Optimasi desain dan analisis kekuatan struktur sayap komposit dengan variasi material, thickness, arah serat dan kondisi batas menggunakan MSC Patran Nastran (studi kasus pesawat UAV CH-4)

Abstract

Struktur pada pesawat terbang berfungsi untuk mentransfer beban-beban yang terjadi pada permukaan pesawat ke bidang lain yang memiliki kekuatan lebih besar sehingga komponen pesawat tidak mengalami kegagalan karena setiap komponen menerima beban yang relatif kecil. Pada perancangan struktur sayap pesawat terbang, hal paling utama yang harus diperhatikan adalah masalah berat dan kekuatan struktur. Struktur yang dibuat harus memiliki kekuatan maksimal dengan berat seringan mungkin serta memenuhi faktor keamanan (safety factor). Penelitian ini melakukan desain optimasi dan analisis kekuatan stuktur sayap pesawat dengan memvariasikan jenis material, thickness dan kondisi batas. Jenis material yang diaplikasikan dalam penelitian ini adalah komposit carbon/epoxy T300/N5208, Alumunium dan Titanium. Material komposit dengan berbagai varisasi susunan arah serat dimana lamina disusun secara simetris dengan arah serat (90°/90°/90°/90°)s, (45°/45°/45°/45°)s, (0°/0°/0°/0°)s, (0°/0°/90°/90°)s dan (0°/45°/-45°/90°)s dan ketebalan per layer nya sebesar 0,000125 m atau 0,125 mm. Thickness dibuat seragam dari wingroot sampai dengan wingtip, kemudian thickness dibuat bervariasi dengan membagi tiga section sayap. Kondisi batas diposisikan di ujung spar dan diposisikan di bagian ujung skin sayap. Desain optimasi dan analisis kekuatan struktur Ribs, Spar dan Skin menggunakan Patran Nastran. Objek penelitian ini pada perancangan geometri sayap mengambil studi kasus pada jenis pesawat UAV CH4 Rainbow milik TNI AU. Dalam penelitian ini diperoleh  stress dan weight pada ketebalan yang seragam dan posisi kondisi batas di spar untuk material komposit sebesar 75,8 MPa, 2,228 x 103 Kg. Material alumunium sebesar 59,2 MPa, 3,871 x 103 dan material titanium sebesar 59,2 MPa, 6,168 x 107 . Desain optimasi dilakukan dalam penelitian ini dengan cara memvariasikan ketebalan dan menambah posisi kondisi batas di ujung skin sayap, diperoleh stress, defleksi dan weight untuk material komposit sebesar 551 MPa , 0,675 m, 277 Kg. Material alumunium memperoleh stress dan weight sebesar 59,2 MPa, 3871 Kg dan material titanium sebesar 59,2 MPa, 6168 Kg. Dengan demikian, desain struktur sayap pesawat UAV CH-4 Rainbow yang paling optimal adalah komposit dengan variasi ketebalan spar dan rib (1 cm, 0,75 cm, 0,5 cm) serta skin (0,375 cm, 0,25 cm, 0,125 cm).