Simulasi Numerik Aliran Udara di Sekitar Baling-Baling Rotor

Safitri, Distiana Eka (2026) Simulasi Numerik Aliran Udara di Sekitar Baling-Baling Rotor. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 5002221104-Undergraduate_Thesis.pdf Restricted to Repository staff only Download (6MB)

Abstract

Perkembangan drone multirotor meningkatkan kebutuhan akan pemahaman karakteristik aliran di sekitar rotor, khususnya fenomena wake yang memengaruhi efisiensi propulsi dan kestabilan terbang. Interaksi wake antarrotor dapat menurunkan performa sehingga kajian terhadap wake rotor tunggal menjadi penting. Simulasi numerik merupakan pendekatan yang efektif untuk menganalisis fenomena tersebut, tetapi pemodelan rotor secara langsung menggunakan Computational Fluid Dynamics (CFD) tiga dimensi membutuhkan biaya komputasi yang tinggi. Oleh karena itu, penelitian ini menggunakan model dua dimensi berupa silinder persegi panjang sebagai penyederhanaan rotor, dengan efek putaran baling-baling direpresentasikan melalui pemberian kecepatan induksi pada daerah di belakang geometri. Penelitian ini bertujuan mengetahui bagaimana kontur kecepatan dan profil wake pada konfigurasi silinder persegi panjang tanpa celah dan bercelah. Simulasi dilakukan menggunakan MATLAB dengan menyelesaikan persamaan Navier–Stokes inkompresibel tak tunak pada bilangan Reynolds 5000, kecepatan inlet konstan 0.5, serta variasi rasio kecepatan induksi terhadap kecepatan inlet sebesar 0, 1, dan 2. Karakteristik aliran dianalisis menggunakan Kontur kecepatan dan profil kecepatan ternormalisasi pada posisi downstream x/D = 5, 7, dan 10. Hasil penelitian menunjukkan bahwa pada konfigurasi tanpa celah, tanpa kecepatan induksi terbentuk zona defisit momentum yang lebar dan simetris dengan profil wake berbentuk lembah. Pemberian kecepatan induksi rasio 1 mengurangi defisit momentum sehingga profil menjadi lebih datar, sedangkan rasio 2 menghasilkan surplus momentum yang terpusat di belakang geometri. Pada konfigurasi bercelah, aliran yang melewati celah membentuk struktur yang lebih kompleks sehingga wake menjadi lebih sempit dan mengalami pemulihan lebih cepat dibandingkan konfigurasi tanpa celah. Penambahan kecepatan induksi menghasilkan beberapa jet yang meningkatkan momentum aliran. Pada rasio 1, jet tersebut mengurangi defisit momentum dan membentuk profil yang lebih seragam, sedangkan pada rasio 2 terbentuk surplus momentum dengan distribusi kecepatan lateral yang lebih merata dibandingkan konfigurasi tanpa celah.
===================================================================================================================================
The rapid development of multirotor drones has increased the need to better understand the flow characteristics around a rotor, particularly the wake phenomenon, which affects propulsion efficiency and flight stability. Wake interactions between rotors can degrade overall performance, making the investigation of a single rotor wake an important preliminary step. Numerical simulation provides an effective approach for analyzing this phenomenon. However, direct three-dimensional Computational Fluid Dynamics (CFD) modeling of a rotor requires high computational cost. Therefore, this study employs a two-dimensional rectangular cylinder as a simplified rotor model, where the effect of propeller rotation is represented by applying an induced velocity in the region downstream of the geometry.This study aims to investigate the velocity contours and wake profiles of solid and slotted rectangular cylinder configurations. The simulations were performed in MATLAB by solving the unsteady incompressible Navier–Stokes equations at a Reynolds number of 5000, with a constant inlet velocity of 0.5 and induced velocity to inlet velocity ratios of 0, 1, and 2. The flow characteristics were analyzed using velocity contours and normalized velocity profiles at downstream locations of x/D = 5, 7, and 10. The results show that, for the solid configuration without induced velocity, a wide and symmetric momentum deficit region is formed, producing a valley shaped wake profile. Applying an induced velocity ratio of 1 reduces the momentum deficit and flattens the wake profile, whereas a ratio of 2 produces a concentrated momentum surplus downstream of the geometry. For the slotted configuration, the flow passing through the gaps creates a more complex flow structure, resulting in a narrower wake and faster wake recovery than that of the solid configuration. The application of induced velocity generates multiple jets that increase the flow momentum. At an induced velocity ratio of 1, these jets reduce the momentum deficit and produce a more uniform wake profile, while a ratio of 2 generates a momentum surplus with a more uniform lateral velocity distribution than the solid configuration.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	silinder persegi panjang, profil wake, kontur kecepatan, konfigurasi bercelah, Computational Fluid Dynamics (CFD), rectangular cylinder, wake profile, velocity contour, slotted configuration, Computational Fluid Dynamics (CFD)
Subjects:	Q Science > QA Mathematics Q Science > QA Mathematics > QA401 Mathematical models. Q Science > QA Mathematics > QA431 Finite differences. Q Science > QA Mathematics > QA911 Fluid dynamics. Hydrodynamics
Divisions:	Faculty of Mathematics and Science > Mathematics > 44201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Distiana Eka Safitri
Date Deposited:	31 Jul 2026 03:27
Last Modified:	31 Jul 2026 03:27
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/139215

Available Versions of this Item

• Simulasi Numerik Aliran Udara di Sekitar Baling-Baling Rotor. (deposited 31 Jul 2026 03:27) [Currently Displayed]
  • Simulasi Numerik Aliran Udara di Sekitar Baling-Baling Rotor. (deposited 29 Jul 2026 01:16)

Actions (login required)

View Item