SISTIM SEPARASI TINGKAT ROKET - KM Ristek

--
­
•
LAPORAN AKHIR
~ SISTIM SEPARASI TINGKAT ROKET
-
Fokus Bidang Prioritas : Teknologi Pertahanan dan Keamanan
-
No. Produk Target: 5.06. Teknologi Informasi & Komunikasi
Jenis Insentif: Riset Terapan
Peneliti Utama : Ir. Lilis Mariani, M.Eng.
PUSATTEKNOLOGI WAHANA DIRGANTARA
: LEMBAGA PENERBANGAN DAN ANTARIKSA NASIONAL

SU MMARY REPO RT
Sistim separasi tingkat me mainkan peranan penting dalam keberhasilan misi program
pengembangan roket pengorbit sate lit nanD LA PAN yaitu menempatkan satelit seberat 2,24 kg pada
ketinggian orbit 200 km di tahun 2014. Dala m laporan ini diajukan dua buah alternatif sistim separasi
tingkat roket yaitu (1) sistim separasi yang menggunakan V-clamp band dan baut ekplosif dengan
beban shock yang rendah sebagai release device dan (2) sistim separasi yang menggunakan
mekanisme Hefboom-GrendeljPin dan piston yang digerakan oleh gaya dorong penyalaan motor
roket lanjutan. Kedua sistim separasi ini akan dikaji kelebihan dan kekurangannya sehingga pada
akhirnya diperoleh sistim separasi yang paling tepat untuk RPS LAPAN. Untuk mencapai tujuan
tersebut kegiatan pengembangan sistim separasi RPS LAPAN akan dibagi menjadi dua tahapan. Pada
tahun I, akan dilakukan kegiatan disain, simulasi, fabrikasi, integrasi dan evaluasi. Sedangkan pada
tahun II akan dilakukan persiapan dan pelaksanaan pengujian yang meliputi pengujian beban shock
yang dihasilkan, uji getar dan uji drop untuk mengetahui kinerja dan reliabilitas kedua sistim separasi
tersebut. Pengembangan sistim separasi tingkat RPS LAPAN akan dilaksanakan oleh para peneliti
dan perekayasa PUSTEKWAGAN di Rumpin dan akan memakan total biaya sebesar Rp. 165.800.000.
Dalam pelaksanaannya, kegiatan tahap I dimulai dengan studi literatur sistim separasi yang
telah dipakai pada roket dan satelit di negara lain. Dari hasil studi itu dikembangkan disain dengan
cara memodifikasi disain yang sudah ada sesuai dengan kebutuhan roket LAPAN . Setelah itu
dilakukan gambar teknik kedua disain sistim separasi untuk kepentingan analisis dan simulasi
tegangan struktur sistim separasi . Dari hasil evaluasi simulasi struktur barulah dibuat revisi gam bar
teknik detil untuk kegiatan fabrikasi struktur komponen sistim separasi. Hasil fabrikasi komponen
kemudian diintegrasi sesuai dengan disain sebelumnya. Integrasi komponen ini, yang merupakan
target kegiatan akhir dari tahap 1 pengembangan sistim separasi roket tingkat di tahun 2010 ini,
telah dilakukan pada minggu ketiga bulan November sesuai dengan jadwal yang telah ditentukan.

•
2
LEMBAR PENGESAHAN
Judul Penelitian
Fokus Bidang Prioritas i
No. Produk Target
Jenis Insentif
Lokasi Penelitian
Sistim Separasi Tingkat Roket
: Teknologi Pertahanan dan Keamanan
: 5.06. Teknologi Informasi & Komunikasi
: Riset Terapan
: Bidang Struktur Mekanika LAPAN,
Jln. Raya LAPAN, Rumpin, Bogor 18350
Keterangan Lembaga Pelaksanaan / Pengelola Penelitian
A. Lembaga Pelaksana Penelitian
Nama Koordinator / Peneliti Utama Ir. Lilis Mariani, M.Eng.
Nama Anggota / Peneliti
Ing. Bambang Sapto Wibowo
Ir. Mujtahid, MT
Nama Lembaga / Institusi
Unit Organisasi
Ir. Setiadi, MT
Heri Purnomo, ST.
LAPAN
Bidang Struktur Mekanika LAPAN
Jln Raya Rumpin Bogor
Alamat
Telepon/HP/Faksimile/e-mail 021-75881479/081511746724/
lismananl@yahoo.co.id
Jangka Waktu Kegiatan : 10 bulan
Biaya Tahun 1 : Rp 165.800.000
Total Biaya : Rp 165 .800.000
Kegiatan (baru/lanjutan) : Baru
Rekapitulasi Biaya Tahun Yang diusulkan :
No. Uraian Jumlah (Rp) Prosentase (%)
1 Gaji dan upah Rp 60.500.000 36%
2 Bahan Habis Pakai Rp 64.190.000 39%
3 Seminar /Perjalanan Rp 25.000.000 15%
4 Biaya Lain-Lain Rp 16.100.000 10%
Jumlah Biaya Rp 165.800.000 100%
Tujuan Akhir Penelitian
Sasaran Akhir Penelitian
: Kemandirian nasional di bidang teknologi sistim separasi tingkat roket
: Dua buah jenis sistim separasi tingkat roket yaitu dengan aktuator
metoda ledakan dan metoda mekanis

•
3
Rumpin, 26 Oktober 2010
Mengetahui,
Peneliti Utama
Ka. Pusat Teknologi Wahana Dirgantara
Ir. Ulis M ariani, M .Eng
Ir. Yus Markis, Dipl. Ing
NIP. 19680319. 198701.2.001 NIP . 19550405.198012.1.001
!.

