ccitonline.com

1. Author Complete Name :
   Vincent – 2306155344
   
2. Affiliation :
   Departemen Teknik Mesin, Universitas Indonesia
   
3. Abstract
   Studi Kasus ini menggunakan pendekatan DAI5 Framework untuk menganalisa ke-aerodinamis-an airfoil NACA 2412 melalui simulasi Computational Fluid Dynamics (CFD). Dengan kesadaran penuh terhadap (Deep Awareness), studi ini berfokus pada analisis pengaruh geometri dan sudut serang (AOA) airfoil terhadap aliran udara di sekitarannya. Idealization dilakukan dengan asumsi aliran inkompresibel dan steady-state. Hasil simulasi menunjukkan bahwa geometri Naca 2412 sudah sangat optimal untuk dunia penerbangan. Pendekatan DAI5 memungkinkan integrasi kesadaran spiritual, niat luhur, dan keilmuan dalam proses optimasi teknis, mendukung tujuan keberlanjutan dan efisiensi dalam dunia penerbangan.
   
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 memegang peranan vital pada struktur pesawat terbang. NACA 2412 yang memiliki karakteristik camber moderat dan ketebalan menengah sudah banyak digunakan dalam pesawat ringan seperti Cessna 172s. Namun, bagus jeleknya performa airfoil ini sangat bergantung pada sudut serang (AOA) yang diterapkan.
   

c) Initial Thinking (about the Problem):
– Menganalisis Masalah Secara Sistematis: Efisiensi pesawat sangat dipengaruhi oleh kinerja airfoil terhadap berbagai sudut serang (AOA).

– Integrasi studik kasus airfoil Naca 2412 dengan PINN (Physical Information Neural Network)

– Mengurai Masalah: Fokus pada hubungan antara sudut serang, koefisien angkat (CL), dan koefisien hambat (CD), dan CL/CD.

– Prinsip-Prinsip Dasar: Menggunakan hukum Bernoulli, Reynold Numbers, dan persamaan Navier-Stokes.

Persamaan bernoulli menjelaskan bagaimana kecepatan aliran pada sebuah benda dapat menyebabkan perbedaan tekanan yang mengakibatkan gaya angkat.

Persamaan Navier-stokes menjelaskan hukum konservasi momentum linier dan massa pada fluida. Mengaitkan tegangan normal dan geser yang terjadi pada fluida saat berdeformasi dengan total gaya yang bekerja serta percepatan dari aliran itu.

– Analisis State-of-the-Art: CFD memungkinkan simulasi akurat tanpa eksperimen fisik yang mahal.

6. Methods & Procedures
d) Idealization:
Pada analisis ini, aliran fluida dianggap sebagai fluida inkompresibel, serta berada dalam kondisi steady state (a = 0). Model yang digunakan adalah Model turbulensi k-ε standard dan viscosity turbulence model.

e) Instruction (Set):

• Membuat geometri NACA 2412 (dapat dilakukan dengan mengimport data dari Naca 4 digit generator,
• Melakukan meshing di airfoil,
• Menetapkan boundary conditions,
• Memvariasikan sudut serang dari -4° hingga 20°,
• Menjalankan simulasi steady-state untuk setiap sudut serang,
• Ekstrak koefisien lift (Cl) dan drag (Cd),
• Analisis rasio Cl/Cd untuk menentukan sudut optimal,
• Refleksi dan iterasi hasil berdasarkan prinsip DAI5.

7. Results and Discussion

Gambar di atas merupakan hasil simulasi sederhana pada airfoil berbentuk persegi panjang dimana terdapat aliran udara sebesar 0.1 m/s di sisi atas dan bawah yang menghasilkan vektor kecepatan seperti di atas.

Sedangkan simulasi di bawah ini menggunakan SimScale untuk mensimulasikan Naca 2412. Geometri environment (lingkungan) yang digunakan sebesar 3.0 m x 2.5 m x 2.0 m.

Massa jenis aliran udara ditetapkan sebesar 1.196 kg/m^3, viskositas kinematika sebesar 1.529 x 10^-5, dan spesific dissipation rate 3.375 Hz kemudian diiterasi sebanyak 1000 kali.

Gambar di bawah ini merupakan visualisasi kontur viskositas turbulen yang dialami oleh airfoil Naca 2412. Daerah/marka berwarna biru yang lebih gelap berarti aliran tersebut merupakan aliran udara yang melalui airfoil.

Dapat dilihat, aliran udara bersifat laminar di sekitar airfoil dan turbulen di ujungnya.

Hasil simulasi ini menunjukkan bahwa tekanan di bagian depan dan bawah airfoil lebih besar dari permukaan atas yang menciptakan gaya angkat (lift force) pada airfoil.

Variasi sudut serang atau angle of attack (AOA)

Apabila kita menggunakan student airfoil interactive yang disediakan oleh nasa, lalu menyetel camber % sebesar 2% dan cord thickness sebesar 12% (sesuai dimensi dari Naca 2412), akan kita peroleh angle of attack di mana lift coefficient (CL) bernilai 0 adalah ketika α = -2° dan bernilai maksimum (1.56) ketika α = -16°

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.

9. Acknowledgments
Saya mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Prof. Dr. Ir Ahmad Indra Siswantara atau yang lebih akrab disapa Pak DAI serta teman-teman kelas metode numerik-02 sekalian atas dukungan moral dan spiritual dalam penyelesaian tugas besar ini.

10. References
1. Galley Talks. (July 15, 2024). Cessna 172 Skyhawk: Pesawat Inovatif dan Andal untuk Aneka Keperluan. IndoAviation Plus. https://indoaviation.asia/cessna-172-skyhawk-pesawat-inovatif-dan-andal-untuk-aneka-keperluan/

2. Nafroni, Byan Wahyu Riyandwita, Palka Adripta. 2022. Effect of Variation of Angle of Attack on Lift and Drag Coefficient of Flat Plate Wing on Flying Inflatable Boat. Department of Mechanical Engineering, Faculty of Industrial Technology, Universitas Pertamina, Department of Technical (Engineering, Construction & Facilities Maintenance), Elnusa Petrofin, Indonesia.

3. Prof. Dr. Ir. Harinaldi, M. Eng. 2020. Mekanika Fluida Dasar. Lab Mekanika Fluida Teknik Mesin, FTUI.

4. Siswantara, A. I. (2024). DAI5 Framework for Engineering Problem Solving. Edisi R12.

5. Anderson, J. D. (2017). Fundamentals of Aerodynamics. McGraw-Hill Education.

6. Versteeg, H. K., & Malalasekera, W. (2007). An Introduction to Computational Fluid Dynamics: The Finite Volume Method Second Edition. Pearson. England.

7. NACA 4 Digit Generator. http://airfoiltools.com/airfoil/naca4digit

11. Appendix

1. Tabel CL vs AOA
2. Tabel CD vs AOA
3. Tabel CL/CD vs AOA
4. Cessna 172s
5. Vektor kecepatan hasil simulasi airfoil sederhana di CFDSOF
6. Simulasi viscosity turbulence Naca 2412 di SimScale