Berita Terbaru

Teknologi Pustekbang

Kegiatan Pustekbang


LSU

PENELITIAN DAN PENGEMBANGAN TEKNOLOGI LSU (LAPAN Surveillance UAV)

Program LSU adalah pengembangan pesawat tanpa awak yang didesain sebagai sarana pembelajaran yang praktis mengenai teknologi pesawat terbang, sekaligus mengembangkan teknologi UAV untuk berbagai Misi, Program ini cukup mengangkat nama LAPAN, beberapa produk LSU, telah mampu menjalankan berbagai misi, dan terus akan menajamkan misi nya di 3 bidang, yaitu : pertahanan, kebencanaan dan pemetaan resolusi tinggi. Program LSU ini telah menghasilkan 5 jenis prototype UAV, yaitu LSU-01, 02, 03, 04 dan 05. Misi yang telah dijalani juga beragam, seperti pemantauan mitigasi bencana (gunung-api dan banjir ), pemantauan untuk pertanian, operasi pengamanan dan latgab ABRI dan misi terbang jauh untuk mencatatakan rekor MURI dengan terbang nonstop 200 km.

1. Optimasi Kinerja UAV LSU-01

UAV LSU-01 adalah pesawat yang diimport dari Amerika. Pesawat ini berukuran kecil dengan bentang sayap 1880 mm dan panjang 1100 mm. Berat pesawat kosong hanya 1,3 kg. Sedangkan kemampuan berat take off maksimum adalah 3 kg. Kecepatan Crusing pesawat adalah 45 km/jam.Dari data sheet, pesawat ini mampu terbang selama kurang lebih satu jam tergantung ukuran baterai yang digunakan.

Untuk menerbangkan UAV ada tiga mode yang digunakan, yaitu : (1) Mode manual. Mode ini biasa digunakan untuk keperluan take off dan landing. Mode manual pesawat dapat dikontrol penuh dari Remote Control (RC), seperti aeleron, rader, elevator dan lain lain. (2) Mode stabil. Selain pesawat masih bisa dikontrol menggunakan RC juga mempunyai kemampuan untuk menstabilkan diri jika RC netral. Mode ini dapat digunakan untuk keperluan take off dan landing dengan lebih aman jika dibanding mode manual.

Selain itu mode ini juga dapat digunakan untuk pengendalian terbang jarak dekat dengan lebih mudah dan aman menggunakan RC. (3) Mode autonomous. Mode ini banyak digunakan untuk terbang jarak jauh.Pada kondisi ini UAV terbang secara otomatis dipandu oleh GPS, Gyro dan kompas untuk melewati titik-titik yang telah ditentukan.Rute ini dapat diubah saat UAV sedang terbang dengan syarat masih terjangkau oleh radio telemetri.Ketiga mode ini dapat di ubah ubah menggunakan switch pada Remote Control.

Sistem autonomous UAV telah banyak dijual dengan beberapa merk hardware dan sebagian software telah ada dalam bentuk open source.Dalam kesempatan ini telah dilakukan pengkajian terhadap dua jenis autopilot, yakni Fyeteck dan Ardupilot.

Optimasi kinerja UAV LSU-01 yang telah dilakukan meliputi optimasi system autopilot hardware dan software, system telemetri, optimasi peletakan baterai, system landing dengan jaring, auto take off dan landing, optimasi system gimbal kamera, optimasi system auto capture kamera, skenario pengambilan gambar, dan optimasi system pengolahan data. Secara keseluruhan, optimasi yang dilakukan memperoleh hasil yang baik dan sudah berhasil memperbaiki kekurangan kinerja pada LSU-01.

2. Pemodelan LSU-01

Wahana terbang UAV (Unmanned Aerial Vehicle) harus mampu terbang tanpa awak, stabil, mengikuti way point dan menjalankan misi sesuai yang ditentukan. Oleh karena itu, UAV tersebut harus diberikan system kendali yang memadai agar UAV dapat mengikuti trayektori yang ditetapkan.

Pemodelan merupakan langkah awal yang harus dikerjakan agar dapat dilakukan rancang bangun system kendali.Sebagai langkah awal di tahun 2013 diturunkan persamaan gerak LSU-01 dalam bentuk persamaan keadaan (state space) dalam model longitudinal dan lateral-direksional. Langkah selanjutnya yaitu desain sistem kendali PID untuk mengendalikan gerak UAV mengikuti way point yang sudah ditentukan.