-
4
RINGKASAN
Untuk periode Agustus hingga bulan November ini dalam laporan kemajuan kelompok riset
insentif RISTEK - DIKTI ini akan disampaikan hasil kemajuan penelitian dan pengembangan sistim
separasi tingkat roket yang berupa revisi disain sistim separasi eksplosif Vee-clamp dan pyrobolt,
analisis statik tegangan clamp-band dan pyrobolt, fabrikasi sistim separasi hefboom-grendel dan
clamp-band.

..
5
PRAKATA
Sistim separasi tingkat memainkan peranan penting dalam keberhasilan mlsl program
pengembangan roket pengorbit satelit nanD LAPAN yaitu menempatkan satelit seberat 2/24 kg pada
ketinggian orbit 200 km di tahun 2014. Dalam laporan ini diajukan dua buah alternatif sistim separasi
tingkat roket yaitu (1) sistim separasi yang menggunakan V-clamp band dan baut ekplosif dengan
beban shock yang rendah sebagai release device dan (2) sistim separasi yang menggunakan
mekanisme Hefboom-Grendel/Pin dan piston yang digerakan oleh gaya dorong penyalaan motor
roket lanjutan. Kedua sistim separasi ini akan dikaji kelebihan dan kekurangannya sehingga pada
akhirnya diperoleh sistim separasi yang paling tepat untuk RPS LAPAN . Untuk mencapai tujuan
tersebut laporan pengembangan sistim separasi RPS LAPAN akan dibagi menjadi dua tahapan. Pada
tahun I, akan dilakukan kegiatan disain, simulasi, fabrikasi, integrasi dan evaluasi. Sedangkan pada
tahun II akan dilakukan persiapan dan pelaksanaan pengujian yang meliputi pengujian beban shock
yang dihasilkan, uji getar dan uji drop untuk mengetahui kinerja dan reliabilitas kedua sistim separasi
tersebut. Pengembangan sistim separasi tingkat RPS LAPAN akan dilaksanakan oleh para peneliti
dan perekayasa PUSTEKWAGAN di Rumpin dan akan memakan total biaya sebesar Rp . 165.800.000.

-
6
DAFTAR lSI
Judul .................................................................................................................................
Lembar............. ........ .... .....................................................................................................
Ringkasan................................... .......................................................................................
Prakata..............................................................................................................................
Daftar lsi........................................... ................................................................................
Daftar Tabel ......................................................................................................................
Tabel 1. Besar beban untuk mencapai kondisi plastis dan patah....................
Tabel 2. Tegangan untuk variasi enforced displacement ujung clam..............
Tabel 3. Tegangan maksimum struktur clam dan deformasi ujung calam
untuk variasi beban tarik searah pembautan ..................................................
Daftar Gambar
Gambar 1. Jenis Sistim Separasi Tingkat Roket........ .. ............................... .. .. ..
Gambar 2. Baut Eksplosif Dan V-Clamp Band.................................................
Gambar 3. Sistim Separasi Hefboom-Grendel/Pin
Gambar 4. Desain Sistim Separasi Metoda Eksplosif pyrobolt dan Clamp
Band ..............................................................................................
Gambar 5. Komponen Sistim Separasi............................................................
Gambar 6. Tampak Atas Sistim Separasi......................................... .... ............
Gambar 7. Desain Clamp-Band........................................................................
Gambar 8. Desain Vee-Shoe............................................................................
Gambar 9. Desain Mur dan Baut................ ............. ....................... ................
Gambar 10. Desain Assembly Pyrobolt...........................................................
Gambar 11. Desain Bagian Dalam Pyrobolt........................ .............................
Gambar 12. Desain Piston Pyrobolt....................... ..........................................
Gambar 13. Desain Cap Stopper PyrobolL.....................................................
Gambar 14. Desain Baut Penutup Pyobolt......................................................
Gambar 15. Desain Bushing Pyrobolt..............................................................
Gambar 16. Spring Pyrobolt dan Clamp-Band Saat Tertekan..........................
Gambar 17. Geometri pyrobolt.......................................................................
Gambar 18. pyrobolt Solid Mesh Modeling....................................................
Gambar 19. Permukaan dimana constraint dan pembebanan diterapkan.....
1
2
4
5
6
22
27
28
9
9
10
14
15
15
16
16
17
17
18
18
19
19
20
20
21
21
21
Gambar 20. Hasil Simulasi Tegangan pyrobolt dengan Load = 1000 N,
22
or P = 8845644 Pa .........................................................................
Gambar 21. Hasil Simulasi Tegangan Pyrobolt dengan kondisi yield.............. 23
Gambar 22. Hasil Simulasi Tegangan Saat Beban Maksimum......................... 24
Gambar 23. Hasil Simulasi Tegangan Akibat Beban Torsi 60 Nm.................... 24
Gambar 24. Hasil Simulasi Tegangan Saat Kondisi yield................................. 25
Gambar 25. Geometri sistem separasi............................................................ 26
Gambar 26. Lokasi dimana constraint dan pembebanan diterapkan............. 26
Gambar 27. Hasil Simulasi Tegangan Clamp-Band Akibat Perpindahan
9,92 mm..................................................................................... 28
Gambar 28. Hasil Simulasi Tega gan Clamp Band Sa at Kondisi yield............. 29
Gambar 29. Hasil Simulasi Tega ga Clamp Band Sa at Beban Tarik 1350.... 30
Gambar 30. Hasil Simulasi Tegangan Qam p Band Sa at Beban Tarik 337,5 N. 30
Gambar 31. Desain da n Hasi a ~ 'ka-' 0 • ponen.......................................... 31
Gambar 32. Perala ta n P e -c- ay! Penggerak Piston Pendorong 32
Hefboom . .._ _

