60
INCIDENT INVESTIGATION DRAG FORCE ON AIR TRAFFIC ACCIDENT STUDI FISIKA ENERGI SKRIPSI Diajukan sebagai Salah Satu Syarat untuk Menempuh Ujian Akhir Tingkat Sarjana pada Program Studi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Padjadjaran Oleh : FARDHAN ABDURRAHMAN 140310090082 PROGRAM STUDI FISIKA i

Incident Investigation Drag Force on Air Traffic Accident

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Tulisan ini dibuat sebagai usulan Tugas Akhir mahasiswa Jurusan Fisika FMIPA Unpad

Citation preview

INCIDENT INVESTIGATION DRAG FORCE ON AIR TRAFFIC ACCIDENT

STUDI FISIKA ENERGISKRIPSI

Diajukan sebagai Salah Satu Syarat untuk Menempuh Ujian Akhir Tingkat Sarjana pada Program Studi Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan AlamUniversitas Padjadjaran

Oleh :FARDHAN ABDURRAHMAN140310090082

PROGRAM STUDI FISIKAFAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAMUNIVERSITAS PADJADJARAN2015DAFTAR ISICOVERiDAFTAR ISIiiBAB 11PENDAHULUAN11.1 Latar Belakang11.2 Identifikasi Masalah31.3 Tujuan Penelitian31.4 Batasan Masalah31.5 Manfaat Penelitian31.6 Tempat dan Waktu Penelitian41.7 Sistematika Penulisan4BAB 24TINJAUAN PUSTAKA52.1 Konsep Umum Fluida52.1.1 Garis Arus (Stream Line)62.2 Persamaan Bernoulli82.2.1 Persamaan Bernoulli Sejajar Terhadap Garis Arus92.2.2 Persamaan Bernoulli Normal Terhadap Garis Arus122.3 Konsep Gaya Hambat (Drag Force)132.4 Jenis Jenis Gaya Hambat152.5 Metode FTA dan FMEA23BAB III30METODOLOGI PENELITIAN303.1 Flow Chart Metodologi Penelitian303.2 Uraian Flow Chart Metode Penelitian313.3 Rancangan Jadwal Penelitian36DAFTAR PUSTAKA37

i

ii

BAB 1PENDAHULUAN1.1 Latar BelakangDalam pasal 1 ayat 1 Undang-Undang No.1 Tahun 2009, penerbangan adalah satu kesatuan sistem yang terdiri atas pemanfaatan wilayah udara, pesawat udara, bandar udara, angkutan udara, navigasi penerbangan, keselamatan dan keamanan, lingkungan hidup, serta fasilitas penunjang dan fasilitas umum lainnya. Kecelakaan dalam penerbangan atau lalu lintas udara merupakan salah satu bencana yang dapat menimbulkan kerugian harta benda bahkan nyawa. Menurut data Komisi Nasional Keselamatan Transportasi (KNKT), pada tahun 2001 sampai tahun 2006 tercatat 73 kecelakaan pesawat penerbangan nasional dalam negeri dengan jumlah korban sebanyak 479 orang meliputi 201 orang tewas dan 278 cedera. Kecelakaan tersebut dapat terjadi dikarenakan beberapa faktor diantara lain human error, kegagalan mesin, kerusakan peralatan navigasi, cuaca buruk atau gaya-gaya alamiah pada saat terbang. Kecelakaan lalu lintas udara bukan merupakan sebuah musibah yang tidak dapat dilakukan tindakan antisipasi dan pencegahan. Didalam buku fundamentals of aerodynamics for center for naval aviation technical training (2008) pada dasarnya pesawat dapat terbang di udara memanfaatkan gaya-gaya alamiah yaitu thrust force (gaya dorong), drag force (gaya hambat), lift force (gaya angkat) dan weight force (gaya berat). Keempat gaya tersebut diusahakan untuk setimbang apabila pesawat ingin melaju dengan kecepatan dan dalam ketinggian yang konstan atau bisa kita sebut kondisi jelajah (cruise condition). Apabila pesawat dalam kondisi penerbangan keberangkatan (take-off condition) maka thrust force akan diubah menjadi lebih besar dengan bantuan tenaga mesin pesawat kemudian drag force pada kedua bagian sayap pesawat akan dikurangi hal tersebut mengakibatkan lift force akan lebih besar dibandingkan dengan weight force, untuk kondisi pendaratan (landing condition) maka hal sebaliknya pun dapat dilakukan. Ke-empat gaya yang diberikan secara tidak seimbang maka dapat menimbulkan ketidakstabilan dalam penerbangan. Hal ini dapat menimbulkan kerusakan pada bagian-bagian pesawat yang mengakibatkan terjadinya kecelakaan. Salah satu gaya yang sering mengalami permasalahan dalam pernerbangan ialah drag force dari pesawat itu sendiri. Hal ini disebabkan karena gaya hambat dapat menjadi besar secara tiba-tiba ditimbulkan secara tidak terprediksi dari faktor tekanan udara, angin, viskositas, kondisi alam dan cuaca, serta beberapa faktor lain. Dalam usaha menemukan solusi dari permasalahan tersebut perlu dilakukan sebuah penelitian. Salah satunya ialah penelitian ini yang berjudul Incident Investigation Drag Force on Air Traffic Accident. Penelitian ini bertujuan mengetahui penyebab dan syarat-syarat apa saja yang membuat drag force menimbulkan kecelakaan. Kedepan penelitian ini nantinya bermanfaat untuk menjadi bahan referensi agar dapat dilakukan tahap antisipasi terhadap kecelakaan dari drag force sehingga dapat mencegah kemungkinan terjadinya kecelakaan serupa.1.2 Identifikasi MasalahBerdasarkan paparan tentang kecelakaan pesawat terbang pada latar belakang tersebut teridentifikasi permasalahan utama pada penelitian ini adalah:1. Bagaimana kronologi kecelakaan lalu lintas udara yang disebabkan drag force.2. Apa saja faktor yang dapat mempengaruhi drag force sehingga menyebabkan kecelakaan.3. Syarat apa saja yang dapat mengantisipasi untuk pencegahan kecelakaan yang disebabkan oleh drag force.1.3 Tujuan PenelitianPenelitian ini bertujuan untuk:1. Menganalisa penyebab terjadinya insiden kecelakaan oleh drag force.2. Mengetahui syarat-syarat yang dapat mengantisipasi kecelakaan oleh drag force.1.4 Batasan MasalahPermasalahan yang akan dibahas pada penelitian ini dibatasi pada kecelakaan lalu lintas udara yang diakibatkan oleh adanya drag force. Kemudian metode penelitian dibatasi dengan menggunakan metode Fault tree Analysis (FTA) dan Faillure Mode and Effect Analysis (FMEA). 1.5 Manfaat PenelitianAdapun manfaat dari penelitian ini adalah untuk mengantisipasi terjadinya kecelakaan pada lalu lintas udara yang diakibatkan oleh drag force sehingga dapat mencegah kemungkinan terjadinya kecelakaan serupa. Manfaat lainnya adalah sebagai sumber referensi ilmiah bahan kajian yang lebih mendalam yang diperlukan bagi pihak berwenang dalam transportasi udara.1.6 Tempat dan Waktu PenelitianPenelitian ini dilakukan pada laboratorium fisika energi jurusan fisika fakultas matematika dan ilmu pengetahuan alam Universitas Padjadjaran. Sedangkan waktu penelitian dimulai dari akhir bulan februari sampai dengan akhir bulan agustus 2015.1.7 Sistematika PenulisanSistematika penulisan penelitian atau yang disebut dengan skripsi ini disusun dalam lima bab. Bab pertama merupakan pendahuluan, melingkupi latar belakang penelitian, identifikasi masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, serta tempat dan waktu penelitian. Bab kedua berisi tinjauan pustaka yang melandasi tentang penelitian. Bab ketiga, menjelaskan mengenai metode penelitian meliputi tentang langkah-langkah dari awal hingga akhir yang dapat dilakukan untuk menyelesaikan masalah. Bab keempat menyajikan hasil penelitian dan pembahasannya. Bab kelima terdiri dari simpulan hasil penelitian yang mengacu kepada tujuan penelitian.

