ccitonline.com

1. Author Complete Name :
   Ganda Sibarani – 2306229203
2. Affiliation :
   Departemen Teknik Mesin, Universitas Indonesia
3. Abstract
   Studi kasus ini mengkaji performa aerodinamis pada pesawat nirawak (Unmanned Aerial Vehicle/UAV) tipe fixed wing dengan konfigurasi airfoil berbeda pada wing tip (NACA 5412) dan wing root (NACA 4412), menggunakan simulasi Computational Fluid Dynamics (CFD). Pendekatan analisis dilakukan melalui kerangka DAI5 Framework, yang mengintegrasikan kesadaran diri yang mendalam (Deep Awareness), niat yang terarah (Intention), pemikiran awal terhadap permasalahan (Initial Thinking), idealisasi sistem (Idealization), serta penyusunan strategi implementasi (Instruction-Set). Idealization dilakukan dengan mengasumsikan aliran udara bersifat inkompresibel dan steady-state. Hasil simulasi menunjukkan bahwa variasi geometri airfoil secara signifikan memengaruhi distribusi tekanan dan pola aliran udara, yang berdampak pada efisiensi gaya angkat dan performa penerbangan. Pendekatan DAI5 tidak hanya mendorong optimalisasi teknis berbasis metode numerik, tetapi juga menyatukan dimensi spiritual dan etis dalam proses rekayasa, sejalan dengan prinsip keberlanjutan dalam pengembangan teknologi UAV.
4. Author Declaration
   a) Deep Awareness (of) I
   Penulis menyadari bahwa studi kasus ini tidak akan mungkin bisa diselesaikan tanpa seizin Tuhan YME serta software-software dan AI yang membuat studi kasus ini menjadi mungkin untuk diselesaikan.
   
   b) Intention of the Project Activity
   Studi kasus ini bertujuan untuk menyediakan data-data hasil simulasi serta mengungkap keterkaitan metode numerik dengan simulasi CFD unutk menciptakan airfoil yang lebih efisien guna mendukung teknologi penerbangan yang berkelanjutan, dengan menjunjung tinggi nilai-nilai etika, kejujuran akademik, dan kebermanfaatan bagi masyarakat luas di masa depan.
5. Introduction
   Airfoil merupakan elemen krusial dalam menentukan karakteristik aerodinamis pesawat terbang, khususnya pada UAV tipe fixed wing. Dalam studi ini, digunakan konfigurasi kombinasi NACA 4412 pada wing root dan NACA 5412 pada wing tip, dengan tujuan mengoptimalkan distribusi gaya angkat sekaligus meningkatkan stabilitas penerbangan. Kedua airfoil ini, yang memiliki karakteristik camber besar dan aspect ratio yang yang tinggi dengan bentangan 2,16 meter sehingga dapat memaksimalkan gaya angkat. Namun, kinerja optimal dari masing-masing airfoil sangat dipengaruhi oleh sudut serang (Angle of Attack, AOA) yang saya terapkan sebesar -2 derajat dan sudut dihedral sebesar 3derajat, sehingga analisis numerik melalui simulasi CFD menjadi penting untuk memahami perilaku aliran dan menentukan konfigurasi terbaik untuk misi UAV.

c) Initial Thinking (about the Problem):
Bagaimana konfigurasi kombinasi airfoil NACA 4412 (wing root) dan NACA 5412 (wing tip) dapat meningkatkan kestabilan pasif dan efisiensi aerodinamis UAV fixed wing pada berbagai sudut serang (AOA)?

Konsep yang berlaku: Hukum Bernoulli, Reynold Numbers, dan persamaan Navier-Stokes.

Persamaan Bernoulli menjelaskan hubungan antara kecepatan aliran fluida dan tekanan statis di sepanjang garis arus. Dalam konteks aerodinamika, perbedaan kecepatan aliran udara di atas dan di bawah permukaan airfoil menghasilkan distribusi tekanan yang tidak merata, yang pada akhirnya menciptakan gaya angkat (lift) yang memungkinkan benda terbang untuk bertahan di udara.

Persamaan Navier-Stokes merupakan formulasi matematis dari hukum kekekalan momentum linier dan massa pada fluida. Persamaan ini menggambarkan bagaimana tegangan normal dan tegangan geser yang timbul akibat deformasi fluida berkaitan langsung dengan distribusi gaya total serta percepatan aliran fluida tersebut. Dalam analisis dinamika fluida, persamaan ini menjadi dasar untuk memprediksi perilaku aliran, baik dalam kondisi laminar maupun turbulen, serta sangat krusial dalam simulasi numerik seperti Computational Fluid Dynamics (CFD).

