Simulasi Aerodinamika Lebih Ringkas Menggunakan Fluent Aero
Penulis: Riqy Rizqyandra – CAE Engineer PT Optimaxx Prima Teknik (2023)
PENDAHULUAN
High lift system seperti flap dan slot telah lama digunakan di dalam industri penerbangan. Flap dan slot digunakan untuk menurunkan take-off speed pesawat dan mempercepat pesawat untuk mencapai cruising altitude. CFD diperlukan untuk mensimulasi dan memvalidasi pesawat terbang yang telah dirancang. Dengan CFD kita dapat memvariasikan kondisi pesawat pada ketinggian tertentu dan angle of attack tertentu dengan mudah.
Pada simulasi ini kita akan mensimulasikan pesawat terbang dengan flap dan slot. Pesawat akan disimulasikan dengan variasi angle of attack 4.34°, 10.47°, 14.54°, 18.58°, 20.59°, 21.57°. Pesawat akan disimulasikan dengan kecepatan Mach number 0.175. Ketinggian pesawat diasumsikan pada 0 km. Tujuan dari simulasi ini adalah untuk mengetahui perfomansi dari pesawat terbang. Data yang akan didapat adalah lift to drag ratio, Mach number contour, dan pressure coefficient pada sayap. Data pressure coefficient yang akan diambil dapat dilihat pada gambar di bawah.
DOMAIN SIMULASI
Pesawat yang disimulasikan memiliki panjang 4.9 m dan lebar sayap pesawat 2.3 m. Dari geometri tersebut akan dibuatkan domain fluida berbentuk persegi panjang. Pembuatan domain menggunakan software Space Claim Design Modeller. Panjang domain dan hasil domain dapat dilihat gambar di bawah.
Pembuatan mesh menggunakan fluent meshing. Pada simulasi ini akan menggunakan polyhedral mesh. Untuk keperluan demonstrasi, mesh yang dibuat berupa coarse mesh. Hasil mesh dapat dilihat pada gambar di bawah:
SETUP
Simulasi ini menggunakan software fluent aero. Fluent aero merupakan software yang dikhususkan untuk mensimulasikan aerodinamika. User interface dan workflow dari fluent aero mempermudah user untuk mensimulasikan aerodinamika. Fluent aero dapat diakses melalui fluent launcher, rubah capability level ke enterprise, lalu pilih fluent aero.
Geometric properties berfungsi untuk mengatur arah kecepatan angin dan referensi dimensi pesawat terbang. Moment center, reference length, dan reference area berfungsi untuk menghitung moment coefficient, Reynold number, drag coefficient, dan lift coefficient.
Airflow physics berfungsi untuk memilih solver, menentukan model turbulen, dan properti udara. Karena ini aliran subsonic dapat digunakan Pressure based solver. Secara default model turbulen K-omega SST. Properti udara yang digunakan adalah gas ideal.
Simulation condition berfungsi untuk menentukan kondisi penerbangan dari pesawat terbang. Pada bagian ini kita dapat menentukan berapa kecepatan pesawat, angle of attack, dan ketinggian pesawat. Disini kita juga dapat melakukan variasi simulasi seperti pada gambar 8. Gambar 8 menunjukan memvariasikan angle of attack pada kecepatan dan ketinggian konstan.
POST-PROCESSING
Fluent aero memiliki kapabilitas untuk merangkum semua variasi yang telah ditentukan oleh pengguna.Hasil yang didapat dapat berupa data kuantitatif dan data kualitatif. Contoh data kualitatif seperti pada gambar 13 dan gambar 14. Vector velocity plot pada gambar 13 yang menunjukan induced lift drag. Kita juga bisa melihat trailing vortices menggunakan pathline plot seperti pada gambar 15.Pada tahap set-up kita telah memvariasikan angle of attack. Fluent aero dapat mengeluarkan seluruh koefisien dan gaya pada setiap angle of attack yang disimulasikan. Contoh rangkuman dari seluruh simulasi dapat dilihat pada gambar 9 yang menunjukan grafik drag polar, sehingga kita langsung mengetahui berapa lift to drag ratio. Seluruh hasil simulasi ini dapat diexpot ke .csv file yang dapat kita olah lebih lanjut seperti pada gambar di bawah
REFERENSI
Murayama, M. and Yokokawa, Y. “Numerical Simulation of Half-span Aircraft Model with High-lift Devices in Wind Tunnel,” AIAA Paper 2008-333, Jan. 2008
Detail studi kasus, geometry, dan hasil eksperimen : https://hiliftpw.larc.nasa.gov/index-workshop3.html
Tutorial youtube fluent aero : https://youtu.be/FpCQjgggFFw
0 comments