BAB 2TINJAUAN PUSTAKA2.1 Konsep Umum FluidaSecara umum materi dapat digolongkan dalam bentuk benda padat dan fluida. Suatu fluida (fluid) adalah suatu zat yang dapat mengalir seperti cairan dan gas. Fluida juga dapat mengubah bentuk dengan mudah dan bisa mengisi ruang sesuai dengan wadahnya. Suatu fluida yang diam apabila diberikan sebuah gaya permukaan maka gaya tersebut akan tegak lurus terhadap permukaan fluida. Hal tersebut menyebabkan suatu fluida yang diam tidak mampu menolak gaya-gaya tangensial seperti itu sehingga memberikan kemampuan karakteristik kepada fluida untuk mengubah bentuknya atau untuk mengalir. Salah satu cara menjelaskan tentang aliran suatu fluida adalah dengan mebagi-bagi fluida tersebut menjadi elemen-elemen bervolume kecil, yang dapat kita namakan sebagai partikel-partikel fluida. Prosedur ini adalah sebuah gagasan dari konsep mekanika partikel dan yang pertama sekali dikenalkan oleh Joseph Louis Lagrange (1736-1813). Adapun ciri-ciri (karakteristik) umum dari aliran fluida menurut Resnick (1985:579) yaitu:a. Aliran fluida dapat merupakan aliran tunak (steady) atau tak tunak (nonsteady). Aliran steady adalah kecepatan gerak setiap partikel fluida yang konstan terhadap waktu sedangkan aliran nonsteady adalah kecepatan gerak fluida yang berubah-ubah terhadap waktu. b. Aliran fluida dapat merupakan aliran berolak (rotational) atau aliran tak berolak (irrotational). Jika elemen fluida di setiap titik mempunyai kecepatan sudut netto terhadap titik tersebut atau bergerak dengan berotasi maka aliran tersebut dinamakan aliran rotational. c.Aliran fluida dapat merupakan aliran termampatkan (compressible) atau aliran tak termampatkan (incompressible). Apabila gerak suatu partikel fluida tidak mengalami perubahan massa jenis disetiap titik-titiknya maka aliran tersebut dapat dinamakan aliran compressible.d. Aliran fluida dapat merupakan aliran kental (viscous) atau tak kental (inviscid). Viskositas gerak fluida adalah analogi dari gesekan di dalam gerak benda padat.2.1.1 Garis Arus (Stream Line)Gerakan dari setiap partikel fluida digambarkan dalam vektor kecepatannya (v) yang didefinisikan sebagai laju perubahan tempat kedudukan partikel terhadap waktu. Ketika partikel bergerak maka partikel tersebut akan mengikuti suatu lintasan tertentu, yang bentuknya ditentukan oleh kecepatan partikel tersebut. Jika gerakan tersebut merupakan suatu aliran steady (konstan terhadap waktu) maka setiap partikel yang berurutan yang melewati sebuah titik tertentu (misalnya titik 1 pada gambar 2.1 a) akan mengikuti lintasan yang sama, seperti pada gambar 2.1 berikut ini:

