pula Titik 'u%ukan +omen +odel ( "oment #eference $oint, "#$ ! Lihat Gambar 4!!
30 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
Gambar .1 Transformasi 'e Model MP
/M 1 = / 2 1′ /M 2 = / 2 2′
/M 3 = / 2 3′ − / 2 1′. x + / 2 2′ . 3 /M 4 = / 2 4′
(4!7
/M ' = / 2 '′ − / 2 2′ . y + / 2 4′ . x /M 6 = / 2 6′ + / 2 1′. y − / 2 4′ . 3
Perlu diperhatikan bahwa untuk full model, titik pusat sumbu stabilitas selalu berada di bidang simetri model, begitupula +'P di bidang simetri ini! )arena itu untuk full model y selalu nol! 3.2. G+"M S44 A
Gaya/momen aerodinamika di sumbu angin dapat diperoleh dengan transformasi gaya/momen sumbu model terhadap sudut α dan sudut β! Untuk AL- +'%EL dan -ULL +'%EL / 4 1′ = /M 1 cos α − /M 2 sin α
/ 4 2′ = /M 1sin α + /M 2 cosα
/ 4 3′ = /M 3
(4!
/ 4 4′ = /M 4
/ 4 '′ = /M ' cosω − /M 6 sin ω / 4 6′ = /M ' sin α + /M 6 cos α
31 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
)emudian untuk full model, sudut β mungkin tidak sama dengan nol, berbeda dengan half model dimana sudut β selalu sama dengan nol! Untuk -ULL +'%EL /4 1 = / 4 1′
/4 2 = / 4 2′ cos β + / 4 4′ sin β
/4 3 = / 4 3′ cos β − / 4 6′ sin β /4 4 = − / 4 2′ sin β + / 4 4′ cos β
(4!D
/4 ' = / 4 '′ /4 6 = / 4 3′ sin β + / 4 6′ cos β
Untuk AL- +'%EL /4 i = / 4 i′
dimana (iJ!!
(4!E 1ilai gaya/momen pada sumbu angin ini biasa digunakan untuk menentukan nilai koreksi akibat interferensi dinding seksi u%i atau interferensi struts! 3.3 KOEFFISIEN GA!A"MOMEN AERODINAMIKA
)oeHisien aerodinamika dihitung berdasarkan formulasi standard, lihat Carlow (;;; atau &nderson (;E7 dalam sumbu angin atau sumbu model! 1L) =
/4 1
16) =
52 /4 2 52
1M ) = 12 ) = 17 ) =
(4!; (4!<
/4 3 5.2 .c
(4!
/4 4 52
(4!0
/4 '
18) =
5.2 .b
(4!4
/4 6 5.2 .b
(4!5
32 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
1
"imana, (Pa
R adalah tekanan dinamik J 2
Fariduzzaman
ρ U 2
ρ adalah rapat %enis udara
(kg/m 4
adalah luas permukaan sayap model 0
(m c chord aerodinamika rata-rata dari sayap model (m b span dari sayap model
(m
)oeHisien gaya/moment dalam sumbu angin digunakan untuk koreksi interferensi dinding, sehingga untuk keperluan user, koeHisien yang digunakan adalah dalam sumbu model!
1Lm =
/M 1
16m =
52 /M 2
(4!7
52
(4!
