studi perancangan steering system pada … · ranjau laut system kendali jarak jauh yang ......
TRANSCRIPT
STUDI PERANCANGAN STEERING SYSTEM
PADA UNMANNED SURFACE ATTACK BOAT
(USAB) 9 METER BERBASIS
MICRO CONTROLLER
Oleh : Guntur Donny Nugroho
Pembimbing : 1. Ir. Agoes Santoso, M.Sc, M.Phil, Ceng.
2. Ir. Soemartojo WA
Jurusan Teknik Sistem Perkapalan FTK-ITS
Abstrak
Paradigma lama yang terbentuk dari dulu, perang diidentikkan dengan tentara di garis depan
pertempuran yang didukung artileri dari belakang. Kini seiring dengan perkembangan teknologi yang
begitu canggih, paradigma lama itu berangsur-angsur berubah menjadi paradigma baru yaitu
dikendalikan dari jarak jauh dengan menggunakan remote controller. Salah satu konsepnya adalah
Unmanned Surface Vehicles (USV) atau lebih dikenal dengan sebutan kapal tanpa awak. Vehicles ini
mempunyai beberapa fungsi, salah satunya didalam medan pertempuran digunakan sebagai pengintai
musuh dan juga digunakan sebagai mesin penghancur target sasaran karena sudah dilengkapi dengan
kamera berteknologi tinggi dan dapat pula dipersenjatai dengan rudal-rudal penghancur yang
mempunyai daya ledak maksimal. Oleh karena itu penulis memiliki ide untuk merancang konsep USV
baru bernama Unmanned Surface Attack Boat (USAB), dalam skripsi ini yang dirancang adalah
steering system dan pemilihan tipe rudder.
Kata Kunci : USV, Steering System, Rudder
1. PENDAHULUAN
Latar Belakang
Indonesia merupakan Negara kepulauan
yang memiliki beribu-ribu pulau dengan
berbagai potensinya yang masih belum
dikembangkan secara maksimal. Untuk
menjaga kedaulatan NKRI dari ancaman
negara tetangga yang melakukan illegal
fishing ataupun klaim sepihak atas pulau
terluar, dibutuhkan sarana pengamanan yang
memadai misalnya pengadaan kapal patroli
yang cukup banyak, karena sebenarnya TNI
AL membutuhkan :
Kapal tempur cepat kelas menengah
ringan dan MTB (Motor Torpedo Boat)
yang stealth (anti radar)
Kapal selam ringan dengan awak kapal
maksimal 12 orang yang bisa memuat
banyak amunisi baik rudal maupun
torpedo
Kapal patroli cepat tanpa awak yang bisa
dikendalikan dan dipersenjatai dengan
rudal, senapan mesin, ataupun torpedo
Ranjau laut system kendali jarak jauh yang
langsung aktif apabila terdeteksi musuh
yang masuk wilayah territorial
(Wikipedia, ”Indonesia Military Force”.
2009)
Namun melihat situasi yang ada di
Indonesia sekarang, baik dari segi SDM,
sarana dan prasarana, serta budget yang
dimilki, TNI AL masih banyak membutuhkan
kelengkapan armada berteknologi tinggi untuk
lebih meningkatkan pertahanan nasional.
Sehubungan dengan hal tersebut, penulis
yang berasal dari Jurusan Teknik Sistem
Perkapalan, Fakultas Teknologi Kelautan ITS,
berencana merancang bangun Steering System
sebuah kapal tanpa awak yang difungsikan
sebagai kapal serbu cepat dengan ukuran
panjang kapal 9 meter yang diberi nama
USAB (Unmanned Surface Attack Boat)
untuk dioperasikan di wilayah perairan
Indonesia. Rancang bangun untuk pemilihan
Main Hull USAB ini juga sedang dikerjakan
oleh tim lain dari Jurusan Teknik Sistem
Perkapalan, FTK – ITS.
USAB adalah suatu konsep baru yang
dikembangkan dari USV (Unmanned Surface
Vehicles). Maka dengan adanya kapal patroli
tanpa awak, SDM yang dibutuhkan tidak
begitu banyak dan efisiensi waktu pun akan
meningkat.