•
7
Gambar 33. Arm L (hefboom), Stang klem, Blok grendel dan Klem ...............
Gambar 34. Desain Arm- l............................................................................. .
Gambar 35. Desain Stang Klem ...................................................................... .
Gambar 36. Desain Blok Grendel. .... ... ........................................................... .
Gambar 37. Desain Vee Klem .........................................................................
Gambar 38. Stang, Piston dan Glider............................................................. .
Gambar 39. Desain Piston .............................................................................. .
Gambar 40. Desain Kop Piston ...................................................................... .
Gambar 41. Desain Glider.............................................................................. .
Gambar 42. Desain dan HasH Fabrikasi Tabung Atas dan Tabung Bawah ...... .
Gambar 43. Desain dan Hasil Fabrikasi Alas Atas ........................................... .
Gambar 44. Desain dan Hasil Fabriksi Alas Bawah ......................................... .
Gambar 45. Bushing ....................................................................................... .
Gambar 46. Hasil Fabrikasi Komponen Pyrobolt............................................ .
Gambar 47. Pyrobolts ..................................................................................... .
Gambar 48. Squib Pyrobolt. ............................................................................ .
Gambar 49. Rangkaian Sistim Separasi Clampband dan Pyrobolt.................. .
Gambar 50. Assembly Pyrobolt di Clampband ......................................... .
Gambar 51. V-shoe ..................................................................................
42
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................................ 8
BAB II TINJAUAN PUSTAKA................................•........................................................ 8
BAB III TUJUAN DAN MANFAAT .................................................................................. 10
3.1 TUJUAN ..................................................................................................... 10
3.2 MANFAAT................................................................................................ . 11
BAB IV METODOLOGI.. ................................................................................................ 11
4.1 RANCANGAN RISET.................................................................................. . 11
4.2 JADWAL PENELITIAN ................................................................................. 12
4.3 PERSONIL PENELITIAN .............................................................................. 12
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................................... 14
5.1 REVISI DISAIN SISTIM SEPARASI EKSPLOSIF PYROBOLT DAN CLAMP- 14
BAND ...................................................................................................... .
5.2 ANALISIS TEGANGAN STATIK YANG TERJADI PADA PYROBOLT DAN 21
CLAI\IIP.................................................................................................... .
32
33
33
34
34
35
35
36
36
37
38
39
40
5.3 FABRIKASI SISTIM SEPARASI METODA MEKANIS HEFBOOM ................... 31
5.4 FABRIKASI SISTIM SEPARASI METODA EKSPLOSIF PYROBOLT DAN 41
CLAMP .....................................................................................................
BABVI KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................................... 43
6.1 KESIMPULAN .............................................................................................. 43
6.2 SARAN ........................................................................................................ 43
DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................................
43
41
41
41
42
42

•
8
BABI
PENDAHULUAN
Pada tahun 2008 LAPAN meluncurkan program pengembangan roket pengorbit satelit (RPS)
yang kelak akan menempatkan sate lit nano buatan LAPAN pada ketinggian atmosfer sekitar 200 ­
300 km. Pada tahun 2014 diharapkan RPS LAPAN akan melakukan uji terbang pertama yang akan
membawa satelit seberat 2,24 kg pada ketinggian 200 km. Untuk itu dalam lima tahun kedepan akan
dilakukan penguasaan dan pengembangan semua aspek teknologi roket pengorbit satelit yang
diperlukan seperti aerodinamik, propelan, igniter, propulsi, n&C, material struktur, sistim separasi,
fabrikasi, integrasi, pengujian dan lain-lain.
Untuk sa at ini dengan menggunakan kemampuan material struktur, propelan serta propulsi
roket yang dimiliki LAPAN, rancang bangun RPS LAPAN akan terdiri dari empat tingkat motor roket.
Motor roket tingkat pertama diproyeksikan berdiameter 530 mm, motor tingkat kedua, ketiga dan
keempat diproyeksikan berdiameter 420 mm, 320 mm dan 250 mm dengan dilengkapi struktur antar
tingkat. Tujuan RPS LAPAN dibuat bertingkat adalah untuk mengurangi beban berat roket lanjutan
ketika propelan motor roket pada tingkat sebelumnya telah habis terbakar sehingga memungkinkan
roket lanjutan 'untuk mendapat pertambahan kecepatan yang butuhkan guna mencapai escape
velocity dan ketinggian orbit akhir. Untuk memisahkan motor roket ini tanpa atau dengan perubahan
sikap dan kecepatan rotasi roket lanjutan yang minimum pad a waktu yang telah ditentukan
dibutuhkan suatu sistim mekanisme yang disebut sistim separasi tingkat. Kegagalan sistim separasi
tingkat dapat menyebabkan kegagalan misi RPS LAPAN secara keseluruhan seperti yang terjadi pada
roketApolo dan Falcon-l.
Adapun tujuan dari riset insentif DIKTI 2010 yaitu merancang dan mengembangkan sistim
separasi tingkat untuk roket pengorbit satelit RPS LAPAN. Hal ini perlu dilakukan karena sistim
separasi tingkat roket pengorbit satelit merupakan termasuk komponen yang terkena peraturan
import/eksport MTCR. Ada dua tipe sistim separasi tingkat yang akan dikembangkan yaitu sistim
yang menggunakan baut eksplosif dan sistim non-eksplosif. Hal ini dilakukan untuk dikarenakan
masing-masing sistim separasi ini mempunyai kekurangan dan kelebihan. Sistim separasi dengan
baut eksplosif mempunyai kelebihan lebih sederhana dan lebih ringan namun mempunyai beban
shock yang cukup besar. Sedangkan sistim separasi non eksplosif yang menggunakan sistim mekanik
mempunyai kecendrungan lebih kompleks dan berat namun beban shock yang lebih kedl terhadap
roket lanjutan.
Untuk mencapai tujuan tersebut riset ini akan dibagi menjadi dua tahun. Pada tahun pertama
dilakukan perancangan, analisis dan pembuatan sistim separasi. Sedangkan pad a tahun kedua akan
dilakukan pengujian-pengujian untuk menentukan reliabilitas kinerja sistim separasi yang
dikembangkan. Hasil akhir yang diharapkan pada tahun pertama adalah dipeolehnya dua alternatif
sistim separasi RPS LAPAN sedangkan hasil akhir pada tahun kedua diperolehnya suatu sistim
separasi RPS yang handal. Semua kegiatan rencananya akan dilakukan di Pusat Teknologi Wahana
Dirgantara, LAPAN- Rumpin dengan bekerja sama dengan instansi yang terkait khususnya pengujian
sistim separasi tingkat.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Dalam perancangan sistim separasi t gk.l e a 3 beberapa hal yang harus diperhatikan
yaitu jarak ruang yang cukup antar motc 'sc Q. • besar beban shock yang diterima oleh
roket lanjutan, tidak adanya sampa ate .= . _. ' yang mengenai roket lanjutan akibat