1M m =
12 m = 17 m =
/M 3 5.2 .c
(4!D
/M 4 52
(4!E
/M '
18m =
5.2 .b
(4!;
/M 6 5.2 .b
(4!0<
33 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
3. ALGORITMA SOFT#ARE PENGOLAHAN DATA PENGUKURAN
RUN dm!"#
Record: -7 RN /R
Record: RN Crun
Record: -O! Col 7-N
aca 7ata di +anal /atuan nineerin D=N)i* i>1..C&anal =itun +/)i*i>1..6 =itun +<)i*i>1..6 =itun +E)i*i>1..6 =itun D!)dn*D7)dn*D<)dn*D/)dn*D)dn*DR)dn* di sum"u anin dan sum"u model
nd -olar B
7islaG 7ata Numeri& Realtime
7islaG 7ata %rai& Realtime nd Run B
Recod 7ata Numeri& &e =ard dis& atau "roadcast to !#N
N7 RN
34 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
1 SISTEM MEKANIK
istem mekanik TL dapat diperinci sebagai berikut, L! Platform +! Catang (rod penghubung platform dengan load-cell 1! Cagian-bumi (earth part, pemegang load cell =! Turn-table (pemegang wind fairing P! ind 9ariring Q! truts '! +otor ! Gigi dan gear (%ika ada T! Leak Sap/tapes .! Basing
Gambar #.1 Str!'t!r Timban"an
.1.1 P98;<
"alam TL %enis platform semua gaya-gaya dari model akan disense oleh platform, dan diteruskan ke load-cell melalui batang (rod yang memiliki Se$ure! )arena itu titik pusat timbangan awal %uga akan berada di titik tengah platform yang berbentuk lingkaran! elan%utnya titik pusat timbangan ini, disebut pula titik pusat sumbu stabilitas, dipindah ke titik-#irtual di tengah-tengah seksi u%i untuk 9ull-+odel (ketinggian h9 dari platform dan %arak 3' dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
tertentu untuk Falf-+odel (ketinggian h F dari platform melalui proses kalibrasi dititik tersebut! .1.2 A9=/ M>/:
+ekanisme pitch adalah menggunakan gerakan struts di tail (up/down, dengan demikian decoder motor mekanisme ini akan menun%ukkan besarnya sudut pitch ( α!!
Gambar #.2 Me'anisme Pithin"
.1.3 B8 M>/:
!!!!!!!!!!!!! .1. D>4=9 R,
etiap load cell menghubungkan bagian yang tetap (earth dan bagian pengukur (metrik! "alam Gambar 5!0 bagian yang mengukur di cat kuning, sedangkan bagian bumi di cat biru! Load cell ke platform terhubung dengan batang yang disebut dengan decopling rod. 'od ini memiliki Se$ure di kedua u%ungnya untuk 36 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
menghindari gaya-gaya memotong pada TB. dan load cell! Fal ini %uga berarti mengurangi gaya-gaya terukur yang hilang! "engan kata lain rod akan tampak sebagai elastic cross Se$ure dan load cell hanya dibebani oleh gaya-gaya murni longitudinal!
Gambar #. Deo!plin" od
.1.5 F499 M,9 S4==<8 Struts dan Bayonet
Titik pusat sumbu model yang disangga dengan struts umumnya tidak dapat berimpit secara penuh di titik stabilitas ini, sedikit pergeseran %arak ∆$ dan ∆ y atau peregeseran rotasi δ bisa sa%a ter%adi! "engan demikian data gaya/momen di titik pusat stabilitas ()(i,iJ!! harus di transformasi ke titik pusat sumbu model (sumbu body maka gaya/momen di sumbu koordinat model, harus dilakukan transformasi ()+(i,iJ!!! Cayonet adalah bagian struts yang ter-ekpose dengan angin, bentuk strut adalah o#al dan taper! )ombinasi dari TL, struts, bayonet harus sedemikian rupa sehingga deSeksi maksimum adalah
indfairing dari strut akan dipasang dengan arah yang senantiasa mengikuti arah angin! .1.6 H9;,9 S4==<8 3 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
Falf model dipasang di TL melalui suatu adaptor, sehingga ketinggian model tepat pada posisi yang ditentukan! .1.7 I:498 C?<
Fal ini diperlukan untuk meminimalkan efek suhu pada TL serta efek perbedaan tekanan antara ruang di dalam balance dengan disekitar seksi u%i! .1.$ O?<9, P<8>8
&da perangkat pengaman o#erload yang dapat di a%ust di TL, - Pengaman deSeksi arah sumbu 3 dan sumbu 6 dibuat setelah menghitung deSeksi elastic decoupling rod dan load cell yang dibolehkan! Pengaman arah beta switch baru beker%a ketika yaw melebihi mencapai !7 kali sudut maksimum yangditentukan! &pabila hal ini ter%adi dan motor berhenti maka sistem kendali moor di panel harus di reset! Tiga pengaman untuk arah #ertikal (sumbu 2 dilakukan dengan menahan platform secara mekanik, apabila batas deSeksi sudah begitu besar! 9aktor keamanan terhadap strength ultimate adalah, 5 untuk beban statik dan 0 untuk beban dinamik! tatik Load "inamik Load
38 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
. SISTEM ELEKTRONIK istem elektronik terdiri dari buah load cell buatan BF1B) dengan kabel penyambung berikut: o upply "aya : )abel +erah (positif dan )abel Fitam (negatif o ense : )abel Fi%au dan )abel Putih )arena gaya/momen aerodinamika yang terukur dapat berupa arah positif dan negatif, maka LB yang di pasang harus dapat beker%a secara kompressi dan tension! edangkan! LB %enis ring torsion buatan chenck memberikan data kompressi lebih akurat di bandingkan tension dan dian%urkan untuk menggunakan LB di daerah kompress! .ntuk ini dibuatlah suatu susunan load cell yang merupakan kombinasi 0 LB berbalikan arah, sehingga keduanya selalu beker%a dikompressi! Gabungan ini disebut %ension Compression &nit '%C&). Lihat Gambar 0!7! TB. dapat beker%a dengan kompressi awal atau bias load (dengan sistem screw atau tidak ada kompressi awal (asal bersentuhan! 6ang terakhir disebut @enis & dan yang pertama disebut %enis C!