Berdasarkan pemikiran di atas, maka
pada Skripsi yang berjudul “Studi
Perancangan Steering System pada
Unmanned Surface Attack Boat (USAB) 9
Meter Berbasis Micro Controller” ini akan
dilakukan perancangan steering system dengan
melakukan optimasi principal dimension
terlebih dahulu, kemudian melakukan
perhitungan, memilih dan membuat design
rudder, serta menentukan spesifikasi system
hidrolis yang dipakai pada USAB.
Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah
tertulis diatas maka perumusan masalah yang
terbentuk adalah bagaimana membuat
perancangan steering system pada konsep baru
kapal tanpa awak yaitu USAB (Unmanned
Surface Attack Boat).
Batasan Masalah Dari permasalahan yang harus diselesaikan
perlu adanya pembatasan masalah serta ruang
lingkup agar mempermudah pada saat
melakukan analisa dan permasalahan tidak
melebar, batasan tersebut adalah :
1. Dalam studi perancangan ini hanya sebatas
perhitungan rudder berdasarkan rules
Bureau Veritas (BV).
2. Steering Gear yang digunakan adalah
Sistem Hidrolis.
3. Tidak menganalisa system propulsi
ataupun system yang lainnya.
4. Otomatisasi menggunakan micro
controller hanya sebatasreferensi dan tidak
perlu dibahas secara detail.
5. Tidak mengkaji analisa ekonomis.
Tujuan Studi ini mempunyai tujuan untuk
merancang steering gear pada USAB dan
mengetahui force terbesar yang diterima
rudder dari beberapa variasi angle.
Luaran yang diharapkan 1. Steering system yang memungkinkan
diaplikasikan pada USAB berdasarkan tipe
rudder yang sudah dihitung dan dirancang.
2. Penulisan Skripsi ini bertujuan untuk
membuat riset tentang perkembangan
kapal-kapal serbu cepat tanpa awak di
Indonesia. Dan tujuan akhir yang
diharapkan adalah dapat memproduksi
secara nyata kapal patroli cepat tanpa
awak yang mungkin merupakan suatu
terobosan untuk pertama kalinya di
Indonesia.
.
2. TINJAUAN PUSTAKA
Deskripsi Kapal Patroli
Karakteristik utama kapal patroli sesuai
dengan fungsi utamanya yaitu menjaga
keamanan dan kedaulatan suatu wilayah
perairan negara tertentu, adalah memiliki
speed yang tinggi, mempunyai system
persenjataan yang cukup lengkap yaitu rudal,
senapan mesin, maupun torpedo. Bentuk
lambung juga mempengaruhi ketangguhan
kapal patroli saat harus melewati ombak dan
cuaca yang ekstrim. Maka seharusnya setiap
negara mempunyai armada kapal yang
memadai. Namun kenyataan yang ada di
Indonesia khususnya daerah Banda Aceh,
kapal patroli yang dimiliki Satuan Polisi Air
Polda Aceh hanya mampu mencapai jarak 12
mil dan tidak mampu menjangkau Zona
Ekonomi Eksklusif (ZEE) yang mencapai 200
mil, itu dikarenakan karena kapal patroli
mereka masih tergolong kelas C.
(http://wordpress Berita Politik Indonesia >>
Kapal Patroli Tak Tembus ZEE)
Gambar 1. Kapal Patroli milik Indonesia
Assymetric War
Paradigma lama yang terbentuk dari dulu,
perang diidentikkan dengan tentara di garis
depan pertempuran. Kini seiring dengan
perkembangan teknologi yang begitu
canggih, paradigm lama itu berangsur-angsur
berubah menjadi paradigma baru yaitu
dilakukan dari jarak jauh dengan
menggunakan remote controller.
Salah satu konsepnya adalah Unmanned
Survace Vehicles (USV) atau lebih dikenal
dengan sebutan kapal tanpa awak. Vehicles
ini dalam medan pertempuran selain
digunakan sebagai pengintai musuh juga
digunakan sebagai mesin penghancur target
sasaran karena sudah dilengkapi dengan
kamera berteknologi tinggi dan dapat pula
dipersenjatai dengan rudal-rudal penghancur
yang mempunyai daya ledak maksimal.
Sedangkan definisi dari Asymmetric War
adalah perang yang tidak seimbang antara
dua kubu dikarenakan perbedaan
kelengkapan armada ataupun equipment yang
dimiliki, itu bisa terjadi karena faktor budget.