Software yang digunakan yaitu Datcom untuk memberikan kesimpulan sistematis dari sebuah metoda untuk estimasi stabilitas dan karakteristik sistem kendali dalam perancangan awal dan aplikasinya. Digital Datcom menghitung stabilitas statik, daya angkat maksimum, kendali permukaan, dan karakteristik turunan dinamik. Program Datcom dikembangkan secara modular berbasis gambar geometris. Perhitungan nilai parameter LSU-01 menggunakan piranti lunak SolidWork, Datcom, Excel.Sedangkan untuk penurunan model matematika digunakan software di atas dengan dilengkapi Matlab.


Berdasarkan data kondisi dan konfigurasi terbang serta karakteristik aerodinamik diketahui bahwa UAV mempunyai sifat stabil statis.Pemodelan wahana terbang adalah permasalahan yang sulit oleh karena itu diperlukan banyak disiplin ilmu pengetahuan.Model dinamika terbang UAV berhasil diturunkan dalam bentuk persamaan keadaan dalam matra longitudinal dan lateral direksional.Hasil pengujian secara lingkar terbuka (open loop) diketahui bahwa akar karakteristik matra longitudinal sudah sesuai dengan mode akar karakteristik wahana terbang.

Bagian riil dari akar karakteristik (pole) gerak longitudinal berharga negatif berarti bahwa sistem mempunyai sifat stabil static.Akar karakteristik matra lateral-direksional sudah sesuai dengan mode akar karakteristik wahana terbang.Nilai akar berharga negatif gerak lateral-direksional dan 1 akar bernilai 0 (nol) berarti bahwa sistem mempunyai sifat stabil dinamik.Untuk memperbaiki waktu capaian (settling time) dan memperkecil lewatan (overshoot) maka diperlukan sistem kendali.

3. Optimasi Kinerja UAV LSU-02

UAV LSU-02 adalah sebuah UAV yang air frame nya telah 100% dibuat di Pustekbang LAPAN. Air frame ini secara umum mencontoh UAV LSU-01.Dengan demikian pesawat ini masih perlu dilakukan kajian mengenai struktur dan aerodinamik untuk menghasilkan UAV dengan kinerja optimal.Selain tersebut di atas UAV ini juga masih perlu dilakukan optimasi pada bagian mesin dan muatan. Optimasi pada bagian mesin dilakukan untuk menghasilkan penggunaan bahan bakar yang efektif dan efisien. Selain itu juga engine mounting dan hal hal yang terkait dengan perlakuan mekanis mesin perlu diperhatikan. Sedangkan mengenai muatan selain memperluas jenis aplikasinya juga perlu dioptimalkan pada upaya upaya mengurangi redaman getaran yang disebabkan oleh mesin dan efek aerodinamika.

Untuk mengetahui kinerja LSU-02 secara aerodinamik maka telah dilakukan perhitungan secara simulasi menggunakan software Xplane9.Optimasi sistem propulsi LSU-02 difokuskan pada tune up engine untuk menghasilkan thrust dan penggunaan bahan bakar yang efektif dan efisien. LSU-02 dalam bidang aerostrutur telah mengalami perbaikan terutama pada sayap dan landing gear.Pada tahun ini telah dilakukan pengujian sayap UAV LSU-02 dengan cara terbang dengan kecepatan penuh.

Dalam bidang avionik pesawat UAV LSU-02 telah mengalami beberapa kemajuan diantaranya jika dulu pesawat ini hanya bisa terbang secara manual sekarang telah terbang secara autonomous. Pada waktu take off dan landing pesawat ini menggunakan mode manual atau stabil sedangkan pada waktu cruising menempuh jarak yang jauh menggunakan mode autonomous. Selain sistim kontrol di atas UAV LSU-02 juga telah dilengkapi dengan muatan kamera dan video yang berfungsi untuk merekam kegiatan surveillance.

Selain itu, optimasi yang dilakukan juga meliputi system landing dengan jaring, auto take off dan landing, serta optimasi system auto capture kamera.

