Penelitian Sistem Hidrolik

PEMODELAN SISTEM HIDROLIK PENGGERAK FLAP PADA PESAWAT LATIH DASAR KT-1B MENGGUNAKAN MATLAB V6.5 Karseno Kridosupono Mohammad Ardi Cahyono STTA, Jl. Janti Blok R lanud Adisutjipto Yogyakarta Telp. (0274) 451262, 451263 fax. (0274) 451265 e-mail: [email protected] Abstrak Sistem hidrolik telah diterapkan secara luas pada dunia industri termasuk di pesawat terbang. Sistem hidrolik pada pesawat terbang biasanya digunakan sebagai penggerak bidang kendali (elevator, aileron, rudder, dan lain-lain) dan landing gear. Kelebihan sistem hidrolik adalah sangat fleksibel dan memiliki tenaga yang cukup besar. Pesawat Latih Dasar (Basic Trainer Aircraft) KT-1B adalah pesawat yang dimiliki TNI AU yang dipergunakan untuk mendidik para calon penerbang TNI AU. Pesawat ini diproduksi oleh Korea Aerospace Industries. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis karakteristik dinamika dari sistem hidrolik tersebut. Salah satu cara untuk memperoleh prediksi karakteristik suatu sistem dinamik adalah dengan membuat model matematik dari sistem tersebut kemudian melakukan simulasi untuk mendapatkan gambaran respon dari sistem dinamik yang sedang dikaji. Program komputer yang digunakan pada penelitian ini adalah Matlab V6.5. Dengan menggabungkan antara penerapan metode pemodelan dan penggunaan program simulasi komputer maka akan diperoleh prediksi respon dari sistem yang dimodelkan. Gambaran respon sistem ini akan memberikan suatu pemahaman atas karakteristik dinamika sistem tersebut. Kata kunci: hidrolik, flap, KT-1B, karakteristik, sistem dinamik, model matematik, matlab, pemodelan, simulasi, respon. PENDAHULUAN Pada era modern ini kebutuhan angkutan udara semakin besar. Pesawat terbang merupakan salah satu alat transportasi yang banyak diminati karena dianggap sebagai alat transportasi yang cepat dan efektif terutama untuk perjalanan jauh misalnya perjalanan antar pulau dan lintas negara atau benua. Sistem hidrolik telah digunakan secara luas sebagai alat bantu permesinan termasuk pada sistem kendali pesawat terbang. Sistem hidrolik memiliki banyak kelebihan antara lain: ketepatan, fleksibel, rasio antara tenaga dan berat yang cukup tinggi, start yang cepat, presisi ketika berhenti, dan kesederhanaan operasinya. Tekanan operasinya cukup besar yaitu berkisar antara 1 sampai dengan 35 MPa. Dengan kelebihan-kelebihan ini maka sistem hidrolik sangat cocok diterapkan di pesawat terbang. Sistem hidrolik pada pesawat terbang digunakan sebagai penggerak bidang kendali antara lain: elevator, aileron, rudder, dan lain-lain dan sumber tenaga pada sistem yang lain seperti air brake, landing gear, ram door, dan lain sebagainya. Penerapan sistem hidrolik pada pesawat-pesawat

yang berkapasitas angkut besar sangat cocok karena tenaga sistem hidrolik ini sangat besar. Untuk kebutuhan penelitian dan pengembangan pada masalah ini maka karakteristik dinamik sistem hidrolik perlu dipelajari dengan cara membuat model dan melakukan simulasi pada model tersebut. SISTEM HIDROLIK PADA PESAWAT LATIH DASAR KT-1B Pesawat Latih Dasar KT-1B adalah pesawat yang dimiliki TNI AU yang dipergunakan untuk mendidik para calon penerbang TNI AU. Pesawat ini diproduksi oleh Korea Aerospace Industries. Spesifikasi umum dari pesawat ini ditunjukkan oleh gambar 1. Flap adalah bidang pada pesawat terbang yang berfungsi untuk menambah gaya angkat pesawat terbang. Flap biasanya berfungsi ketika pesawat terbang melakukan take-off dan landing. Flap tidak diaktifkan ketika pesawat sedang melakukan terbang jelajah (cruising). Flap pada pesawat latih dasar KT1B ditunjukkan pada gambar 2. Flap pada pesawat latih dasar KT-1B berfungsi ketika pesawat melakukan take-off dan landing.