Unmanned Surface Vehicles (USV) Design
Protector (USV)
Protector USV dikembangkan oleh
Rafael Israel Advanced Defense Systems dalam
menanggapi munculnya ancaman teroris terhadap
aset maritim , dan merupakan USV tempur
pertama yang telah beroperasi.
Protector USV ini memiliki panjang 9 meter
(30 kaki), dengan kemampuan dapat mengintai
secara sembunyi – sembunyi, cepat dan sangat
mudah bermanuver. Struktur kapal yang
aerodinamis, dan desain platform modular
memungkinkan untuk dikonfigurasi ulang
untuk memenuhi persyaratan perubahan misi,
seperti perlindungan kekuatan, anti-teror,
pengawasan dan pengintaian, serta untuk
peperangan. Lambung kapal berbentuk V,
dengan bagian karet memberikan stabilitas dan
daya tahan. Memiliki mesin diesel tunggal dan
propulsi water jet, memungkinkan kecepatan
hingga 50 knot (92,6 km / jam; 57,5 mph).
Protector USV ini memberikan peningkatan
pengawasan, identifikasi dan kemampuan
intersepsi dengan dilengkapi Mini-Typhoon
Stabilized Weapon System, TOPLITE Electro
Optic dan sistem penargetan dengan
kemampuan siang dan malam melalui
penggunaan perangkat Forward Looking
Infrared, dan ditambah dengan pengukur jarak
laser.
Protector USV ini dikendalikan dari jauh
dan dapat dioperasikan dengan bimbingan dari
seorang komandan dan operator yang berada di
darat atau di kapal lain. Hal ini memungkinkan
untuk menjadikannya sebagai baris pertama
pada pertahanan.
Gambar 2. Kapal Patroli milik Indonesia
Black Eyes Sea (BES)
Amerika Serikat sebagai negara adidaya
memiliki teritorial yang membutuhkan
pertahanan tingkat tinggi. Pemerintah Amerika
Serikat baru-baru ini mengembangkan USV
yang diberi nama BES (Black Eyes Sea) yang
di-design oleh George Boucly. BES
mempunyai panjang 6 meter dengan 3 water
jet sebagai tenaga penggerak, mampu melaju
dengan kecepatan maksimal mencapai 70
knot. BES juga dilengkapi dengan kamera
pengintai, pemindai serta sonar.
(http://woldnews.com BES The Unmanned
Craft For Sea Surveillance - Future
Technology Design)
Gambar 3 BES (Black Eyed Sea) USV milik
Amerika Serikat
Gambar 4 Kamera Pengintai dan Pemindai BES
(Black Eyed Sea)
Kemudi Kapal (Rudder)
Banyak macam alat-alat mekanis yang
dipakai untuk menentukan dan mengatur arah
haluan atau manouvering kapal, salah satunya
adalah kemudi. Fungsi kemudi
Gambar 5 Rudder
adalah memberikan balance pada kapal baik
dalam putaran maupun arah gerak lurus.
Sirkulasi kapal
Perubahan letak kemudi kapal kesamping
kiri atau kanan maka akan terjadi gaya tekanan
normal pada setiap kemudi.gaya tersebut
membuat pergerakan tertentu dari kapal
menuju kearah pusat. Sesudah perubahan letak
kemudi membentuk sudut dari sumbu tangent
maka gerakan kapal akan mengarah pada
gerakan lama dari titk berat kapal dan berputar
mengelilingi titik itu. Jadi luas putaran
territorial gerakan kapal tersebut disebut
sirkulasi.
Waktu sirkulasi terbagi dalam tiga
periode (phase) :
Periode pertama : mulai saat kemudi diputar
sehingga membentuk sudut kemudi, sampai
saat kapal mulai berputar. (waktunya
relatif kecil, dianggap = 0)
Gambar 6 Sirkulasi Periode Pertama
Periode kedua : mulai pada saat ini
kecepatan sudut putar bertambah sampai pada
saat kecepatan sudut konstan
Gambar 7 Sirkulasi Periode Kedua
Periode ketiga : Periode ketiga mulai saat
keseimbangan tercapai percepatan sudut dan
percepatan tangensial; V1 kedua-duanya akan
berhenti dan gaya sentrifugal diimbangi oleh
gaya-gaya tahanan air. Jari-jari lengkungan R
menjadi konstan dan akhirnya titik G akan
keluar dari turning circle, maka periode ketiga
akan berakhir.