Gambar %.1 in" Torsion &,
3( dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
Gambar %.2 Tension ,ompresion Unit 6T,U7
40 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
Gambar %. Tipi'al &oad ell Shen' model T !nt!' load 8 1ton
41 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
Gambar %.# Typi'al &oad ell Shen' model T9 !nt!' load : 1 ton
42 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
inyal dari LB tersebut selan%utnya di proses oleh &nalog nput "=C=3!
Gambar %.% Sistem ,U dan AD,
istem B. dan &"B tersebut terhubung ke komputer ser#er atau ke sistem &"I&1TBF 7<<< melalui komunikasi L&1 ethernet!
43 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
5. KALIBRASI ecara praktis, transformasi gaya yang terbaca di masingmasing load cell terhadap gaya/momen aerodinamika model (persamaan 0!E tidak dilakukan, karena membuat prosesnya tidak eHisien! istem yang dilakukan biasanya adalah dengan tranformasi antara tegangan analog (#olt yang dibaca load-cell dengan gaya/momen aerodinamika! Bara seperti ini %uga men%adikan matriks kalibrasi telah mengikut sertakan efek kopling antar masing-masing komponen gaya! Load cell yang terhubung ke platform merupakan sistem terintegrasi, gaya/momen yang diberikan pada satu komponen akan mempengaruhi pula komponen lainnya! &kurasi dari kalibrasi ditentukan oleh akurasi beban-beban kalibrator, konstanta gra#itasi lokal, dan akurasi pan%ang arm dari beam (alibrator. 6.1 TEORI DASAR
esuai dengan persamaam (0!E sampai hubungan matriks pada waktu kalibrasi adalah,
V 1 a11 V a 2 21 V 3 a31 = V 4 a41 V ' a'1 V 6 a61
a12
a13
a14
a1'
a22
a 23
a24
a 2'
a32
a33
a34
a3'
a 42
a 43
a44
a 4'
a'2
a'3
a'4
a''
a62
a63
a64
a6'
(0!<,
maka
a16 / 1
a36 / 3 a46 / 4 a'6 / ' a66 / 6 a26 / 2
(!