Gambar 2.1 (a) Aliran di bidang x-z (b) aliran dalam bentuk garis arus dan koordinat normal.Untuk kasus seperti itu maka lintasan tersebut adalah sebuah garis tetap di bidang x-z. Partikel-partikel yang melewati sisi-sisi bersebelahan dari titik 1 akan mengikuti lintasannya sendiri. Garis-garis yang merupakan garis singgung terhadap vektor kecepatan di seluruh medan aliran disebut sebagai garis arus (stream line). Pada gambar 2.1.b gerakan partikel digambarkan dalam jaraknya (s = s(t)), sepanjang garis arus dari suatu titik asal yang memudahkan dan jari-jari kelengkungan lokal dari garis arus R = R(s). Jarak sepanjang garis arus berkaitan dengan laju partikel, V = ds/dt dan jari-jari kelengkungan berkaitan dengan bentuk garis arus. Sebagai tambahan dari koordinat sepanjang garis arus (s) digunakan juga koordinat normal yang tegak lurus terhadap garis arus (n). Supaya dapat menerapkan hukum II Newton pada sebuah partikel yang mengalir di sepanjang garis arus, harus dituliskan percepatan partikel menurut koordinat garis arusnya. Menurut definisi percepatan adalah laju perubahan kecepatan terhadap waktu dari partikel yaitu a = dV/dt. Untuk aliran dua dimensi di bidang x-z maka percepatan memiliki dua komponen yaitu komponen sepanjang garis arus (as) atau percepatan yang sejajar arus dan komponen yang normal terhadap garis arus (an) atau percepatan yang tegak lurus arus. Jika percepatan aliran untuk komponen s (as) didiferensiasi akan menjadi as = dV/dt = (V/t)(ds/dt) = (V/s)V dan percepatan normal (an) akan menjadi an = V2/ R. Komponen percepatan dalam arah s dan n dapat dituliskan menjadi persamaan berikut: as = , an = (2.1)dimana R adalah jari-jari kelengkungan lokal dari garis arus dan s adalah jarak yang diukur sepanjang garis arus dimulai darisebuah titik awal sembarang. Secara umum terdapat percepatan-percepatan sejajar terhadap garis arus (karena laju partikel berubah sepanjang lintasannya, (V/s) 0) dan percepatan normal terhadap garis arus (karena partikel tidak mengikuti sebuah garis lurus, R ). Untuk menghasilkan percepatan-percepatan ini harus ada sebuah gaya netto tidak nol pada partikel fluida. 2.2 Persamaan BernoulliPersamaan Bernoulli adalah sebuah hubungan fundamental di dalam mekanika fluida. Seperti semua persamaan pada umumnya persamaan Bernoulli tersebut bukanlah sebuah prinsip yang baru untuk mekanika fluida akan tetapi dapat diturunkan dari hukum II Newton. Supaya lebih mudah tinjaulah sebuah partikel fluida kecil berukuran s kali n pada bidang gambar dan y normal terhadap gambar, seperti yang ditunjukkan gambar berikut ini: Gambar 2.2 Diagram benda bebas (free-body) partikel fluida Dari gambar tersebut vektor-vektor satuan sejajar terhadap garis arus dan tegak lurus terhadap garis arus (normal) dilambangkan dengan symbol s dan n. 2.2.1 Persamaan Bernoulli Sejajar Terhadap Garis ArusUntuk aliran tunak komponen dari hukum II Newton sepanjang garis arus (s) dapat dituliskan sebagai berikut: Fs = m.as = m V = V .................................................................(2.2)dimana Fs merupakan jumlah nilai komponen s dari semua gaya yang berkerja pada partikel. Jika massa m = dan V (V/s) adalah percepatan dalam arah s, maka dianggap sebagai volume partikel (s n y). Persamaan 2.2 berlaku untuk jenis aliran fluida termampatkan dan tak termampatkan artinya kerapatan tidak harus konstan di seluruh medan aliranGaya gravitasi (berat) dalam partikel dapat ditulis menjadi W = . Dimana nilai = g adalah berat jenis fluida (lb/ft3 atau N/m3), sehingga komponen dari gaya berat dalam arah garis arus adalah Ws = - W sin = - sin . Jika garis arus berada pada titik horizontal maka = 0, dan tidak ada komponen berat partikel di sepanjang garis arus yang memberikan pengaruh terhadap percepatan pada arah itu.Nilai tekanan tidaklah konstan (p 0) karena adanya weight partikel, sehingga untuk aliran tunak, p = p(s,n). Seperti pada gambar 2.2 bahwa tekanan yang mengarah ke pusat partikel memiliki dua buah nilai sebagai p + ps dan p - ps, dengan menggunakan ekspansi deret Taylor maka medan tekanannya menjadi ps . Sehingga nilai Fps sebagai gaya tekanan netto pada partikel yang berkerja pada arah garis arus adalah Fps = (p - ps ) ny (p + ps) ny = -2 psny = - s n y = - . Maka gaya total partikel yang berkerja sepanjang arah garis arus dapat ditulis menjadi persamaan berikut: Fs = Ws + Fps =(- sin - ) ...2.3dengan menggabungkan persamaan 2.2 dan 2.3 maka menjadi persamaan berikut:- sin - = V = as .......2.4Persamaan 2.4 dapat diubah dan diintegrasi, langkah pertama kita lihat pada gambar 2.2 bahwa sepanjang garis arus sin = dz / ds dan kita tuliskan bahwa V dV / ds = d(V2) / ds. Akhirnya nilai n yang berada disepanjang garis arus adalah konstan (dn = 0) sehingga dp = () ds + () dn = () ds maka dengan digabungan bersama persamaan 2.4 maka hasilnya akan menjadi - sin - - = d(V2) / ds dan bila disederhanakan menjadi:dp + d(V2) + dz = 0 (sepanjang garis arus).........................................................2.5dimana persamaan tersebut dapat diintegralkan menjadi + V2 + gz = C (sepanjang garis arus)...............................................................2.6dimana nilai C adalah konstanta pengintegralan yang akan ditentukan dari kondisi beberapa titik pada garis arus. Asumsikan saja bahwa nilai kerapatan ialah konstan (suatu asumsi yang sangat baik untuk zat-zat cair dan juga gas jika kecepatannya tidak terlalu besar). Persamaan 2.6 akan menjadi sebuah pernyataan sederhana bagi sebuah aliran tunak, inviscid dan tak termampatkan (Munson 2002:123) akan menjadi sebagai berikut: p + V2 + z = Konstan sepanjang garis arus............. 2.7Ini adalah hasil akhir dari persamaan Bernoulli yang sangat bermanfaat dalam menjelaskan mekanika fluida. Pada tahun 1738 Daniel Bernoulli (1700-1782) mengumumkan persamaan pertamanya tersebut. Asumsi dasar untuk dapat menggunakan persamaan tersebut adalah efek-efek viskos dapat diabaikan, alirannya diasumsikan tunak, alirannya diasumsikan tak termampatkan dan persamaan tersebut hanya dapat diterapkan sepanjang garis arus.2.2.2 Persamaan Bernoulli Normal Terhadap Garis ArusPada situasi lainnya, sebuah informasi berharga dapat diperoleh dengan menerapkan hukum II Newton dalam arah normal (tegak lurus) terhadap garis arus. Apabila gambar 2.2 ditinjau kembali komponen-komponen dalam arah normal maka hukum II newton dapat dituliskan sebagai berikut: Fn = m. = .....................................................................................(2.8)dimana Fn mewakili jumlah komponen-komponen n dari seluruh gaya yang berkerja pada partikel. Apabila diasumsikan aliran tersebut adalah aliran tunak dengan suatu percepatan normal an = V2/ R dimana R adalah jari-jari kelengkungan lokal dari garis arus. Percepatan ini dihasilkan dari perubahan arah kecepatan partikel ketika partikel tersebut bergerak sepanjang lintasan yang melengkung. Apabila telah kita turunkan persamaan 2.8 tersebut dengan cara yang sama pada persamaan Bernoulli sepanjang garis arus maka untuk persamaan Bernoulli tegak lurus terhadap arus akan menjadi sebagai berikut: p + dn + z = Konstan tegak lurus garis arus.................. 2.9Hal tersebut kita asumsikan sebagai aliran tunak, inviscid dan tak termampatkan.