Phase ketiga dicapai sesudah haluan
mencapai sudut kira-kira 150o dari arah mula-
mula.
Pada waktu kapal berputar akan terlihat
suatu titik yang seakan-akan titik tersebut
tidak ikut berputar. Titik itu disebut “centre
of pivoting”
Gaya Normal Kemudi
Besarnya gaya yang bekerja pada kemudi
menurut “Guler” adalah :
Pn = k g
F v2 sin2α (Kg)
Dimana: K = Koefisien
∂ = Berat 1 m3 air yang
melewati kemudi
(bd.air)
g = 9,81 m/det
F = Luas kemudi
V = kecepatan kemudi
α = sudut kemudi oleh
“rankie”
Pn = 11F.V2 sin2α (Kg).
Pengaruh baling-baling terhadap kemudi
berdasarkan “rankie’s formula” dengan
koreksi-koresi oleh midden dorf
menghasilkan :
Untuk sciling vessel dan paddel bonts
Pn = 11 F (1,1V)2sin2α (kg).
Untuk screw vessel
Pn = 11F(1,2V)2sin2α (Kg).
Sedangkan menurut Yoessel, gaya normal
dirumuskan
Pn =sin305,0195.0
sin..942.1022
sVF
(untuk kapal-
kapal lambat)
Pn =sin3,02.0
sin..293,522
sVF
(untuk kapal
cepat α> 25o dan Vs>20knot).
Rumus lain dalam satuan inggris
Pn = k.A1,04.Vs1,85 (lbs)
Dimana: A= luas daun kemudi (ft2)
Vs= kecepatan kapal
dalam ft/det.
k= koefisien tergantung
dari :
α 10⁰ 15⁰ 20⁰ 30⁰ 35⁰
k 0,55 0,78 1 1,35 1,52
Sedangkan menurut Bureau Veritas (BV)
gaya yang berlaku pada rudder dapat diketahui
dengan rumus :
CR = 132 nR A V r1 r2 r3
Dimana : CR = rudder force
nR = navigation coef. (lihat
tabel 4.1)
A = total area rudder blade
(m2)
V = service speed
r1 = shape factor, yaitu :
r1 =
sedangkan, λ =
Gambar 8 Geometri Rudder Blade
Pengaruh badan kapal pada kerja kemudi
Pada gerakan maju kapal, pengaruh ini
sangat tergantung pada dua faktor :
1. Adanya aliran arus
2. Adanya belokan arus pada bidang
horisontal
Misalnya :
Pengaruh semua faktor yang terjadi dalam
percobaan kecepatan yang telah dilakukan
pada model-model kapal yang mempunyai 1
atau 2 baling-baling menghasilkan kenyataan
bahwa pengaruh yang paling besar pada
kemudi adalah adanya “aliran arus” laut
dimana aliran tersenut dapat memperkecil
gaya yang bekerja pada kemudi sampai
sekitar 60%. Bentuk dari kemudi tidak begitu
memberikan perubahan pengaruh aliarn arus
pada kemudi.
Kecepatan air bersama-sama dengan letak
kemudi, dapat dihitung dengan rumus
VH = Vo (I-y)
Vo = Kecepatan kapal
Y = Koefisien aliran air pada buritan
kapal
Bentuk Geometris Kemudi
1. Dipandang dari letak sayap kemudi
terhadap porosnya, maka kemudi dibagi :
Kemudi biasa, dimana semua luas
kemudi terletak dibelakang sumbu
putar kemudi
Kemudi balansir, dimana luas sayap
kemudi terbagi dua, bagian dimuka
sumbu putar kemudi dan dibelakang
sumbu putar kemudi. Tergantung pada
letak tangkap lift terhadap kemudi
Kemudi setengah balansir, bagian atas
sayap kemudi termasuk kemudi biasa,
bagian bawah merupakan kemudi
balansir, sedangkan bagian atas dan
bawah merupakan satu bagian).