•
9
pemisahan motor, dan kemampuan sistim separasi dalam menerima beban kerja selama operasional
terbang roket. Pada umumnya sistim separasi tingkat roket terdiri dari alat alat pemisah ikatan
tingkat roket (release device), alat pendorong pemisahan tingkat roket (separation impuls device)
dan alat bantu (auxiliary device). Berdasarkan bentuk strukturnya release device terbagi atas dua
yaitu struktur kontinyus biasanya dipisahkan dengan menggunakan sederet bahan eksplosif (US
Patent 4939438) dan struktur non kontinyus dimana dua bagian motor yang akan dipisahkan
dipertemukan diantaranya dengan clamp serta diikat pada mating point, pemisahan kedua bagian
bisa menggunakan komponen ekplosif (US Patent 3352189 dill maupun non eksplosif. Untuk
memberikan momentum pada dua bagian roket yang berpisah sehingga saling menjauh biasa
digunakan metoda penyalaan motor lanjutan, thrust reversal, auxiliary rocket dan spring
untukseparation impuls device. Sedangkan untuk auxiliary device biasa digunakan metoda-metoda
yang dapat mempercepat pemisahan dan manuver roket antara lain sistim Yo-tumble dimana motor
roket yang telah terpisah diputar menjauhi badan roket lanjutan seperti pada roket Ares.
la. V- clamp band dengan baut eksplosif
lb. Non Eksplosif V-clamp band
Gambar 1. Jenis Sistim Separasi Tingkat Roket
Seperti yang telah disebutkan diatas ada dua jenis sistim separasi tingkat RPS yang akan
dikembangkan dalam riset ini yaitu sistim yang menggunakan baut eksplosif dan sistim mekanik (non
eksplosif) untuk motor roket dim ana tingkat bawah berdiameter 420 mm sedangkan bagian atas
berdiameter 320 mm. Untuk disain sistim separasi yang pertama akan terdiri dua buah pre-stressed
V-clamp band yang diikat pada kedua ujungnya dengan baut eksplosif yang bertindak sebagai release
device. Untuk mengurangi beban kejut pada roket lanjutan akan digunakan disain baut eksplosif
kejut rendah yang diadopsi dari US Patent 5402728. Sebagai peredam beban kejut akan digunakan
pegas kecil untuk menggantikan material peredam. Baut eksplosif ini akan diisi dengan material
piroteknik dan squib yang bertindak sebagai penyala ketika arus listrik diberikan. Disain sistim
separasi dengan baut eksplosif ini akan dilengkapi dengan bolt catcher guna menampung sisa
ledakan baut dan pegas guna membantu pelepasan V-clamp band.
oF'"
Gambar 2. Sa
. Clan -Clamp Band

~
•
10
L
L: Rancangan sistim separasi tingkat roket yang kedua dalam laporan ini diberi nama separator
Hefboom-Grendel/Pin. Secara garis besar rancangan ini bisa dijelaskan melalui gambar 3 di bawah
L:
ini.
t:
t:'
L:
L:
L:
:
L:
L.:
.:
Gambar 3. Sistim Separasi Hefboom-Grendel/Pin
Lubang-Iubang pada gambar di atas adalah tempat untuk mengunci sambungan antara tabung
roket tingkat bawah dan tabung roket tingkat atas. Kunci yang menyerupai grendel pintu (pin) ini
akan bergeser ke arah daJam dari lubang-Iubangnya dengan mekanisme tertentu yang digerakkan
oleh sebuah piston. Hal ini terjadi setelah bahan bakar roket bawah mulai habis yang disusul oleh
penyalaan bahan bakar roket II disertai dorongan gas buang dari tabung roket atas terhadap tabung
roket bawah sehingga terjadilah separasi.
Alat yang bisa dipergunakan untuk menggerakkan piston separator ini adalah pompa
pneumatis dan solenoid. Sumber tekanan pompa pneumatis adalah kompressor sedangkan solenoid
digerakkan oleh sumber listrik accu kering (batterai). Dengan mekanisme hefboom maka dalam satu
kali gerakan secara bersama-sama dan serempak pin-pin pada masing-masing lubang separator akan
terbuka. Alternatif lain selain pompa pneumatis dan solenoid adaJah dengan memanfaatkan
dorongan gas buang roket tingkat atas. Cara yang terakhir ini adalah cara yang paling mudah dan
praktis.
Adapun gaya yang diperlukan agar pin-pin terse but bisa terbuka adalah relatif tidak besar
sehingga memudahkan pompa pneumatis ataupun solenoid untuk bekerja secara optimal. Apalagi
bila tekanan terhadap piston berasal dari gaya dorong gas buang roket tingkat atas. Besarnya gayagaya
untuk membuka pin ditentukan juga oleh akurasi dalam pembuatan tabung separator.
1.
BAB III TUJUAN DAN MANFAAT
3.1 TUJUAN
Mengembangkan rancang bangun sis jm 5.ep2c,:- r • et 'ngkat baik yang menggunakan metoda
aktuator eksplosif maupun mekanis.