Kegiatan aplikasi dan diseminasi untuk UAV LSU-02 yaitu latihan gabungan uji coba senjata strategis dengan TNI AL pada tanggal 2-9 Mei 2013 di Laut Jawa sekitar pulau Bawean. Melakukan pemetaan wilayah latihan TNI AD.Pesawat ini juga berhasil mendapatkan rekor MURI sebagai pesawat tanpa awak yang berhasil terbang dengan menempuh jarak terjauh yaitu 199.8945 km.


4. Reverse Engineering LSU-02

Proses reverse engineering LSU-02 diawali dengan melakukan pembahasan mengenai Design Requirements &Objectives yang menjadi titik tolak reverse engineering ini. DR&O memberikan parameter-parameter yang harus dicapai dalam proses reverse engineering pesawat. Dalam hal ini, pesawat disyaratkan untuk beroperasi sebagai platform utility ringan yang dapat beroperasi dilingkungan laut dan dekat laut.Pesawat juga disyaratkan untuk dapat menjalankan misi observasi dengan mengunakan alat optik diatas suatu daerah tertentu serta dapat melakukan pengujian alat-alat scientific yang membutuhkan waktu terbang yang lama.

Parameter-parameter tersebut memberikan sebuah gambaran mengenai misi yang akan dilakukan oleh pesawat. Hal itu juga akan memberikan gambaran mengenai profil misi yang akan dijalani oleh pesawat untuk satu misi khas tertentu. Profil misi tersebut akan menentukan parameter-parameter yang harus dimiliki oleh pesawat.

Parameter lainnya yang sudah dilakukan sebagai proses reverse engineering LSU-02 adalah penentuan berat, penentuan luas sayap, konsep desain (pemilihan konfigurasi, penentuan geometri sayap, empennage dan fuselage, pemilihan dan peletakan system).


Proses analisis awal merupakan proses perhitungan, analisa, dan pengambilan keputusan yang dilakukan terhadap konfigurasi dan geometri pesawat yang telah dirancang. Pesawat akan melalui proses perhitungan untuk melihat apakah hasil penentuan berat dan ukuran awal memenuhi persyaratan dan sasaran desain yang ditentukan. Proses analisis awal ini meliputi analisis aerodinamik (pemilihan airfoil dan perhitungan koefisien CL, CD, CM), analisis prestasi terbang (prestasi jarak take off, prestasi climb, prestasi range dan endurance, prestasi stall, prestasi glide, dan prestasi jarak landing).

Design review membahas desain pesawat sesuai dengan apa yang telah dicapai. Proses review dilakukan secara berkala setelah sebuah iterasi pada level desain tertentu tercapai. Review dimaksudkan untuk dapat menganalisa kembali semua keputusan yang sudah diambil sebelumnya dalam semua tahapan perancangan, dalam hal ini perancangan konseptual.Kegiatan design review meliputi pembahasan desain, verifikasi perhitungan yang meliputi analisis numerik dan pengujian terowongan angin.

Dari hasil perhitungan dengan metode analitik dan numerik serta pengujian terowongan angin maka dapat disimpulkan bahwa :

  1. Untuk hasil perhitungan aerodinamik, metode numerik yang mendekati adalah menggunakan Datcom.
  2. Untuk hasil verifikasi, hasil pengujian dengan perhitungan numerik masih terlalu jauh sehingga perlu dikaji kembali.
  3. Hasil perhitungan datcom dapat digunakan untuk perhitungan prestasi terbang.

Perhitungan prestasi terbang harus diverifikasi dengan hasil uji terbang. Berikut adalah data yang bisa dijadikan sebagai DR&O atau hasil perhitungan prestasi terbang :


5. Rancang Bangun Pesawat LSU-05

Tahap-tahap yang dilakukan pada kegiatan rancang bangun LSU-05 ini sesuai pula dengan yang sudah dilakukan pada reverse engineering LSU-02. Proses perancangan diawali dengan pembahasan DR&O dan profil misi untuk menentukan parameter pesawat. Pencarian pesawat pembanding dimaksudkan untuk memberikan perkiraan awal terhadap bentuk-bentuk konfigurasi, ukuran-ukuran geometri, konsep operasi, dan hal-hal yang dibutuhkan untuk melengkapi sebuah sistem pesawat. Pesawat pembanding akan memberikan gambaran awal tentang pesawat-pesawat lain dengan parameter-parameter serupa yang akan dimiliki oleh LSU-05.