2. Dipandang dari sulfies (sepaut linggi),
dibagi:
Kemudi meletak
Kemudi menggantung
Kemudi setengah menggantung
3. Dipandang dari konstruksinya, dibagi:
Kemudi plat (satu lapis plat)
Kemudi berongga.
Kemudi special (khusus).
Sistem Hidrolis
Hidrolis adalah sebuah sistem tenaga fluida
yang merupakan salah salah satu sistem yang
memindahkan dan mengontrol energi yang
menggunakan gaya tekan fluida dalam hal ini
fluida cair. Sistem dan prinsip kerja hidrolis ini
hampir sama dengan prinsip kerja dan sistem
pada sistem pneumatis. Perbedaan diantara
kedua sistem tersebut hanya pada jenis fluida
yang digunakan. Pada sistem pneumatis, fluida
yang digunakan adalah fluida udara. Sedangkan
pada sistem hidrolis, fluida yang digunakan
adalah fluida cair yang memiliki kekentalan zat
cair tertentu. Hydroulic actuator ini memiliki
dua sistem gerak atau motion. Yaitu single
acting motion dan double acting motion.
Keduanya hanya dibedakan oleh rangkaian
kerja sistem. Sistem pada hidrolis ini
mempunyai tiga rangkaian kerja yaitu working
cilynder, control devices dan power unit.
Penurunan tekanan
Gaya yang bekerja pada torak hidrolis dapat
dicari dengan persamaan sebagai berikut :
P = A
F
dimana :
A = luas penampang bidang kompresi
pada torak
F = perbedaan tekanan
maka :
F = P . A ..............(N)
Kapasitas Aliran Fluida
Dengan luas penampang bidang kompresi,
kecepatan aktuator dapat diperoleh dengan
persamaan sebagai berikut :
V = t
l ..............(m/s)
Sedangkan untuk kapasitas aliran dapat didapatkan
dari persamaan sebagai berikut :
Q = V . A..............(m3/s)
Dimana : V = kecepatan fluida (m/s)
A = luas penampang bidang
kompresi (m2)
Sedangkan power (P) yang dihasilkan adalah :
Power = F . v..............(Nm/s)
Dimana : F = gaya (N)
v = kecepatan fluida (m/s)
Selain itu, P juga dapat dicari dengan persamaan :
P (kW) = [T(N/m) . ω(rad/s)]/1000 atau
P (kW) = [T(N/m) . N(rpm)]/9550
dan t (s) = 1 / N(rev/min)
Micro Controller
Micro Controller adalah sistem mikroprosesor
lengkap yang terkandung di dalam sebuah chip.
Mikrokontroler berbeda dari mikroprosesor serba
guna yang digunakan dalam sebuah PC, karena
sebuah mikrokontroler umumnya telah berisi
komponen pendukung sistem minimal
mikroprosesor, yakni memori dan interface I/O.
Mikrokontroller yang paling sering digunakan
adalah tipe ATmega8.
Berbeda dengan CPU serba-guna,
mikrokontroler tidak selalu memerlukan memori
eksternal, sehingga mikrokontroler dapat dibuat
lebih murah dalam kemasan yang lebih kecil
dengan jumlah pin yang lebih sedikit.
Sebuah chip mikrokontroler umumnya
memiliki fitur:
Central Processing Unit - mulai dari
prosesor 4-bit yang sederhana hingga prosesor
kinerja tinggi 64-bit.
Input/output antarmuka jaringan seperti
port serial (UART)
Periferal seperti timer dan watchdog
RAM untuk penyimpanan data
Pembangkit clock - biasanya berupa
resonator rangkaian RC
Pengubah analog-ke-digital
Gambar 9. Micro Controller ATmega8
3. METODOLOGI PENELITIAN
Pendahuluan
Pada bab ini akan diuraikan langkah-
langkah sistematis yang dilakukan dalam studi
perancangan ini. Metodologi merupakan kerangka
dasar dari tahapan penyelesaian skripsi.
Metodologi penulisan skripsi mencakup semua
kegiatan yang akan dilaksanakan untuk
memcahkan masalah dan melakukan proses
analisa terhadap permasalahan yang dibahas pada
skripsi ini.
Tahapan Pengerjaan Skripsi
Selama pengerjaan skripsi ini, penulis
membagi dalam beberapa tahap pengerjaan.