•
11
3.2 MANFAAT
Tersedianya rancang bangun sistim separasi tingkat roket dalam rangka kemandirian
nasional di bidang teknologi kedirgantaraan.
BAB IV METODOLOGI
Guna mencapai hasil yang diharapkan dari laporan riset ini akan ditempuh metodologi sebagai
berikut :
1. TAHUN I
a. Studi literatur via buku dan e-journal
b. Survey material
c. Disain awal masing-masing sistim separasi
d. Simulasi respon struktur sistim separasi
e. Evaluasi hasil simulasi
f. Manufaktur kedua sistim separasi
g. Evaluasi hasH produksi sistim separasi
h. Integrasi sistim separasi
2. TAHUN II
a. Disain alat bantu pengujian
b. Manufaktur alat bantu pengujian
c. Pengujian shock
d. Pengujian getar
e. Pengujian drop test
f. Evaluasi hasj) pengujian
4.1 RANCANGAN RISET
Riset dimulai dengan mempelajari disain sistim separasi yang telah dipakai diluar negeri dan
memodifikasi disain sesuai dengan kebutuhan RPS LAPAN dan kemampuan pasar material
pendukung yang tersedia. Setelah diperoleh disain awal, kegiatan riset akan dilanjutkan dengan
simulasi respon struktur sistim separasi terhadap beban kerja yang diperkirakan akan diterima
selama operasional terbang roket serta simulasi animasi mekanisme sistim separasi. Berdasarkan
hasil simulasi akan dilakukan modifikasi disain jika diperlukan. Manufaktur sistim separasi akan
dilaksanakan dengan menggunakan fasilitas yang tersedia di dalam negeri. Kendali mutu hasil
manufaktur dengan menggunakan metoda pengukuran dan visual.
Pada tahun kedua kegiatan riset terpusat untuk persiapan dan pelaksanaan pengujian sistim
separasi. Adapun jenis pengujian yang akan dilak: kan adalah pengujian besar beban kejut yang
dihasilkan sa at terjadi separasi roket, uji getar si stim separasi guna mengetahui karakteristik dinamik
sistim separasi dan ketahanan sistim sepa asi erhadap beban dinamik sehingga apakah terjadi
separasi prematur atau tidak, serta drop test s' 'm separasi akan dilaksanakan guna mengetahui
kinerja mekanisme sistim separasi sepe
a g diperlukan dan besar clearance yang
dihasilkan saat separasi terjadi.

-
12
4.2 JADWAL PENELITIAN
NO.
KETERANGAN KEGIATAN
T AHAP 1/2010
BULAN KEGIATAN
03 04 05 06 07 08 09 10 11 12
1 Studi literatur via buku dan e-journal
2 Survey material sistim separasi
3 Disain awal masing-masing sistim
separasi
4 Simulasi respon struktur sistim
separasi
5 Evaluasi hasil simulasi
6 Manufaktur kedua sistim separasi
7 Evaluasi hasil produksi sistim separasi
8 Integrasi sistim separasi
T AHAP 11/2011
9 Disain alat bantu pengujian
10 Manufaktur alat bantu pengujian
11 Pengujian shock
12 Pengujian getar
13 Drop test
14 Evaluasi dan pelaporan
4.3 PERSONIL PENELITIAN
No. Keterangan Jabatan Dalam Riset
1. Nama
Ir. Lilis Mariani, M.Eng
Peneliti Utama
Jenis Kelamin
Wanita
Pendidikan 5-2
­
Unit Kerja Bidang Struktur Roket
PUSTElM'AGAN
Keahlian
Perekayas,a struktur roket
Tugas Dalam Penelitian M eng1coordinir pelaksanaan
egjata pen . ian
Ae a~ dan mengevaluasi
has .. ~t.d J! penelrtian

13
2. Nama
Alokasi Jam Penelitian
Jenis Kelamin
Pendidikan
Unit Kerja
Keahlian
Tugas Dalam Penelitian
Melaksanakan kegiatan disain
dan simulasi sistim separasi
Melaksankan kegiatan pengujian
80Jam
Ing. Bambang Sapto Wibowo
Pria
S-l
Bidang Struktur Roket ­
PUSTEKWAGAN
Peneliti struktur roket
Melaksanakan kegiatan disain
sistim separasi non eksplosif
Memantau kegiatan manufaktur
sistim separasi
Melaksanakan kegiatan pengujian
Peneliti
L
80Jam
Ir. Mujtahid, MT
Pria
S-2
Bidang 5truktur Roket ­
PU5TEKWAGAN
Keahlian
Peneliti struktur roket
Tugas Dalam Penelitian Melaksanakan kegiatan survey
material sistim separasi
Melaksanakan kegiatan kendali
mutu manufaktur sistim separasi
Melaksanakan kegiatan disain
alat bantu pengujian sistim
separasi
80Jam
Ir. Herry Purnomo
Pria
5-1
Bidang Struktur Roket ­
PUSTEKWAGAN
Keahlian
Perekayasa struktur roket
Tugas Dalam Penelitian Melaksanakan kegiatan disain
dan animasi sistim separasi
Membuat gambar teknik sistim
separasi dan alat bantu pengujian
Melaksanakan kegiatan pengujian
sistim separasi
Alokasi Jam Penelitian 80lam
Nama
lr. Setiadi
Jenis Kelamin
Pfia
Pendidikan
5--2
Unit Kerja I ~ d2 5 St ktur Roket,
pu.s-EX't'/AGAN
Keahlian ?e ~ _ S 'n!~JI Roket
Alokasi Jam Penelitian
3. Nama
Jenis Kelamin
Pendidikan
Unit Kerja
Alokasi Jam Penelitian
4. Nama
Jenis Kelamin
Pendidikan
Unit Kerja
Peneliti
Peneliti
Peneliti