&tau dalam persamaan matriks, @VA > @#A@+A
(!0
+atriks &M adalah matriks koeHisien, yang menyatakan hubungan matematis yang linier antara beban dengan tegangan output load cell IM! +atriks &M %uga mengandung faktor kopling antar masing-masing komponen! +atriks )M adalah beban yang diberikan saat kalibrasi! ehingga untuk mendapatkan koeHisien a, a0, a4 diperlukan sekurang-kurangnya persamaan simultan! Cegitupula untuk a0, a00, a40 dan a4, a04, a44! "engan demikian, kalibrasi timbangan dapat dilakukan dengan cara memberikan se%umlah beban indi#idual pada masingmasing komponen secara bergantian : ()(i,iJ!!! )etika satu komponen ) i dibebani dengan se%umlah beban maka komponen lainnya tidak dibebani! etiap beban yang diberikan, akan mengeluarkan data tegangan (#olt dari semua load cell 44 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
(I(i,iJ!!! "ata tegangan inilah yang harus dicatat sebagai data analog! @ika beban diberikan di komponen ) , misalnya C, maka matriks tersebut akan men%adi, V 1 a11 a12 a13 a14 a1' a16 ( V a 2 21 a22 a 23 a24 a 2' a26 0 V 3 a31 a32 a33 a34 a3' a36 0 = V 4 a41 a 42 a 43 a44 a 4' a46 0 V ' a'1 a'2 a'3 a'4 a'' a'6 0 V a a a a a a 0 6 61 62 63 64 6' 66 (!4 ehingga diperoleh hubungan berikut, V 1 = (.a11 ,
atau
a11 =
V 1
(!5
begitupula dari pembebabanan di ) tersebut akan diperoleh a 0, a4, a5, a7 dan a! elan%utnya dengan, + 2 > ma&a a&an daat dieroleh a 12 a22 a32 a42 a'2 dan a62. + 3 > ma&a a&an daat dieroleh a 13 a23 a33 a43 a'3 dan a63. + 4 > ma&a a&an daat dieroleh a 14 a24 a34 a44 a'4 dan a64. + ' > ma&a a&an daat dieroleh a 1' a2' a3' a4' a'' dan a6'. + 6 > ma&a a&an daat dieroleh a 16 a26 a36 a46 a'6 dan a66.
@adi dengan pembebanan terisolasi, sebenarnya semua elemen matriks &M dapat ditentukan! 1amun untuk meningkatkan akurasi, sebaiknya masing-masing komponen dibebani sekurangkurangnya 4 kali dan dilakukan pembebanan kombinasi, sehingga dapat dilakukan best t dari nilai masing-masing elemen matriks kalibrasi,
11
B (@)
1
2
3
4
4' dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
Gambar ;.1 ,ontoh proses est 0it !nt!' masin"+masin" elemen.
.ntuk pembebanan kombinasi persamaan (!, maka persamaan matriks yang terbentuk harus dapat dipecahkan (misalnya dengan bantuan +&TL&C! ehingga software kalibrasi dapat digunakan dalam berbagai kombinasi beban! "alam proses kalibrasi, gaya/momen yang diberikan merupakan #ariabel bebas (independent, sedangkan dalam pengukuran, gaya/momen merupakan #ariabel tak-bebas (dependent! )arena itu, matriks &M harus di-i#ers-kan agar diperoleh matriks kalibrasi BM! =Hset dari persamaan linear (!5 harus dipaksa nol supaya proses pengolahan men%adi mudah, karena %ika tidak dilakukan seperti ini, persamaan (! akan lebih rumit! ecara hardware, memaksa nilai interaksi J < berarti memaksa sistem elektronik agar dapat di set ke nol pada saat TL tanpa beban atau tanpa angin! 6.2 PERANGKAT KALIBRASI
)alibrasi dilakukan dengan menggunakan beberapa alat bantu: $ Balibration 'ig/Ceam $ Ceban-beban $ Pulleys $ Tali sling $ cissor Table (atau stepping ele#ator, 0 buah $ Theodolite /laser le#eling $ 'uller +arker < lembar
46 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
Gambar ;.2 ,alibration i"
Gambar ;. ,ontoh eban
4 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
Gambar ;.# Konfi"!rasi Pembebanan
48 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
6.3 PROSEDURE KALIBRASI
B ANGIN
BALANCE
Gambar ;.%< Kalibrasi 9ormal 0ore 6K17 Positif 6%==<#==<==<2==<1==7
ANGIN
B
BALANCE
Gambar ;.;< Kalibrasi K1 9e"atif 6+%==<+#==<+==<+2==<+1==7
Pada saat kalibrasi ) orientasi trntable, β J
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
'0 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
STARBOARD
ANGIN
Fariduzzaman
K
0
PORT
Gambar ;.>< ?rientasi T!rntable saat Kalibrasi K1
STARBOARD %0 ANGIN
K
PORT
Gambar ;.@< ?rientasi T!rntable saat Kalibrasi K2
Gambar ;.< ar d!d!'an P!lleysdipasan" di lan"it+lan"it se'si !Bi< !nt!' 'alibrasi K% 6ya$7 P!lley Starboard dan Port tida' dalam sat! "aris '1 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
'2 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
'O&T
TA&"OA&D
"ALANCE
Gambar ;.1=< Kalibrasi ACial 0ore 6 K27 Positif 6%==<#==<==<2==<1==7
PORT
STARBOARD
BALANCE
Gambar ;.11< Kalibrasi ACial 0ore 6K27 9e"atif 6+%==<+#==<+==<+2==<+1==7
.ntuk kalibrasi )5, turntabel tetap seperti semula pada saat tidak ada kalibrasi, gaya positif ke arah starboard dan gaya negatif ke arah port!