Antara lain :
1. Identifikasi Permasalahan Merupakan hasil identifikasi terhadap
permasalahan yang diangkat dalam
pengerjaan skripsi. Dari hasil identifikasi
masalah dapat ditentukan langkah-langkah
yang harus dilakukan dalam pengerjaan
beserta metode yang diterapkan dalam
menyelesaikan masalah yang ada.
2. Studi Literatur Pada tahap ini dilakukan studi literatur
terhadap berbagai referensi terkait dengan
topik penelitian. Studi pustaka ini
dimaksudkan untuk mencari konsep dan
metode yang tepat untuk menyelesaikan
masalah yang telah dirumuskan pada tahap
sebelumnyadan untuk mewujudkan tujuan
yang dimaksudkan. Studi pustaka ini juga
termasuk mencari referensi dan dasar-dasar
teori terkait atau hasil studi/penelitian yang
telah dilakukan sebelumnya.
3. Pengumpulan Data Selama penulisan skripsi ini penulis
melakukan pengumpulan data untuk
pengerjaan skripsi. Data yang didapat untuk
menunjang pengerjaan skripsi ini diperoleh
dari internet, jurnal, maupun kumpulan artikel
yang terkait. Data yang diambil adalah
sebatas data principal dimension kapal-kapal
pembanding USV (Unmanned Surface
Vehicles) yang sudah ada untuk melakukan
optimasi pada tahap selanjutnya.
4. Optimasi Principal Dimension Menentukan principal dimension dari
Unmanned Surface Attack Boat (USAB) yang
akan dirancang sesuai dengan tujuan yang
dimaksud. USAB ini didesain akan mampu
beroperasi pada cuaca dan ombak ekstrim
dengan kecepatan tinggi. Pada pengerjaan
optimasi principal dimension dilakukan
dengan cara regresi linier.
5. Perhitungan & Pemilihan Rudder Setelah mendapatkan principal dimension
yang sesuai dari regresi linier, maka
selanjutnya dilakukan perhitungan serta
pemilihan rudder berdasarkan SOLAS dan
regulasi yang berlaku lainnya.
6. Variasi Angle Rudder Variasi angle rudder dilakukan untuk
mengetahui besar force pada tiap-tiap angle,
yaitu 0˚; 7,5˚; 15˚; 22,5˚ dan 30˚. Simulasi variasi angle rudder menggunakan
software ANSYS CFD.
7. Perhitungan Sistem Hidrolis Steering gear yang digunakan USAB disini
adalah berupa sistem hidrolis, dalam tahap ini
dilakukan perhitungan dan pemilihan
spesifikasi sistem hidrolis.
.
8. Analisa Dan Pembahasan Tahapan terakhir setelah melakukan langkah-
langkah diatas yaitu menganalisa dan validasi
semua data yang telah didaptkan.
9. Kesimpulan dan Saran Kesimpulan diambil berdasarkan analisa data
dan perhitungan yang dilakukan sebelumnya.
Kesimpulan ini berisi tentang ringkasan dan
poin-poin penting dalam pengerjaan skripsi.
Sedangkan saran merupakan hal-hal apa saja
yang dapat dijadikan masukan dan perbaikan
untuk kedepannya.
4. ANALISA DAN PEMBAHASAN
Data USV
Setelah dilakukan survey dan pencarian data
melalui literature, maka diperoleh data dan
spesifikasi USV yang sudah ada sebelumnya
untuk melakukan optimasi principal dimension,
sebagai berikut :
REKAPITULASI DATA KAPAL PEMBANDING
Nama kapal Disp L(m) B(m) T(m) H(m) Vs BHP
Rafael 4.97 9 3 0.48 1.65 50 450
Sea Hunter 5.3 9.28 3.20 0.54 1.74 43 450
Odyssey 6 9.8 3.3 0.62 2.4 40 440
Challanger 5.4 10 2.70 0.56 1.6 40 660
Silver Marlin 5.7 10.6 3.50 0.60 1.90 44 315
Extreme 2.5 11.3 3.2 0.53 2.2 50 440
33SC 3.4 10.4 2.4 0.6 1.7 54 650
Seastar 6 11 3.5 0.60 2.3 45 940
Inspector 24 1.89 7.9 2.40 0.58 1.3 35 209
Deagel 4.8 11 3.35 0.9 2.1 35 440
Tabel 1 Rekapitulasi data kapal pembanding
4.1.1 Grafik T-Vs
Grafik 1 T-Vs
y = 0.001x2 - 0.113x + 3.267
Vs= 40 T = 0.347
Dengan Vs 40 knot maka didapatkan T = 0,347
4.1.2 Grafik BHP-Vs
Grafik 2 BHP-Vs
y = -1.190x2 + 115.9x - 2247.