•
14
Tugas Dalam Penelitian Melakukan analisis kekuatan
material dan struktur
Alokasi Jam Penelitian 80jam
BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN
Kegiatan yang telah dilakukan oleh kelompok riset Sistim Separasi Tingkat Roket adalah
Keterangan:
1. Revisi disain sistim separasi eksplosif pyrobolt dan clamp-band
2. Analisis tegangan statik yang terjadi pada pyrobolt dan clamp-band
3. Fabrikasi sistim separasi metoda mekanis Hefboom-Grendel
4. Fabrikasi sistim separasi metoda eksplosif pyrobolt dan clamp-band
5.1 REVISI DISAIN SISTI M SEPARASI EKSPLOSIF PYROBOLT DAN CLAMP-BAND
Ada beberapa revisi desain sistim separasi yang dilakukan antara lain desain pyrobolt dan
komponen keeil yang ada didalamnya guna memperbesar ruangan yang tersedia untuk menaruh
squib pemieu dan material peledak, dari 5 mm menjadi 10 mm. Untuk mengakomodasi perbesaran
ruangan panjang piston dipotong 5 mm. Revisi disain lain yang dilakukan adalah perbaikan disain
Vee shoe dengan memperdalam sudut Vee shoe hingga 8 mm agar daya eengkraman terhadap
bagian tabung roket menjadi lebih kuat. Untuk membantu clamp-band untuk menjauhi tabung
roket, desain sistim separasi clamp-band dilengkapi dengan lateral ejection spring. Adapun hasil
revisi disain sistim separasi metoda eksplosif pyrobot dengan clamp band sebagai berikut:
c:"· -
Gambar 4. Desain Sistim 5€paras
etoda Eksp!osif Pyrobolt dan Clamp Band

•
15
fl.'" 1L" .....l." ~"'CIIl
''' '"::'-:..~.:.-
Gambar 5. Komponen Sistim Separasi
Vee clamp band ini berfungsi untuk mengikat bagian ujung bawah dan atas tingkat roket
yang berhubungan. Dalam disain vee clamp band terdiri dari dua bagian yang pada bagian ujungujungnya
akan diikat dengan baut eksplosif. Pada setiap bagian clamp band terdiri dari strap-band
yang tipis dan tiga buah vee shoe untuk memudahkan fabrikasi vee clamp band dan pemasangan.
Gambar6. 2
im Separasi

16
to;:. ~·· """'_~ :·I .
• J.~..,. ~..
. 1..... a ~'t " ....,tt Ool.
-~.;;; ...
""' !.iI"
;.~ -... 4 - ~;.:-:-'"'.~.
Gambar 7. Desain Clamp-Band
Strap band yang tipis sekitar 2 mm terbuat dari material stainless steel. Kelak strap band ini
akan diberi tegangan tarik awal (pre-tensioned) guna memberikan efek pegas dengan cara
mengencangkan baut eksplosif. Besar tegangan awal tarik yang diberikan akan dimonitor melalui
strain-gage yang dipasang.
..._ :_­
....~
,~
Ga
be 8. es.o in Vee-Shoe

•
17
Vee shoe yang terbuat dari material AI alloy 7075 berfungsi untuk mengikat bagian motor
tingkat bawah dan tingkat atas. Vee shoe dirancang mempunyai sudut 30° dan diharapkan untuk
memberikat gaya clamping yang kuat.
/ . ,
1&@J r. .
I ~ . (~ li
. -dl £
L
.. r;:
. , . .. ...:. ..
.. : .... "
,
/It .. .. .,. '
, .
Gambar 9. Desain Mur dan Baut
..
. ..........
Gambar O. es.a
Assembly Pyrobolt

L
L:
L:
:
L:
:
:
.:
•
cr"
18
:
Gambar 11. Desain Bagian Dalam Pyrobolt
.:
:
Baut eksplosif adalah baut yang berisikan material eksplosif (piroteknik) yang kelak akan
dipantik guna menghasilkan gas. Gas tersebut kelak akan mendorong piston yang ada di dalam baut.
Piston ini akan menekan bagian baut dibawahnya dan akan mematahkan baut padalokasi takikan
: yang telah ditentukan.
:
Ga mba U . esa i Piston Pyrobolt

:
:
Pisto baut berfungsi untuk memperbesar gaya dorong yang dihasilkan gas sehingga beban
kejut yang timbul akan lebih kecil saat separasi.
,
----j
1
19
"
:
/ /
//
....--J ------.
~
,
/ i
""'I{ -" . ' ......... ;...... ", ...
-;...:..... -: "':t.~
'.
Gambar 13. Desain Cap Stopper Pyrobolt
.:
:
.:: 7
Gambar 14. Desai Sa t Penutup Pyobolt

•
20
.,. ~ ..
Gambar 15. Desain Bushing Pyrobolt
..JI .. n l l .

21
5.2 ANALISIS TEGANGAN STATlK YANG TERJADI PADA PYROBOLT DAN CLAMP-BAND
5.2.1 .Analisis linear Statik Statik Pada Pyrobolt Sistem Separasi
Pada laporan ini akan diuraikan analisis kekuatan pyrobolt terhadap beban statik. Analisis
dilakukan berbasis simulasi pada software MSC Nastran v Windows 4.5 menggunakan elemen solid.
Beban statik yang diterapkan pada model simulasi berupa beban tarik axial dan torsi. Pembebanan
dilakukan hingga tegangan pada model mencapai kondisi plastis (a = a ys ) dan patah (a = aus).
Pemodelan Struktur Pyrobolt
Gambar 17. Geometri pyrobolt
Gambar 18. Pyrobolt Solid Mesh Modeling
Gambar 19. Permuka a d
a 'l :.onstraint dan pembebanan diterapkan
Pemodelan ini menggunakan materia _La -