Parameter lain yang dilakukan dalam proses rancang bangun LSU-05 yaitu penentuan berat, penentuan luas sayap, konsep desain (pemilihan konfigurasi, penentuan geometri sayap, empennage dan fuselage, penentuan konsep struktur, serta pemilihan dan peletakan system).

Proses analisis awal juga meliputi analisis aerodinamik, analisis berat dan kesetimbangan (penentuan posisi Center of Gravity, Neutral Point dan CP, kestabilan longitudinal, lateral dan direksional), serta analisis prestasi terbang. Juga dilakukan proses design review agar memberikan sebuah feed back yang akan mengoptimalkan desain pada tiap tahapan perancangan.

Dari kegiatan yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan sebagai berikut:

  1.   Desain konfigurasi pertama telah di-freeze untuk dilakukan analisa lebih lanjut.
  2. Kegiatan telah mencapai tahap desain review pertama yaitu hingga tahap pengujian model terowongan angin awal.
  3. Model terowongan angin telah selesai dibuat dan telah dilakukan pengujian dengan hasil awal yang masih perlu dilakukan analisa untuk proses iterasi-iterasi selanjutnya.
  4. Hasil perbandingan antara numeric dan pengujian menunjukkan hasil yang tidak seperti yang diharapkan karena terdapat delta yang cukup besar yang kemungkinan diakibatkan oleh adanya faktor koreksi yang belum ditambahkan dan dipahami dalam proses pengujian di terowongan angin.

6. Perancangan Struktur UAV LSU-05

Perancangan struktur LSU-05 dimulai dengan analisis desain wing (sayap).Kemudian dilanjutkan dengan desain struktur fuselage yang meliputi konsep struktur fuselage, pemilihan material fuselage, load fuselage. Serta dilakukan pula perhitungan numerik awal struktur fuselage yang meliputi perhitungan numerik kekuatan struktur fuselage akibat beban wing maksimum, perhitungan numerik kekuatan struktur fuselage akibat beban thrust engine maksimum, dan perhitungan numerik kekuatan struktur fuselage akibat beban impak Main Landing Gear. Hasil yang didapat yaitu fuselage masih perlu di optimasi dan pembebanan berupa impak merupakan beban terbesar yang diterima oleh fuselage.

Dalam mendesain empennage diperlukan desain dan analisis kekuatan struktur Tail (ekor) yang oaling optimal baik horizontal tail, vertikal tail maupun boom.Sebelum menentukan bentuk empennage, dilakukan studi komparasi bentuk tail, dan studi komparasi boom.Kemudian dilakukan konsep struktur empennage. Material yang dipakai adalah paduan glass fiber reinforce polymer, polystryrene foam dan balsa wood.

Desain struktur juga dilakukan untuk Landing Gear. Landing Gear mempunyai fungsi untuk penyerapan energy pada waktu proses landing, untuk pengereman dan untuk proses taxi. Tipe Landing Gear yang digunakan pada LSU-05 adalah tipe fixed landing gear yang ringan, tidak rumit, murah dan perawatan mudah.

7. Sistem TTC (Telemetry Telecommand and Control)

Dalam melaksanakan setiap misi terbang diperlukan suatu sistem TTC (Telemetry Telecomand dan Communication) yang handal. Sistem tersebut tidak lapas dari teknologi RF (Radio Frekuensi), karena UAV yang digunakan bergerak dengan jangkauan tertentu, maka data-data yang dikirimkan dan diterima dari UAV ke ground control station atau sebaliknya harus menggunakan teknologi tanpa kabel, sehingga peran Radio Frekuensi ini muncul. Dalam mendisain sistem tersebut kita harus mengetahui kinerja dan karakteristik dari alat yang akan digunakan. Untuk itu diperlukan analisa dan pengujian dari semua alat yang dipasang pada LSU dan pada GCS untuk mengetahui apakah semua alat tersebut dapat bekerja dengan baik sesuai dengan perancangan yang telah dibuat.

Kegiatan litbangyasa system TTC untuk LSU meiputi revitalisasi mobil TTC, system TTC long range yang meliputi long range telemetri lebih dari 40 km, long range video real time, dan antenna tracker. System autopilot yang meliputi uji terbang autonomous long range yang sudah terlaksana dengan baik.