Vs 40 Bhp= 485.00
Dengan Vs 40 knot maka didapatkan BHP = 485
4.1.3 Grafik Disp-Vs
Grafik 3 Disp-Vs
y = -0.027x2 + 2.384x - 46.38
Vs = 40
Disp= 5.78
Displacement yang didapatkan adalah 5,78
4.1.4 Grafik L-Vs
Grafik 4 L-Vs
y = -0.004x2 + 0.405x + 0.186
Vs = 40
LOA = 9.6
L disini yang dimaksud adalah LOA, yaitu sebesar
9,6 m
4.1.5 Grafik B-Vs
Grafik 5 B-Vs
y = -0.007x2 + 0.636x - 10.56
Vs= 40 B= 3.68
Maka nilai B yang diperoleh adalah 3,68 m
4.1.6 Grafik H-Vs
Grafik 6 H-Vs
y = -0.003x2 + 0.287x - 4.447
Vs= 40 H = 2.23
H yang didapatkan adalah 2,23 m
Design USAB
Principal Dimension of USAB :
LOA : 9,6 meter
Lwl : 7,62 meter
Lpp : 7,46 meter
B : 2,85 meter
T : 0,65 meter
Cb : 0,32
ß : 25
LCG : 3,12 meter
Vs : 40 knot
Gambar 10 Design USAB menggunakan Maxsurf Pro
Perhitungan Rudder
Gambar 11 Preliminary Design Rudder
A = A1+A2
Dimana A = total area rudder blade (m2)
Maka : A = A1+A2
57cm2 + 55cm2 = 112 cm2
= 1,12 m2
Rudder Force
CR = 132 nR A V r1 r2 r3
Namun untuk mencari rudder force berikut
harus ditemukan dulu parameter-parameter yang
berkaitan.
Dimana : CR = rudder force
nR = navigation coef. (lihat
tabel 4.1)
A = total area rudder blade
(m2)
V = service speed
r1 = shape factor, yaitu :
Gambar 12 Luasan AF pada Rudder
Luasan AF didapatkan dari desain pada AutoCAD berdasarkan bentuk geometri rudder blade pada rules BV.
Maka diperoleh nilai AF = 27 cm2
λ =
λ =
= 1,76
Maka r1 = = 1,25
Karena USAB menggunakan rudder dibelakang
propeller maka diambil coefficient r3 = 1,15
Navigation Notation Navigation Coefficient
nR
Unrestricted navigation 1,00
Summer Zone 0,95
Tropical Zone 0,85
Coastal Area 0,85
Sheltered Area 0,75
Tabel 2 Navigation Coefficient (r1)
CR = 132 nR A V r1 r2 r3
= 132. 0,85. 1,12. 5,14. 1,25. 0,9. 1,15
= 835,64 N
Rudder Torque
MTR total = MTR1 + MTR2
MTR1 = CR1 r1 MTR2 = CR2 r2
Dimana : r = b
Maka : r1 = b1
r1 = 28,31
= 48,12
r2 = b2
r2 = 28,31
= 71,34
Kemudian mencari CR1 dan CR2dengan rumus :
CR1 = CR .
= 835.
= 257 N
CR2 = CR .
= 835.
= 409 N
Setelah itu baru bisa dihitung MTR nya :
MTR1 = CR1 r1
= 275. 48,12
= 13233 N
MTR2 = CR2 r2
= 409. 71,34
= 29718 N
Maka MTR total adalah :
MTR1 + MTR2
= 13233 + 29718
= 42411 N
Variasi Angle Rudder
Force pada rudder angle 15˚ diketahui dari
hasil simulasi CFD sebesar 1007 N.