•
22
E =195 Gpa
a ys =260 MPa
a us = 655 MPa
Material ini dipilih karena kekuatannya lebih rendah dibandingkan material stainless steel yang lain
sehingga hasil simulasinya akan lebih konservatif.
Hasil Simulasi
Besar beban untuk masing-masing jenis pembebanan untuk mencapai kondisi plastis dan
patah ditampilkan pada tabel1.
a) Pembebanan Tarik
Kondisi Beban Tarik (N) Torsi (N.m)
a = Gv > 13500 34400
a = Gu s 24.6 60
Tabel1. Besar beban untuk mencapai kondisi plastis dan patah
(i)
Load =1000 N, or P =8845644 Pa
~(.,.. 1 Del .... X,Y..
D..~ -
3
~
r_
ID
--
-"­
-
1119
'61
'­
a>46
...--
W
c.-...'tatn.......
"-­
V""
3!.657:I:~
O.
1$33136.
32YJ.5
w ca.r OptJn:
~
~
Gambar 20. Hasil Simulasi Teganga,
obolt dengan Load = 1000 N, or P =8845644 Pa

•
23
(i i) Yield condition, Load =13,5 load 1 =13500 N
V'IfJ/IIf 1 Del.... Xi \,~
O... S~
c....,.,.,. "'";O""' .,----,O"""' ,...,.-,---...... ~ .
1"", 10 V..... " ..-"" .-'
- O~4tI;Ct:uleI:'$
~ r)'pe SdVlJ,.Je
Slabc O.
:3
Node
.- - ­
r,.,. 10 v.".
1119 4.100X!f-5
161 O. ,-­",-""" r.sa =792.
-
E""",,
..::J 2646 ~31150.
Tt.ece~_ c......o,;w.
I
Cmb;:uV~ t O~
F,_~ (6"'"
I
Gambar 21. Hasil Simulasi Tegangan Pyrobolt dengan kondisi Yield
(iii)
Ultimate Condition, Load = 34,4 Load 1 = 34400 N
­

•
-,
o.~ - . ­
r
24
Pi(9atlJ
MSC.HMtu.n
!l..oo

-
25
(ji)
Yield condition
1..". 1 Oefd XY V,ew
0... ",","",
c-.""" .o-,­ ""' ---­p"

•
26
Pemodelan Struktur Clam
Gambar 25. Geometri sistem separasi
Tipe analisis yang dilakukan adalah linear mengingat tidak diperlukannya pemodelan contact
menggunakan element contact ataupun gap. Contact antara clam dan V-Band dimodelkan dengan
mengconstraint semua OOF pada daerah persinggungan clam dengan V-Band kecuali pada arah
putar (Theta).
Gambar 26. Loka si d 3 a aint dan pembebanan diterapkan

•
27
Pemodelan ini menggunakan material Stainless Steel dengan properti material sebagai berikut:
E=195 Gpa
a vs = 260 MPa
a us = 655 MPa
Material ini dipilih karena kekuatannya lebih rendah dibandingkan material stainless steel yang lain
sehingga hasil simulasinya akan lebih konservatif.
Dengan adanya pengencangan / tarikan baut, ujung clam akan mengalami displacement searah
tarikan baut (x) sehingga berdeformasi pula ke arah dalam (y) hingga model clam band mengikat
sempurna kedua tingkat roket yang ada didalamnya. Pembebanan pada model dilakukan dengan
memvariasikan besar enforced dIsplacement (x dan y) untuk merepresentasikan kondisi
pembebanan sebenarnya. Selain itu, diterapkan pula jenis pembebanan tarik untuk melihat besar
gaya yang diperlukan untuk membuat deformasi ujung clam yang ekivalen dengan displacement
yang diharapkan.
Hasil Simulasi
Enforced Displacement
Tegangan maksimum yang terjadi pada struktur clam untuk masing-masing variasi besar
displacement ujung clam ditampilkan pada tabel 2.
Tabel 2. Tegangan untuk variasi enforced displacement ujung clam
Enforced Displacement Tegangan Maksimum (MPa)
x = 5 mm, y = 8,547 mm 2768,69
x = 2,5 mm, y = 4,4 mm 1506,17
x = 1,25 mm, y = 2,2 mm 798,53
x = 0,625 mm, y =1,1 mm 399,27
x = 0,313 mm, y:: 0,55 mm 199,01
Berdasarkan hasH diatas maka dapat disimpulkan bahwa penerapan enforced displacement agar
terjadi efek spring ketika separasi terjadi adalah tidak efektif kerena clam hanya bisa ditarik dalam
orde 1 mm agar struktur clam tetap aman. Tentu saja kecilnya displacement yang bisa diterapkan
tersebut tidak signifikan pengaruhnya terhadap pelepasan separasi secara otomatis.
Beban Tarik (searah pembatan)
Tegangan maksimum yang terjadi pa da struktur clam untuk masing-masing variasi besar
displacement ujung clam ditampilkan pada ta e13.

•
28
Tabel3. Tegangan maksimum stru
r cl am dan deformasi ujung calam untuk variasi beban tarik
searah pembautan
Beban Tarik (N) Teganga n Maksimum (MPa) Deformasi Ujung Clam
1350 720,52 x =4,68 mm y =5,09 mm
675 360,26 x =2,34 mm y =2,54 mm
506
,"~
x =1,76 mm y =2,54 mm
337,5 180,13 x =1,17 mm y =1,91 mm
Pada Tabel 3 dapat dilihat bahwa besar beban tarik maksimum yang aman diterima oleh struktur
clam adalah 506 N. Besar beban tarik tersebut masih jauh dibawah beban tarik maksimum yang
dapat menyebabkan pyro mengalami kondisi yield nyakni 13500 N. Dengan demikian dapat
disimpulkan bahwa struktur pyro aman meski dibebani tegangan tarik struktur calam yang
mengalami displacement agar bisa mencapai kondisi mengikat pada struktur roket didalamnya.
a) Enforced Displacement
(i)
x =5 mm, y =8,547 mm
Gambar 27. Hasil Sim 1a
ega ga Cl amp-Band Akibat Perpindahan 9,92 mm

