12
May

Simulasi Kekuatan Sayap Pesawat Terbang Menggunakan Ansys Fluent-Structure

Penulis: Riqy Rizqyandra – CAE Engineer PT Optimaxx Prima Teknik (2023)

PENDAHULUAN

Gambar 1. Struktur sayap pesawat terbang

Sebuah sayap pesawat terbang harus mampu menahan beban karena angin dan getaran mesin. Di dalam sayap pesawat terdapat sebuah struktur yang berfungsi untuk membuat sayap tersebut menjadi kokoh. Di dalam sayap tersebut terdapat ribs dan spar. Kedua struktur tersebut membuat sayap tetap rigid namun cukup elastis. Pada tulisan kali ini penulis akan mensimulasikan kekuatan sayap pesawat terbang menggunakan Ansys fluent dan structure. Input beban simulasi struktur berasal dari angin hasil CFD. Angin akan memberikan beban tekanan pada permukaan sayap pesawat, tekanan ini menyebabkan sayap terdeformasi. Nama simulasi ini adalah fluid structure interaction.

PRE-PROCESSING

Gambar 2. Domain simulasi CFD
Gambar 3. Struktur sayap pesawat simulasi FEA
Gambar 4. Mesh CFD
Gambar 5. Mesh FEA

Domain CFD berupa persegi panjang. Yang disimulasikan hanya setengah dari sayap menggunakan boundary condition symmetry. Mesh CFD menggunakan polyhexcore, mesh FEA menggunakan tetrahedral. Sayap pesawat memiliki panjang 200 mm lebar 400 mm.

SETUP

Gambar 6. Workflow simulasi FSI
Gambar 7. Boundary condition inlet CFD
Gambar 8. Material data
Gambar 9. Boundary condition FEA
Gambar 10. Import pressure dari CFD

Simulasi yang akan dilakukan adalah one way FSI. One way FSI merupakan simulasi satu arah dimana hasil simulasi tekanan udara dari CFD akan ditransfer ke permukaan sayap pesawat pada simulasi FEA. Pada simulasi one way, hanya CFD yang dapat memengaruhi FEA. Pertama simulasi CFD, hasil dari CFD akan ditransfer ke FEA. Dengan menggunakan Workbench kita dapat mudah memindahkan hasil simulasi satu ke lainnya. Udara mengalir dengan kecepatan Mach number 0.6 dengan angle of attack 5°.  Pada ujung sayap pesawat diberi fixed support. Beban sayap merupakan hasil dari CFD berupa imported pressure seperti pada gambar 9.

POST-PROCESSING

Gambar 11. Deformasi kulit sayap pesawat
Gambar 12. Equivalent stress kulit sayap pesawat
Gambar 13. Safety factor kulit sayap pesawat
Gambar 14. Deformasi spars&ribs sayap pesawat
Gambar 15. Equivalent stress spars&ribs sayap pesawat
Gambar 16. Safety factor spars&ribs sayap pesawat

Hasil simulasi menunjukan deformasi paling maksimum berada di ujung sayap. Gambar 12 dan gambar 15 menunjukan safety factor dari kulit, spars, dan ribs sayap pesawat. Hasil simulasi menunjukan bahwa sayap tersebut masih aman karena mayoritas memiliki safety factor 15.

Referensi

Marco Evangelos et al. 2021. Validation of Structural Modeling for Realistic Wing Topologies Involved in FSI Analyses: RIBES Test Case. Journal of Aerospace Engineering, USA.

S. Srividhya, K. Nehru, M. Subramanian. 2020. Fluid-Structure Interaction Study on an Aircraft wing model using ANSYS Coupling system. International Journal of Engineering Research and Applications, India.

Youtube tutorial Ansys Fluid-Structure Interaction: https://youtu.be/jY7wTJiXYuM