Gambar 13 Hasil setelah simulasi pada angle 0˚
Force pada rudder angle 7,5˚ diketahui dari
hasil simulasi CFD sebesar 1393 N.
Gambar 14 Hasil setelah simulasi pada angle 7,5˚
Force pada rudder angle 15˚ diketahui dari
hasil simulasi CFD sebesar 2873 N.
Gambar 15 Hasil setelah simulasi pada angle 15˚
Force pada rudder angle 22,5˚ diketahui dari
hasil simulasi CFD sebesar 5181 N.
Gambar 16 Hasil setelah simulasi pada angle 22,5˚
Force terbesar ditemukan pada angle 30˚
(ketika rudder bermanuver secara
penuh/maksimal) sebesar 8500 N.
Gambar 17 Hasil setelah simulasi pada angle 30˚
Berikut tabel rekapitulasi hasil simulasi
pada ANSYS CFD dengan memvariasikan angle.
Angle (◦) Force (N)
0 1007
7.5 1393
15 2973
22.5 5181
30 8500
Grafik 7 Angle vs Force
Dari Grafik Angle vs Force diatas
menunjukkan bahwa semakin besar angle rudder
ketika kapal bermanuver maka semakin besar pula
force (gaya) yang diterima bidang rudder dari
aliran air karena luas permukaannya.
Pemilihan Spesifikasi Piston Hidrolis
Dengan F = 866,75 kg/cm2 harus dicari piston
yang mempunyai spesifikasi yang mampu
mengcover force tersebut, maka dipilih piston
Taiyo 70/140H-5 yang mempunyai spesifikasi
sebagai berikut :
Type 70H-5 mempunyai pressurized area
sebesar 19,6cm2 dengan bore 50mm. Maka dari
sini dapat dihitung F yang mampu di-cover, yaitu :
F = P.A
= 70 . 19,6
= 1372
Sedangkan F dari area rudder ketika angle 30˚
(berbelok maksimal adalah 866 kg/cm2. Maka
spesifikasi piston masih memenuhi.
Kesimpulan
Dari serangkaian langkah perhitungan dan
pembahasan diatas, maka kesimpulan yang dapat
diambil adalah sebagai berikut :
1. Dari hasil perhitungan manual berdasarkan
rules BV didapatkan Rudder Force CR
sebesar 835,54 N.
2. Force terbesar yang diperoleh melalui
variasi angle dari hasil simulasi sebesar
8500 N dengan angle 30˚ (rudder berbelok
maksimum).
3. Besarnya force dari perhitungan manual
berdasarkan rules BV sebesar 835,64 N
(asumsi angle pada 0˚), sedangkan force
yang diperoleh dari simulasi variasi angle
rudder 0˚ sebesar 1007 N.
4. Rated Pressure pada piston sebesar 70
kg/cm2 dengan pressurized area sebesar
19,6 cm2
Saran
1. Adanya perhitungan dan perancangan
yang detail mengenai otomatisasi melalui
micro controller dengan bantuan software,
sehingga USAB dapat dikendalikan dari
jarak jauh.
2. Skripsi ini masih jauh dari sempurna, perlu
dilakukan riset lebih lanjut untuk
perancangan Unmanned Surface Vehicles
(USV) khususnya di Indonesia.
DAFTAR PUSTAKA
Bureau Veritas (BV), Part B – Hull and
Stability, Chapter 10 – Hull Outfitting,
Section 1 – Rudder. 2005
ABS (American Bureau Shipping) –
High Speed Craft. 2001
Wikipedia, The Future of Unmanned
Fast Patrol Boat”. 2008
Wikipedia, “Indonesia Military Force”.
2009
(http://worldnews.com BES The
Unmanned Craft For Sea Sueveillance-
(Future Technology Design)
(http://wordpress Berita Politik
Indonesia >> Kapal Patroli Tak Tembus
ZEE
Item/Series 70H-5
Rated Pressure 70kg/cm2
Max. Surge Pressure 105kg/cm2
Proof. Pressure 105kg/cm2
Min. Working Pressure Less than 3kg/cm2
Operating Temperature -10ᵒ ~ +80ᵒ C
Max. Operating Speed 300mm/sec
Min. Operating Speed 10mm/sec
Load Pressure Ratio over than 0,9