dikalikan dengan massa jenis oli ρ (kg/m3) sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut: qdt = ρAdy (1) oli bertekanan tinggi

katup pilot

x

Gambar 1: Spesifikasi Umum Pesawat Latih Dasar KT-1B

y

silinder daya

Gambar 4: Servomotor Hidrolik Dengan mengasumsikan bahwa q sebanding dengan perpindahan katup pilot x maka dapat dirumuskan sebagai berikut: q ∞ x (2) atau

Gambar 2: Flap pada Pesawat Latih Dasar KT-1B Sistem hidrolik pada flap berfungsi sebagai alat daya (aktuator). Dengan menggunakan sistem hidrolik maka kerja pilot akan menjadi lebih ringan dibandingkan dengan sistem kendali terbang konvensional. Sistem hidrolik penggerak flap pada pesawat latih dasar KT-1B ditunjukkan oleh gambar 3 di bawah ini.

Gambar 3: Sistem Hidrolik Penggerak Flap pada Pesawat Latih Dasar KT-1B TEORI DASAR SISTEM HIDROLIK Servomotor hidrolik seperti ditunjukkan pada gambar 4 adalah aktuator yang dikendalikan oleh katup pilot. Gambar tersebut merupakan dasar dari sistem hidrolik. Semua gaya tekanan yang dihasilkan oleh silinder daya diatur oleh katup pilot. Penurunan persamaan servomotor hidrolik adalah sebagai berikut. Jika laju arus oli q (kg/det) dikalikan dengan dt (detik) harganya akan sama dengan perpindahan daya torak dy (m) dikalikan dengan luas penampang silinder daya A (m2)

q = K1x (3) Persamaan (1) dapat dimanipulasi menjadi sebagai berikut: dy (4) q = ρA dt Substitusi (3) ke (4) diperoleh persamaan sebagai berikut: dy (5) ρA = K1x dt Dengan menerapkan transformasi Laplace pada (5) diperoleh: ρAsY(s ) = K 1 X(s ) (6) Fungsi transfer dari servomotor hidrolik dapat dinyatakan dari (6) sebagai berikut: Y(s ) K = (7.a) X(s ) s dimana K K= 1 (7.b) ρA Sistem hidrolik pada pesawat latih dasar KT-1B menggunakan rangkaian pegas dan dashpot sebagai pengendali. Fungsi transfer pagas dan dashpot dapat diturunkan sebagai berikut: pegas dashpot y

x q R

Gambar 5: Rangkaian Pegas dan Dashpot Jika tekanan oli pada sisi kiri dan kanan torak adalah P1 (kg/m2) dan P2 (kg/m2). Ad adalah luas penampang torak (m2) pada dashpot dan k adalah konstanta pegas (N/m). Maka gaya yang bekerja

pada torak akan dilawan oleh gaya pegas sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut: A d (P1 − P2 ) = ky (8) Dengan mendefinisikan q adalah laju aliran oli yang melewati penghalang (kg/det) dan R adalah hambatan terhadap aliran pada penghalang (N.det/m2.kg) sehingga q dapat dinyatakan sebagai berikut: P − P2 (9) q= 1 R Aliran yang melalui penghalang selama dt (detik) harus sama dengan perubahan massa oli di sebelah kanan torak dalam waktu yang sama sehingga dapat dirumuskan sebagai berikut: q dt = A d ρ(dx − dy ) (10) Dimana ρ adalah kerapatan oli (kg/m3) Persamaan (10) dapat dimanipulasi menjadi sebagai berikut: q dx dy (11) − = dt dt A d ρ Substitusi (8) dan (9) ke (11) diperoleh: ky dx dy = + (12) dt dt RA d 2 ρ

Dengan menerapkan transformasi Laplace pada (12) maka diperoleh fungsi transfer sebagai berikut: Y(s ) Ts (13) = X(s ) Ts + 1 RA d 2 ρ k Sistem hidrolik penggerak flap pada pesawat latih dasar KT-1B dapat dilihat pada gambar 6 di bawah ini:

Dimana T =

selenoid

i

oli bertekanan tinggi

bK e a+b

X(s )

a a+b

K s Z(s )

Y(s )

Ts Ts + 1

Gambar 7: Diagram Blok dari Sistem Hidrolik Penggerak Flap pada Pesawat Latih Dasar KT-1B Dimana Ke adalah penguatan elektrik rangkaian flap control lever dan selenoid dan X adalah gerakan piston pada katup pilot [m]. RANCANGAN PENELITIAN Dari diagram blok gambar 7 dapat dibuat program Matlab-Simulink sebagai berikut:

Gambar 8: Program Matlab-Simulink Sistem Hidrolik Penggerak Flap pada Pesawat Latih Dasar KT-1B Diambil asumsi parameter sistem sebagai berikut: a = b, Ke = 1, K = 0,7, T = 1 SIMULASI Simulasi dilakukan dengan memberikan input step (tangga) pada model matematika dari sistem hidrolik penggerak flap pada pesawat latih dasar KT-1B. Simulasi dilakukan dengan input step 1 dan 0,5 satuan sehingga diperoleh hasil sebagai berikut:

katup pilot

a x pegas

flap

b

y

z dashpot

I(s )

silinder daya

Gambar 6: Sistem Hidrolik Penggerak Flap pada Pesawat Latih Dasar KT-1B Dengan mengembangkan (7.a) dan (13) pada sistem hidrolik yang ditunjukkan pada gambar 6 maka dapat disusun diagram blok sebagai berikut:

Gambar 9: Input step 1 Gambar 9, 10, dan 11 adalah hasil simulasi dengan input step 1 satuan. Gambar 9 adalah input

(masukan) merupakan perintah pilot berupa fungsi step 1 satuan.

Gambar 10: Gerakan piston pada katup pilot dengan input step 1

Gambar 11: Gerakan piston pada silinder daya dengan input step 1 Gambar 10 menunjukkan gerakan piston pada katup pilot dengan input berupa fungsi step 1 satuan. Gambar 11 menunjukkan gerakan piston pada silinder daya dengan input berupa fungsi step 1 satuan.

Gambar 12: Input step 0,5 Gambar 12, 13, dan 14 adalah hasil simulasi dengan input step 0,5 satuan. Gambar 12 adalah input merupakan perintah pilot berupa fungsi step 0,5 satuan.

Gambar 13: Gerakan piston pada katup pilot dengan input step 0,5 Gambar 13 menunjukkan gerakan piston pada katup pilot dengan input berupa fungsi step 0,5 satuan.

Gambar 14: Gerakan piston pada silinder daya dengan input step 0,5 Gambar 14 menunjukkan gerakan piston pada silinder daya dengan input berupa fungsi step 0,5 satuan. KESIMPULAN Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini adalah: 1. Gerakan bidang kendali flap untuk mencapai posisi yang diinginkan memerlukan waktu sekitar 6 detik (lihat gambar 11 dan 14). Hal ini sudah sesuai dengan kondisi di pasawat yang sesungguhnya. 2. Dengan menggunakan pemodelan ini maka respon bidang kendali flap dapat dipelajari dengan baik sehingga dapat memberi pemahaman yang baik atas kinerja sistem hidrolik tersebut. 3. Pemrograman menggunakan Matlab-Simulink sangat baik untuk keperluan penelitian pada sistem hidrolik ini karena sangat mudah dalam pemrograman sehingga dapat diperoleh hasil yang cepat dan memuaskan.

DAFTAR PUSTAKA 1. Bernard. PhD, “Aircraft Flight”, Longman Singapore Publisher, Singapore, 1989 2. Ogata, Katsuhiko, [terj. Edi Laksono], "Teknik Kontrol Otomatik Jilid 1", Penerbit Erlangga. 3. Harry L Stewart, “Pneumatics and Hydraulics”, Theodore Audel & Co, Indianapolis, New York, 1984 4. Irwing H Shames, “Mechanics of Fluids Fourth Edition”, McGraw-Hill, George Washington University, 2003 5. John Stringer, “Hydraulic System Analysis”, The Macmillan Press LTD, University of Sheffield, 1976 6. KT-1B Aircraft, “Maintenance Manual”, Korea Aerospace Industries, 2002