8. Pengujian dan Instrumentasi Data Akuisisi Sistem Propulsi

Salah satu sarana dan prasarana untuk mendukung kegiatan penelitian propulsi pesawat, yaitu sistem instrumentasi data akuisisi sistem propulsi pesawat terbang kecil.Kegiatan pengujian merupakan bagian dari kegiatan penelitian bertugas menguji dan mengolah data hasil pengujian. Sarana untuk mendukung kegiatan pengujian antara lain sensor, unit pengolah data, serta sarana pengujian berupa bantalan uji (test bed dan test stand).

Agar diperoleh data pengujian yang tepat, akurat dan cepat, diperlukan suatu unit peralatan yang mempunyai kemampuan tinggi, yang ditunjang dengan fasilitas hardware dan soft ware yang memadai. Instrumentasi data akuisisi pengujian yang dimiliki pada saat ini masih perlu disempurnakan lagi, karena dirancang dapat melakukan pengujian beberapa jenis mesin seperti mesin piston, jet engine dan turboprop untuk skala kecil. Sistem pengujian ini diharapkan dapat melakukan beberapa jenis pengukuran.

Ruang lingkup penelitian ini seperti kecepatan putar mesin (rpm), temperatur, tekanan, kecepatan aliran bahan bakar, konsumsi bahan bakar dan gaya dorong (thrust). Signal analog dari sensor gaya dorong akan diubah menjadi signal digital, sehingga dapat diolah melalui komputer. Melalui kegiatan ini dapat diketahui kinerja dari sistem propulsi mesin yang sedang diuji. Beberapa parameter, melalui mengujian dapat diukur langsung antara lain : gaya dorong , tekanan, kecepatan aliran bahan bakar dan temperatur pembakaran, sedang parameter seperti power (horse power), kecepatan aliran bahan bakar dan koefisien gaya dorong dapat ditentukan dan diturunkan dari data hasil pengukuran tersebut diatas.

Hasil dari kegiatan penelitian ini adalah desain awal test bed/test stand multidimensi engine sistem knock down, survey system instrumentasi data akuisisi pengukuran dan melakukan setting dan test performa engine. Kegiatan tersebut sudah berjalan.Namun masih terdapat beberapa kekurangan sehingga tidak semua kegiatan berjalan dengan baik.

9. Sistem Propulsi LSU

Kegiatan ini secara khusus menyediakan mesin dan komponen propulsi untuk LSU dan melakukan uji mesin yang mendukung prestasi terbang UAV dengan optimal.Kegiatan ini dilakukan untuk merakit, menyalakan dan mengetahui performansi mesin dan prestasi terbang dari segi propulsi untuk melakukan kegiatan pengembangan ataupun integrasi propulsi UAV.

Kegiatan yang dilakukan adalah pemilihan mesin LSU-02 dan LSU-03, pemilihan mesin LSU-05, perhitungan rasio gaya dorong terhadap berat pesawat LSU-05, pemilihan propeller pesawat LSU-05, pengadaan mesin, dan penentuan karakteristik Electronic Fuel Injection (EFI) untuk pesawat nir awak jenis LSU-05.

Teknologi EFI digunakan sebagai perangkat sistem propulsi motor bakar piston di mesin. Teknologi EFI ini memberikan tenaga maksimal namun tetap hemat bahan bakar, melalui sistem pengaturan penyedia bahan bakar dan oksigen secara elektronik agar mampu menyesuaikan dengan kondisi di sekitarnya.

Penelitian tentang Penentuan Karakteristik Sistem EFI untuk pesawat nir awak jenis LSU-05, dilakukan berdasarkan metode analitis terhadap perhitungan persamaan gaya dorong dari mesin motor bakar piston, dan trade of terhadap beberapa jenis perangkat EFI untuk pesawat nir awak.