6. Methods & Procedures
d) Idealization:
Penyederhanaan model dilakukan dengan:

• Asumsi aliran subsonik dan steady-state (tidak berubah terhadap waktu).
• Asumsi fluida inkompresibel.
• Model linear pada region tertentu dari sudut serang.
• Mengabaikan efek turbulensi kompleks dan fenomena transien.

Penyederhanaan ini membantu analisis awal dan tetap memperhatikan batasan validasi secara ilmiah maupun etis

e) Instruction (Set):

Langkah-langkah teknis yang saya ambil:

• Mengimpor airfoil ke XFLR5.
• Melakukan analisis XFoil untuk tiap profil.
• Membangun model sayap dan konfigurasi wahana.
• Menjalankan simulasi polar dan menentukan performa pada berbagai sudut alpha.
• Menginterpretasi titik-titik kestabilan dan efisiensi aerodinamis dari grafik Cl, Cd, Cm, serta rasio Cl/Cd.
• Mengevaluasi hasil dalam konteks desain dan kebutuhan misi.

NACA 5412

NACA 4412

Airfoil Flat Plate yang Digunakan untuk Ekor

Gambar Teknik UAV

7. Results and Discussion

Simulasi saat Wahana dalam Sudut Aplha Stabil dengan Berat 5000 Gram

menggunakan XFLR5

Tampilan Polar View dari Simulasi Wahana dalam Segala Sudut Aplha (dengan titik hitam menggambarkan titik kestabilan pasif dari wahana) pada XFLR5

8. Conclusion, Closing Remarks, Recommendations
Dengan menggunakan DAI5 Framework, Studi Kasus Aplikasi Metode Numerik dalam Airfoil Pesawat NACA-2412 2D Menggunakan CFD ini menunjukkan bahwa pendekatan yang sadar dan terstruktur akan menghasilkan optimasi teknis yang lebih bermakna. Penulis merekomendasi studi lanjutan untuk analisis unsteady flow dan simulasi 3D untuk validasi hasil simulasi ini

Pendekatan berbasis DAI5 Framework memungkinkan integrasi antara kesadaran diri, niat keberlanjutan, dan perumusan solusi teknis secara sistematis. Framework ini tidak hanya memperkuat landasan perancangan secara metodologis, namun juga memperkaya makna di balik proses rekayasa yang dilakukan, menjadikannya lebih holistik dan reflektif.

Untuk pengembangan lanjutan, disarankan melakukan validasi eksperimental terhadap hasil simulasi, seperti pengujian di wind tunnel atau flight test berskala kecil. Perlu dikaji lebih lanjut pengaruh perubahan AOA ekstrem terhadap kemungkinan stall dinamis menggunakan software CFD dengan mesh lebih halus dan model turbulensi yang lebih kompleks. DAI5 dapat dikembangkan sebagai pendekatan pembelajaran teknik berbasis kesadaran dan tanggung jawab etis dalam pendidikan tinggi.

9. Acknowledgments
Saya mengucapkan terima kasih kepada:

• Semua rekan diskusi dan sahabat yang membantu dalam proses belajar ini.
• Dosen pengampu mata kuliah Metode Numerik.
• Departemen Teknik Mesin Universitas Indonesia.
• Pengembang XFLR.

10. References
-Prof. Dr. Ir. Harinaldi, M. Eng. Mekanika Fluida Dasar. Lab Mekanika Fluida Teknik Mesin, FTUI.

– Siswantara, A. I. DAI5 Framework for Engineering Problem Solving. Edisi R12.

– Anderson, J. D. Fundamentals of Aerodynamics. McGraw-Hill Education.

-Daniel Raymer, Aircraft Design, American Institute of Aeronautics and Astronautics

– Mohammad H. Sadraey, Aircraft Design: A Systems Engineering Approach, Wiley

– John P. Fielding, Introduction to Aircraft Design, Cambridge

– Egbert Torenbeek, Advanced Aircraft Design: Conceptual Design, Analysis and Optimization of Subsonic Civil Airplanes, Wiley

– NACA 4 digit airfoil generator (NACA 5412 AIRFOIL) : http://airfoiltools.com/

– NACA 4412 (naca4412-il): http://airfoiltools.com/

11. Appendix

1. Tabel CL vs AOA
2. Tabel CD vs AOA
3. Tabel CL/CD vs AOA
4. XFLR5