2.3 Konsep Gaya Hambat (Drag Force)Disaat suatu benda bergerak diantara sebuah fluida maka akan terjadi interaksi antara benda dan fluida tersebut. Efek ini dapat digambarkan dalam bentuk gaya-gaya pada pertemuan antar fluida dan permukaan benda yang dipengaruhi tekanan (p) dan tegangan geser (w) karena pengaruh efek aliran kekentalan (viscous) fluida tersebut. Seperti dapat dilihat pada contoh airfoil sayap pesawat secara dua dimensi pada gambar 2.3 berikut:

Gambar 2.3 Gaya yang berkerja pada airfoil pesawat (a). Gaya tekanan, (b). shear stress (tegangan geser), (c). Gaya lift dan drag (angkat dan hambat).Tentunya sangat penting untuk mengetahui jelas distribusi dari shear stress (tegangan geser) dan tekanan disepanjang permukaan dari suatu benda. Gaya resultan yang berkerja parallel (sejajar) dengan upstream velocity (kecepatan hulu) suatu aliran fluida dinamakan dengan drag (D) sementara gaya resultan yang berkerja melawan kecepatan aliran hulu fluida dinamakan lift (gaya angkat, L). Jadi pada dasarnya gaya utama yang berkerja pada suatu benda didalam suatu aliran fluida adalah kedua gaya tersebut.Resultan dari tegangan geser dan distribusi tekanan dapat dijelaskan dengan mengintegralkan gaya tersebut pada permukaan benda yang dapat dilihat pada contoh gambar 2.4 berikut ini.

Gambar 2.4 Gaya tekan dan gaya geser pada sebuah elemen kecil dari permukaan sebuah benda.dengan U adalah kecepatan aliran fluida dari hulu dan adalah fungsi dari lokasi di sepanjang benda. Maka arah gaya yang berkerja di titik x dan y pada sebuah elemen kecil sebesar dA sama dengan d Fx = ( p dA) cos + (w dA) sin d Fy = - ( p dA) sin + (w dA) cos sehingga gaya yang berkerja pada objek menjadiD = x = cos dA + w sin dA ...2.10L = y = - sin dA + w cos dA ..2.11Agar dapat mengintegrasi gaya dari drag dan lift maka harus mengetahui bentuk benda serta distribusi dari w dan p sepanjang permukaan. Sehingga diperlukan sebuah koefisien yang dapat menjelaskan gaya-gaya tersebut yang disebut sebagai koefisien gaya hambat (drag force coefficient) CD dan koefisien gaya angkat (lift force coefficient) CL yang didefinisikan sebagai berikut: CD = D / U2 A dan CL = L / U2 A .2.12Dimana nilai A adalah luas karakteristik daerah dari benda tersebut. Nilai koefisien ini dapat ditentukan dengan cara analisis yang disederhanakan atau dengan beberapa teknik numerik atau eksperimen yang sesuai.2.4 Jenis Jenis Gaya Hambat Gaya hambat secara garis besar dapat dibagi menjadi dua yaitu Parasite drag dan Induced drag. Parasite drag (DP) terdiri dari form drag, friction drag dan interference drag. Form (bentuk) drag juga dikenal sebagai pressure drag (hambatan tekan), karena fungsi dari besarnya hambatan dipengaruhi oleh bentuk permukaan objek dan gaya. Hal ini dapat diilustrasikan sebagai berikut:

Gambar 2.5 Aliran fluida pada benda berbentuk (a)pelat datar, (b)bola, (c)streamliningPada gambar 2.5.a pelat datar tersebut memiliki titik tepi stagnasi terkemuka di depan sehingga tekanan statisnya tinggi. Hal ini mengakibatkan benda tersebut akan sulit bergerak maju melawan arus fluida tetapi terdorong searah arus. Sebaliknya arus akan mengalir mulus di atas objek yang semakin berbentuk halus. Oleh sebab itu untuk mengurangi form drag pesawat dan permukaan lainnya dibentuk ramping seperti tetesan air mata (streamlining). Perampingan akan mengurangi tekanan yang tinggi didaerah tepi objek. Apabila nilai tekanan turun maka form drag juga akan turun. Friction drag atau yang bisa kita sebut sebagai hambatan gesek adalah tipe drag yang disebabkan langsung oleh shear stress atau tegangan geser (w) pada objek. Friction drag biasanya diukur per satuan luas jadi bentuk permukaan yang kasar pada objek akan menciptakan friction yang besar. Hal ini dapat dikurangi dengan menghaluskan permukaan pada objek misalnya pesawat melalui tahap pengecatan, pembersihan dengan tahap waxing atau poles. Interference drag atau hambatan yang dihasilkan oleh pencampuran garis arus tiap komponen fluida. Contohnya adalah udara yang mengalir di sekitar pesawat akan bercampur dengan udara yang mengalir di sekitar tangki bahan bakar yang eksternal. apabila drag pada badan pesawat dan tangki bahan bakar terhitung secara terpisah maka apabila dijumlahkan kira-kira 5-10% dari total drag di pesawat terbang dikarenakan adanya interference drag. Hal ini dapat diminimalkan dengan metode fairing dan filleting yang tepat, yang memungkinkan arus fluida dapat bertemu secara bertahap daripada bersamaan seketika. Total Parasite Drag (DP) dapat dihitung dengan mengalikan tekanan dinamis dengan daerah yang akan dihitung. Area parasit ekuivalen (f) adalah area plate datar yang tegak lurus terhadap arah angin relatif sehingga menghasilkan jumlah yang sama dengan drag dari form, friction dan interferences gabungan. Persamaan untuk DP adalah: Dp = V2 f 2.13Hubungan Parasite drag variasi langsung dengan kecepatan kuadrat (V2), sehingga apabila pesawat mengandakan kecepatannya maka akan menghasilkan parasite drag epat kali lebih banyak dari sebelumnya (lihat gambar 2.6) Gambar 2.6 Grafik hubungan antara parasite drag dan kecepatandari gambar tersebut dapat dilihat bahwa semakin besar nilai kecepatan suatu objek dalam aliran fluida maka parasite drag-nya juga akan semakin besar. Sebaliknya apabila kecepatan berkurang maka parasite drag-nya pun akan terus berkurang.Jenis drag yang lainnya disebut dengan induced drag yaitu gaya hambat yang berkerja pada daerah sayap pesawat. Berdasarkan pergerakan fluida pada bagian sayap pesawat maka induced drag dibagi menjadi infinite wing dan finite wing. Infinite wing atau sayap tak-hingga merupakan gaya dari angin relatif yang menerpa lebar dari sayap dari bagian muka yang lebar hingga ke bagian ujung yang ramping (lihat gambar 2.7).

Gambar 2.7 Aliran angin relatif pada infinite wing menyebabkan terjadinya aliran upwash dan downwashBagian muka sayap yang dibentuk lebih besar daripada ujungnya akan membuat aliran angin relatif mengalir terdorong keatas (upwash) searah dengan pergerakan pesawat. Kemudian laju dari angin relatif tersebut akan menerpa bagian ujung sayap yang dibuat meramping sehingga menghasilkan aliran angin relatif mendorong turun (down wash). Karena upwash persis menyeimbangkan downwash pada infinite wing sehingga tidak ada perubahan dalam gaya angkat bersih (lift net force).Proses upwash dan downwash tidak sama halnya pada finite wing. Tidak hanya aliran udara di sekitar tepian muka finite wing saja yang menghasilkan upwash tetapi upwash juga mengalir di sekitar ujung sayap (lihat gambar 2.10).

Gambar 2.8. Angin relatif pada finite wing tidak hanya menghasilkan upwash di bagian muka dan ujung tetapi juga dibagian tepi sayapBeberapa udara bertekanan tinggi di titik ujung stagnasi bagian muka mengalir spanwise melewati ujung sayap mengalir ke arah atas permukaan sayap bagian atas. Di sana aliran ini bergabung dengan aliran chordwise yang telah menghasilkan upwash sehingga menambah jumlah downwash. Maka downwash di sekitar bagian tersebut akan menjadi dua kali lipat akibat proses ini. Gerak melingkar yang dihasilkan dari peningkatan downwash juga dapat menghasilkan pembentukan pusaran pada ujung sayap. Sehingga dapat kita simpulkan bahwa induced drag (DI) adalah sebagian dari total drag terkait dengan produksi gaya angkat. Kita bisa menambahkan aliran udara di tepi bagian muka dan aliran udara di tepi ujung sayap untuk menentukan rata-rata angin relatif di dekat sayap. Karena ada dua kali lebih banyak downwash daripada upwash dekat ujung sayap dari finite wing, maka rata-rata angin relatif memiliki kecendrungan miring ke bawah dibandingkan dengan aliran udara bebas angin relatif. Vektor gaya lift keseluruhan cenderung bertambah agar dapat tegak lurus dengan angin relatif. Komponen yang tegak lurus dari total lift (daya angkat) disebut daya lift efektif. Karena total daya lift cenderung berkurang, daya lift efektif akan berkurang juga dari total dayanya. Komponen paralel total dari lift disebut dengan induced drag (DI) yaitu hambatan yang bertindak dalam arah yang sama dengan drag dan cenderung menghambat gerak maju dari pesawat.

Gambar 2.9 Pengaruh dari angin relatif yang menyebabkan adanya induced dragSehingga dapat ditarik persamaan DI yang berasal dari persamaan gaya aerodinamis dengan asumsi bahwa weight (berat) sama dengan drag dalam penerbangan yang seimbang adalah: DI = kL2 / V2 b2 = kW2 / V2 b2.2.12Supaya lebih jelas kita lihat grafik hubungan DI dengan kecepatan berikut:

Gambar 2.10. Grafik induced drag terhadap velocity.Apabila kita menganalisis persamaan dan kurva tersebut menunjukkan bahwa peningkatan weight dari pesawat akan meningkatan induced drag juga, karena pesawat yang lebih berat membutuhkan lebih lift untuk mempertahankan tingkat keseimbangan penerbangan. Induced drag dapat berkurang dengan peningkatkan massa jenis (), kecepatan (V), atau bentang sayap (b). Dalam penerbangan apabila lift bernilai konstan maka induced drag akan berbanding terbalik dengan kecepatan dan langsung dengan angle of attack. Cara lain untuk mengurangi induced drag adalah memasang perangkat yang dapat menghalangi aliran udara spanwise sekitar ujung sayap. Perangkat ini meliputi sayap, tangki ujung sayap, dan rel rudal untuk pesawat tempur.Grafik parasite drag dan induced drag dapat digabungkan bersama-sama menjadi gaya drag total yaitu:DT = DP + DI ..2.13Hal tersebut dapat menjelaskan kurva drag total yaitu dengan menggabungkan kedua kurva drag pada grafik yang sama. Kemudian menambahkan nilai-nilai induced drag dan parasite drag pada setiap kecepatan maka akan menghasilkan seperti gambar berikut:

Gambar 2.11. Kurva drag totalAngka-angka 1, 9, dan 28 yang digambarkan dekat kurva adalah skala angle of attack yaitu sudut yang diciptakan oleh pesawat dan kecepatan angin relatif. Perhatikan bahwa apabila nilai drag pada saat posisi induced drag berkurang maka nilai TAS akan meningkat, kemudian nilai drag akan semakin besar kembali pada saat nilai TAS semakin besar pada saat posisi parasite drag. Kurva drag yang digambarkan adalah khusus untuk berat, ketinggian dan konfigurasi yang sama simbang. Apabila sebagian berat, ketinggian dan konfigurasi berubah maka kurva total drag juga akan berubah. 2.5 Metode FTA dan FMEAFault tree analysis atau disingkat FTA adalah suatu analisis kesalahan secara sederhana yang dapat diuraikan dengan teknik pembuatan pohon kesalahan, yaitu suatu model grafis yang menyangkut kombinasi kesalahan yang disusun secara berurut sehingga dapat mengidentifikasi kesalahan penyebab kecelakaan. Hal ini juga dapat diartikan berupa gambaran hubungan timbale balik logis dari kronologi yang mendorong terciptanya kecelakaan. Langkah-langkah yang dapat diambil untuk membuat FTA adalah:a. Mendefinisikan kecelakaan lalu lintas udara yang terjadib. Mempelajari sistem dengan cara mengetahui spesifikasi peralatan, gaya yang berkerja pada benda terhadap lingkungan dan prosedur-prosedur operasi penerbangan.c. Mengetahui letak permasalahan dan mengambarkannya dengan teknik FTAAdapun simbol-simbol yang dapat digunakan dalam pembuatan FTA adalah sebagai berikut:Tabel 2.1 Simbol dalam pembuatan FTASimbolKeterangan

Peristiwa dasar

Peristiwa pengaruh keadaan

Peristiwa yang belum berkembang

Peristiwa eksternal

Kotak kesalahan

Dan

Atau

Eksklusif atau

Fault mode and effect analysis atau disingkat FMEA adalah suatu analisis yang secara sistematis dapat mengidentifikasi akibat atau konsekuensi dari kegagalan sistem atau proses sehingga mengurangi peluang terjadinya kegagalan. FMEA pada awalnya dibuat oleh industri pesawat terbang (aerospace industry) di tahun 1960-an. Perkembangannya FMEA mulai digunakan pada tahun 1980-1990 oleh industri lain seperti industri pembuat mobil Ford, AIAG (Automotive Industry Action Group), ASQC (American Society for Quality Control). Hingga saat ini FMEA merupakan salah satu core tools dalam ISO/TS 16949:2002 (Technical Spesification for Automotive Industry).Perkembangan FMEA yang pesat dalam bidang industri menjadikan FMEA sebagai suatu alat sistematis yang dapat mengidentifikasi akibat kegagalan sistem atau proses, serta mengurangi atau mengeliminasi peluang terjadinya kegagalan. FMEA memiliki sifat living document yaitu data yang ada perlu di up date secara teratur agar dapat terus menerus digunakan untuk mengantisipasi terjadinya proses kecelakaan.Secara garis besar FMEA digolongkan menjadi dua jenis yaitu design dan process. Design FMEA adalah alat yang digunakan untuk memastikan potensi kegagalan dengan menguji fungsi dari komponen, sub sistem dan sistem terhadap karakteristik desain. Potensi kegagalan dapat juga berasal dari kesalahan pemilihan jenis material dan ketidak telitian spesifikasi dari desain objek tersebut. Process FMEA yaitu alat yang digunakan untuk memastikan bahwa potensi kegagalan disebabkan dan berakibat dalam karakteristik proses mekanisme objek.Menurut Chrysler (1995), FMEA dapat dilakukan dengan cara berikut:a. Mengenali dan mengevaluasi kegagalan potensi suatu produk dan efeknya.b. Mengidentifikasi tindakan yang bisa menghilangkan atau mengurangi kesempatan dari potensi kegagalan yang terjadi.c. Pencatatan proses (document the process).Adapun kegunaan FMEA adalah sebagai berikut yaitu ketika diperlukan dapat dilakukan tindakan pencegahan, lebih mudah mendeteksi adanya kegagalan pada alat, lebih mudah menganti komponen peralatan untuk memulai proses baru. Sedangkan manfaat FMEA adalah lebih hemat waktu dan biaya karena sistematis dan tertuju langsung pada penyebab potensial sebuah kegagalan.Langkah dasar dalam penentuan FMEA sebenarnya tergantung oleh pengukuran nilai severity (S), occurance (C), detection (D) dan risk priority number (RPN). Adapun penjelasan tentang cara penilaian masing-masing nilai tersebut adalah sebagai berikut:1. Nilai SeveritySeverity adalah langkah pertama untuk menganalisa resiko dengan menghitung seberapa besar dampak atau intensitas kejadian sehingga mempengaruhi penerbangan. Dampak tersebut ditentukan dengan rating mulai skala 1 sampai 10, dimana skala 10 meruakan dampak terburuk. Penentuan rating pengukuran dapat dilihat pada tabel dibawah in.Tabel 2.2 Pengukuran Nilai SeverityRatingKriteriaKeterangan

1Negligible SeverityPengaruh buruk yang dapat diabaikan, karena kecacatan ini sangat kecil masih belum dapat menyebabkan kerusakan alat.