PORT
STARBOARD
BALANCE
Gambar ;.12< Kalibrasi Side 0ore 6K#7 Positif 6%==<#==<==<2==<1==7
'3 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
B STARBOARD
PORT
BALANCE
Gambar ;.1< Kalibrasi Side 0ore 6K#7 9e"atif 6+%==<+#==<+==<+2==<+1==7
PORT
STARBOARD
L2
L1 BALANCE
K 100 kg.m 60 kg.m 40 kg.m 20 kg.m 10 kg.m
Gambar ;.1# Kalibrasi K 6Pithin" Moment7 Positif a arm moment 1===mm &1 &2 &oad Units 60kg 60kg 2(30kg) + 2 (30kg) 30kg 30kg (30kg) + (30kg) 20kg 20kg (20kg) + (20kg) 10kg 10kg (10kg) + (10kg) 5kg 5kg 5kg + 5kg
'4 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
PORT
STARBOARD
L2
L1 BALANCE
K 100 kg.m 60 kg.m 40 kg.m 20 kg.m 10 kg.m
Gambar ;.1% Kalibrasi K 6Pithin" Moment7 9e"atif a arm moment 1===mm &1 &2 &oad Units 60kg 60kg 2(30kg) + 2 (30kg) 30kg 30kg (30kg) + (30kg) 20kg 20kg (20kg) + (20kg) 10kg 10kg (10kg) + (10kg) 5kg 5kg + 5kg PORT5kg
STARBOARD
L1
K% 100 kg.m 60 kg.m 40 kg.m 20 kg.m 10 kg.m
Gambar ;.1;< Kalibrasi K% 6-a$in" Moment7 9e"atif a arm moment 1===mm &1 &2 &oad Unit 60kg 60kg 2(30kg) + 2 (30kg) 30kg 30kg (30kg) + (30kg) 20kg 20kg (20kg) + (20kg) 10kg 10kg (10kg) + (10kg) 5kg 5kg 5kg + 5kg
'' dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
PORT STARBOARD
L2
L1
BALANCE
K% 100 kg.m 60 kg.m 40 kg.m 20 kg.m 10 kg.m
Gambar ;.1>< Kalibrasi K% 6-a$in" Moment7 Positif a arm moment 1===mm &1 &2 &oad Unit 60kg 60kg 2(30kg) + 2 (30kg) 30kg 30kg (30kg) + (30kg) 20kg 20kg (20kg) + (20kg) 10kg 10kg (10kg) + (10kg) 5kg 5kg 5kg + 5kg
'6 dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
DAFTAR PUSTAKA M!
Carlow, @!C!, 'ae, !F! and Pope, &!, *ow-+peed Wind %nnel %esting rd edition, @ohn iley ons nc!, 1ew 6ork, ;;; 0M! Gorlin, !+! and le8inger, !!, Wind %nnels and %heir nstrmentation, srael Program for cienti*c Translation, @errusalem (; 4M &nderson, @!"!, ndamentals Aerodynamics, +c Graw-Fill Cook Bompany, 1ew 6ork (;E7
' dari '(
Ranc anganExt er nalBal anc e6Komponenunt ukTe r owonganAngi n I I UM
Fariduzzaman
LAMPIRAN-A& D;: &kurasi 'epeatability
'esolusi
"era%at kesesuaian antara beban yang terukur oleh TL dan nilai sebenarnya dari beban tersebut "era%at kesesuaian antara dua atau lebih nilai yang terukur TL dari pengukuran yang terpisah tapi dengan beban nominal sama 1ilai perubahan beban terkecil yang dapat diukur TL
'8 dari '(