10. Litbangyasa Small Turbojet Engine

Prinsip kerja mesin pesawat UAV pada dasarnya sama dengan mesin pesawat udara yang lain yaitu mempercepat aliran massa udara dan hasil pembakaran ke satu arah dengan prinsip hukum gerak Newton ketiga, dimana mesin akan mengalami dorongan ke arah yang berlawanan. Prinsip kerja mesin iniadalah merubah energi kimia yang terkandung di dalam bahan bakar menjadi mekanik sehingga menghasilkan Thrust yang digunakan untuk mendorong pesawat udara untuk dapat bergerak maju. Mesin piston adalah salah satu jenis mesin yang diterapkan di pesawat udara. Di dalam sistem piston pengapian awal harus dilakukan dalam waktu yang cepat dengan sistem pencampuran bahan bakar dan udara harus berada pada temperatur yang tinggi, untuk mendapatkan energi yang besar diperlukan supplai bahan bakar dengan jumlah dan waktu injeksi yang tepat.

Pesawat yang menggunakan mesin piston umumnya menggunakan propeller sebagai tenaga pendorong untuk menghasIlkan thrust. Bentuk penampang dari propeller itu sendiri sama seperti sayap, yaitu juga berbentuk airfoil. Sehingga pada saat propeller berputar maka akan menghasilkan gaya dorong atauthrust sehingga pesawat dapat bergerak ke depan. Pesawat dengan mesin piston ini merupakan jenis pesawat ringan atau biasa di sebut dengan light aircraft. Pesawat ini mempunyai daya jelajah yang kecil dan ketinggian terbang yang tidak terlalu tinggi sehingga mesin piston banyak digunakan untuk aeromodeling maupun pesawat UAV.

Kebutuhan akan jarak tempuh yang lebih luas, emisi berkurang dan kecepatan yang lebih tinggi pada pesawat UAV telah menyebabkan pengembangan sistem propulsi dengan elektromotor. Ada beberapa keuntungan dengan digunakannya motor listrik (electromotor) dan baterai sebagai sumber daya propulsi. Pertama adalah dari segi tidak berisiknya motor listrik. Dikarenakan tidak adanya ledakan atau pembakaran di dalam motor listrik, maka sistim propulsinya tidak terlalu mengganggu dalam hal suara.Sepuluh tahun belakangan ini, motor listrik sudah mulai banyak digunakan sebagai sumber daya untuk propulsi pesawat terbang UAV. Dimulai dari banyaknya mobil mainan anak-anak, perahu bertenaga baterai, hingga akhirnya pesawat terbang yang dikendalikan dengan radio kontrol. Semakin meluasnya penggunaan pesawat UAV yang bertenaga baterai, diantaranya dipengaruhi oleh ditemukannya berbagai sistem motor listrik maupun sumber daya baterai yang memadai untuk digunakan di dunia aeromodeling.

Kegiatan riset ini sangat penting untuk dilakukan karena keberhasilan dalam pengembangan small engine gas turbin akan memiliki dampak yang sangat luas khususnya dalam hal teknologi. Turunan dari small turbojet engine dapat dimanfaatkan sebagai penghasil daya untuk penggerak mesin atau pembangkit listrik, sedangkan pengembangan berikutnya dari small engine gas turbin ini adalah mesin turbojet atau turbofan yang memiliki gaya dorong lebih besar. Diharapkan hasil riset ini dapat menjadi langkah awal bagi penguasaan teknologi mesin-mesin berbasis turbin gas dan khususnya penguasaan teknologi mesin turbojet.

Kegiatan penelitian ini meliputi desain awal sistem kontrol penyalaan untuk small turbojet engine dan desain awal impeller dan diffuser kompresor sentrifugal untuk turbojet engine.

Hasil dari kegiatan penelitian ini adalah simulasi awal dari komponen kompresor sentrifugal aplikasi small turbojet engine, kajian mengenai sistem kontrol penyalaan (ECU) untuk small turbojet engine dan pra-desain ecu untuk kontrol penyalaan mesin turbojet.

Penggunaan system penyalaan secara elektronis dapat memberikan beberapa dampak yaitu : meningkatkan ketelitian dalam hal pengukuran, sistem kendali menjadi lebih kompleks, meningkatkan reliability dalam pengperasian mesin turbojet, dan menghemat sumber daya (waktu, tenaga, bahan bakar).


Kontak kami :
Pusat Teknologi Penerbangan
Jl. Raya LAPAN Rumpin Bogor Jawa Barat
Telepon (021) 75790383 Fax. 75790383

 
my widget for counting
Visitors
© 2017 - Pusat Teknologi Penerbangan