2-3Mild severityPengaruh buruk yang ringan, karena kecacatan ini masih ringan maka belum dapat menyebabkan kerusakan alat

4-6Moderate severityPengaruh buruk yang sedang, karena kecacatan tersebut dapat dirasakan penurunan kualitas dari alat, akan tetapi masih dalam batas toleransi bila segera diperbaiki.

7-8High SeverityPengaruh buruk yang tinggi, karena kecacatan ini maka dapat menyebabkan kerusakan pada alat.

9-10Potential severityPengaruh buruk yang amat tinggi. Akibat yang ditimbulkan sangat berpengaruh terhadap kualitas alat lainnya.

Sumber: Gasperz 2002Nilai-nilai kriteria pada severity dapat dinilai dari seberapa sering terjadinya kegagalan dan seberapa parah kegagalan yang dapat beresiko menimbulkan kecelakaan. 2. Nilai OccuranceTahapan selanjutnya setelah pemberian rating untuk menilai severity maka dilakukan pemberian rating pada nilai occurance yang dapat dilihat pada tabel berikut ini.Tabel 2.3 Pengukuran Nilai OccuranceRatingKriteriaKeterangan

1RemoteBerdasarkan frekuensi kejadian 0,01 per 1000 item

2-3LowBerdasarkan frekuensi kejadian 0,1 0,5 per 1000 item

4,5,6ModerateBerdasarkan frekuensi kejadian 1, 2, 5 per 1000 item

7-8HighBerdasarkan frekuensi kejadian 10,20 per 1000 item

9-10Very HighBerdasarkan frekuensi kejadian 50,100 per 1000 item

Sumber: Gaperz 2002 Occurance merupakan kemungkinan jumlah kegagalan per 1000 item yang ada sehingga menghasilkan bentuk kecelakaan selama proses penerbangan berlangsung.3. Nilai DetectionSetelah diperoleh nilai occurance selanjutnya adalah menentukan nilai detection dengan kriteria rating sebagai berikut:Tabel 2.4 Pengukuran Nilai DetectionRatingKriteriaBerdasarkan Frekuensi Kejadian

1Metode pencegahan sangat efektif sehingga tidak ada kesempatan kegagalan muncul.0,01 per 1000 item

2-3Metode pencegahan efektif sehingga kegagalan rendah.0,1 per 1000 item0,5 per 1000 item

4,5,6Metode pencengahan kurang efektif sehinga terkadang memungkinkan terjadinya kegagalan.1 per 1000 item2 per 1000 item5 per 1000 item

7-8Metode pencegahan tidak efektif sehingga memungkinkan kegagalan masih berulang.10 per 1000 item20 per 1000 item

9-10Metode pencegahan sangat tidak efektif sehingga memungkinkan kegagalan terus menerus terulang50 per 1000 item100 per 1000 item

Sumber: Gasperz 2002Kriteria detection berfungsi sebagai upaya pencegahan terhadap kecelakaan dan mengurangi tingkat kegagalan pada penerbangan.4. RPNTahapan terakhir adalah RPN (Risk Priority Number) yaitu nilai akhir dari pengkalian nilai severity, occurance dan detection (RPN = S x O x D). Kemudian dilakukan tahap pengurutan berdasarkan nilai RPN dari yang tertinggi sampai yang terendah. Sehingga dengan adanya proses pengurutan tersebut kita dapat mengidentifikasi masalah yang paling kritis dan dapat dijadikan prioritas utama untuk dilakukan tahap pencegahan.

BAB IIIMETODOLOGI PENELITIAN3.1 Flow Chart Metodologi Penelitian

MulaiPenulisan Laporan AwalPengolahan DataAnalisa DataKesimpulan dan SaranPenulisan Laporan AkhirStudi LiteraturPengumpulan DataSelesaiPublikasi PenelitianDalam memecahkan masalah pada penelitian yang diamati, dibutuhkan beberapa langkah agar dapat menguraikan pendekatan dan pemodelan dari masalah tersebut. Langkah-langkah yang dilakukan adalah sebagai berikut:

Gambar 3.1 Flowchart metodologi penelitian3.2 Uraian Flow Chart Metode Penelitian3.2.1 Studi LiteraturStudi literatur adalah langkah pencarian bahan referansi sebagai landasan dasar penyusunan teori yang berhubungan dengan permasalahan. Studi literatur juga merupakan sebuah observasi awal terhadap permasalahan dan pencarian solusinya.3.2.2 Penulisan Laporan AwalSetelah melakukan studi literatur maka dilakukan tahapan penyusunan laporan awal berisikan pendahuluan, tinjauan pustaka dan metodologi penelitian. Isi pendahuluan terdiri dari latar belakang, identifikasi masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian, tempat dan waktu penelitian serta sistematika penulisan. Tinjauan pustaka berisikan teori-teori dasar yang mendukung pemecahan permasalahan dalam penelitian. Metodologi penelitian berisikan tentang langkah-langkah yang akan dilakukan pada penelitian sehingga didapatkan perencanaan yang tepat untuk mendapatkan solusi permasalahan. 3.2.3 Pengumpulan DataTahapan ini dilakukan untuk mengumpulkan data-data yang diperlukan sebagai sumber perumusan dan penarikan analisa serta kesimpulan. Salah satu data yang nantinya dikumpulkan bersumber dari laporan akhir dari KNKT mengenai kecelakaan pada pesawat. Kemudian data tambahan juga dapat diperoleh melalui laporan akhir dari pihak terkait transportasi udara.3.2.4 Pengolahan DataPengolahan data adalah tahap memproses data-data yang telah dikumpulkan dengan menggunakan metode Fault Tree Analysis (FTA) dan Failure Mode and Effect Analysis (FMEA). Hubungan antara FTA dan FMEA terdapat pada analisis yang dihasilkan dari flowchart pada FTA akan dicocokan kedalam tabel FMEA yang berisikan penilaian severity (SEV), occurance (OCC) dan detection (DET) berdasarkan kriteria. Dibawah ini merupakan flowchart pengolahan dataBerikut ini tahapan dalam melakukan pengolahan data yaitu:1. Identifikasi proses kecelakaan pada lalu lintas udaraMerupakan langkah awal yang menggambarkan kejadian kecelakaan dimulai dari tahap tinggal landas (take-off), penerbangan (flight) dan pendaratan (landing) pada pesawat termasuk faktor-faktor penyebab kecelakaannya. Pada tahapan identifikasi ini akan dicari dimanakah letak kegagalan dalam proses penerbangan sehingga menimbulkan kecelakaan.2. Fault Tree Analysis (FTA)Langkah-langkah yang dilakukan dalam pembuatan FTA yaitu:a. Mendefinisikan permasalahan dan membuat batasan kondisi dari kecelakaan kemudian membuat tabel untuk mengklasifikasikan setiap data kecelakaan.b. Pengkonstruksian FTA, setelah mendefinisikan permasalahan dan membuatnya dalam bentuk tabel pengklasifikasian data kecelakaan selanjutnya dibuat pohon kesalahan (fault tree) menyerupai flowchart yang berisi analisis secara sederhana setiap kesalahan penyebab kecelakaan.3. Failure Mode and Effect Analysis (FMEA)Ada tahap ini dilakukan pengukuran terhadap semua data kecelakaan. Tahapan yang akan dilaksanakan antara lain:a. Mengidentifikasi gaya yang berkerja pada proses penerbangan.b. Mengidentifikasi potensi failure mode pada proses penerbangan.c. Mengidentifikasi potensi efek dari kegagalan proses penerbangand. Mengidentifikasi penyebab-penyebab kegagalan proses penerbangan.e. Mengidentifikasi mode-mode deteksi pada kecelakaan.f. Menentukan nilai rating severity, occurance, detection dan RPN.g. Menyusun analisa serta kesimpulan untuk memperbaiki kegagalan.Penentuan terhadap besarnya nilai severity, occurance, detection dan RPN dalam proses pengolahan data adalah sebagai berikut:1. Nilai SeveritySeverity adalah langkah pertama untuk menganalisa resiko dengan menghitung seberapa besar dampak atau intensitas kejadian sehingga mempengaruhi penerbangan. Dampak tersebut ditentukan dengan rating mulai skala 1 sampai 10, dimana skala 10 meruakan dampak terburuk.2. Nilai OccuranceTahapan selanjutnya setelah pemberian rating untuk menilai severity maka dilakukan pemberian rating pada nilai occurance. Occurance merupakan kemungkinan bahwa penyebab kegagalan akan terjadi dan menghasilkan kecelakaan selama proses penerbangan berlangsung.3. Nilai DetectionSetelah diperoleh nilai occurance selanjutnya adalah menentukan nilai detection. Detection berfungsi untuk upaya pencegahan terhadap kecelakaan dan mengurangi tingkat kegagalan pada penerbangan.4. RPNTahapan terakhir adalah RPN (Risk Priority Number) yaitu nilai akhir dari pengkalian nilai severity, occurance dan detection (RPN = S x O x D). Kemudian dilakukan tahap pengurutan berdasarkan nilai RPN dari yang tertinggi sampai yang terendah. Sehingga dengan adanya proses pengurutan tersebut kita dapat mengidentifikasi masalah yang paling kritis dan dapat dijadikan prioritas utama untuk dilakukan tahap pencegahan. 3.2.5 Analisa DataPada tahapan ini hasil dari pengolahan data akan dianalisa berdasarkan nilai-nilai data yang ada serta faktor yang mempengaruhinya. Proses analisa bertumpu kepada teori yang digunakan pada tinjauan pustaka.3. 2. 6 Kesimpulan dan SaranTahapan ini merupakan tahapan penarikan benang merah dari semua permasalahan sehingga mendapatkan solusi jawaban yang mengacu pada tujuan penelitian. Kemudian dituliskan saran-saran yang bermanfaat yang diperoleh dari penelitian sehingga dapat dipakai landasan pengambilan keputusan pihak-pihak berwenang dalam mengantisipasi kecelakaan lalu lintas udara sehingga tidak terjadi kejadian serupa dimasa depan.3.2.7 Penulisan Laporan AkhirTahapan ini merupakan tahapan penyusunan berupa tulisan dari penelitian secara ilmiah dan dapat dipertanggung jawabkan. Sehingga laporan akhir ini nantinya dapat dijadikan sumber referensi bahan kajian bagi pihak terkait lalu lintas udara. 3.2.8 Publikasi PenelitianTahapan ini adalah tahapan terakhir yaitu mempublikasikan laporan akhir kepada pihak yang berkompeten menguji kelayakan dari penelitian ini sehingga dapat dipertanggung jawabkan.3.3 Rancangan Jadwal PenelitianAdapun rancangan jadwal dari penelitian ini dapat dilihat pada tabel berikut:

Tabel 3.1. Rancangan jadwal penelitian semester genap tahun 2015Pada tabel rancangan jadwal penelitian terdiri dari kolom aktifitas yaitu langkah-langkah atau tahapan-tahapan yang akan dilakukan selama penelitian berlangsung. Kemudian kolom yang berisikan nama-nama bulan adalah keterangan waktu per minggu sebagai acuan lama penelitian akan berlangsung. Rentang waktu penelitian akan berlangsung kurang lebih selama dua puluh enam minggu dimulai dari minggu ketiga bulan Februari 2015 sampai dengan minggu keempat bulan Agustus 2015.

DAFTAR PUSTAKAMunson, Bruce, R., Young, Donald, F., Okiishi, Theodore, H., , Fundamentals of Fluid Mechanics, 4rd Ed., John Willey & Sons Inc., New York, 2002.Resnick, Halliday, Fisika Jilid I, Edisi Ketiga, Erlangga, Jakarta, 1985.Naval Aviation Schools Command, Fundamentals of Aerodynamics, 181 Chambers Ave Suite C, Pensacola, Fl 32508, 2008.