•
29
(ii) x = 0,313 mm, Y = .55 m
Zoom area di mana tegangan maksimum terjadi
Gambar 28. Hasil Sim
s' Teg.angan Clamp Band Saat Kondisi Yield

30
b) Pembebanan Tarik (pada 22 nodal)
(i)
F = 1350 N
Gambar 29. Hasil Simulasi Tegangan Clamp Band Saat Beban Tarik 1350 N
(ii).
F =337,5 N
Gambar 30. Hasil Simulasi Tega ga Clamp Band Saat Beban Tarik 337,5 N

•
31
5.3 FABRIKASI SISTIM SEPARASI METODA MEKANIS HEFBOOM-GRENDEl
Berikut ini adalah foto hasil proses fabrikasi alat separasi Hefboom-Klem berupa komponenkomponen
mekanik dan rangkaian peralatan pneumatik yang yang siap untuk diintegrasikan.
I .•
. .: .,:,
-
Gambar 31. Desain dan Hasil Fabrikasi Komponen
Sistim Separasi Mekanis Hefboom-Grendel
Dari Gambar 21 di atas tampak ada 12 jenis onderdeel utama (parts) yang sudah dibuat. Bila
dilihat kembali laporan sebelumnya (I) m ak.3 semua komponen-komponen yang diperlukan sudah
dibuat sesuai dengan pemesanan baik da la hal bahan, jumlah dan ukurannya. Gambar berikut ini
adalah hasil akhir desain alat separasi ya ng dimaks ud.

k
•
L 32
L.:
L
L
L
L
L
L'
L
L
~
L'
L
L
C
~
Gambar 32 . Peralatan Pneumatik Tenaga Penggerak Piston Pendorong Hefboom
Gambar 31 adalah rangkaian komponen pneumatik sebelum diisi udara oleh sebuah kompresor
yang terpisah. Sedangkan pada bagian valve solenoid akan dihubungkan dengan batterai kec il 9 V
dan Timer yang juga akan termasuk di daJam rangkaian.
Berikut ini adalah foto-foto beserta desain untuk masing-masing onderdeel dari system separasi
yang sudah dibuat di bengkel.
~
1) Arm L (hefboom), Stang kfem, Blok grendel dan Klem (4 komponen)
:
~
Gambar 33. Arm L (h efboom), Stang kfem, Bfok grendel dan Klem

•
33
0' II
Gambar 34. Desain Arm- L
Komponen Hefboom ini berbentuk menyerupai siku lengan yang berputar secara terbatas pada
titik sudutnya dan berfungsi merubah arah gerak vertical menjadi horizontal. Bila salah satu
ujungnya ditekan maka bagian ujung lainnya akan menarik komponen lain yaitu Stang klem . Jumlah
komponen yang terbuat dari Aluminium ini ada 4 (empat) disesuaikan dengan jumlah dari Klem-klem
pencengkram Tabung separasi.
--
" "".~.
Gambar 35. Desain Stang Klem
Stang klem yang berjumlah empat batang ini terbuat dari besi baja dan berfungsi untuk
menahan Klem-klem yang mencengkram Tabung separasi. Stang-stang klem ini diperkirakan cukup
mampu menerima beban tekan akibat dari gaya tekan dari masing-masing Klem.

•
34
~
f A '

35
2) Stang piston, Piston dan Glider (3 komponen)
Gambar 38. Stang, Piston dan Glider
Stang piston adalah batang cylinder berdiameter 10 mm yang bisa bergeser searah sumbu asnya
bila ada gaya yang menarik maupun menekannya. Pad a bagian ujung atas batang ini terpasang
sebuah Piston.
-E±J ..
P'-----=__
.ị
Gambar 39. Desain Piston
Piston pada foto di atas memiliki dua fungsi yaitu sebagai penahan Stang-stang klem dan sebagai
penggerak Hefboom dengan cara t umbu
. Bi a ada gaya yang mendorong Piston ataupun menarik

.
36
Stang piston maka Kop piston ini akan menumbuk Hefboom dan akan menarik Stang klem ke arah
dalam sehingga terjadi pelepasan cengkraman Klem-klem terhadap kedua Tabung separasi.
I,
n
I ~- . I-I"· ~~" I · · ~"' .
w
, lJ ~, . ! ~ T~ (. ,"
Gambar 40. Desain Kop Piston
Glider merupakan komponen tambahan yang berfungsi untuk menggeser secara manual
Hefboom dan Grendel agar berada pada posisi mengunci / menekan Klem . Dengan menggeser glider
ke arah atas sampai penuh dan dilanjutkan dengan stang Piston maka lengan Hefboom akan
terangkat ke atas dan lengan yang lain akan menggeser Stang klem sehingga ke empat Klem secara
bersama-sama akan mengunci sambungan Tabung-tabung separasi.
j'Fr
_LJ []
Ga m at 1. Desain Glider

•
37
3) Tabung atas & Tabung bawah (2 komponen)
1~
[~" ..:="&'
cl;W;'"
~::.:-- - 1
Gambar 42. Desain da 3S* abrikasi Tabung Atas dan Tabung Bawah

•
38
Tabung atas separasi ini terbuat dari bahan Aluminium yang juga merupakan bagian komponen
dari roket tingkat 2 yaitu Tabung nose!. Pada bagian dalam dari ujung tabung dibuat lebih tebal dan
berbentuk trapezium. Ini dimaksudkan agar ke empat Klem bisa mencengkram dengan kuat dan bisa
melepas cengkramannya dengan mudah bila ada gaya tarik terhadap Stang klem .
Tabung bawah adalah wadah bagi system separasi yang merupakan bagian dari tabung motor
roket tingkat pertama. Pada ujung tabung bagian dalam juga dibuat sedemikian rupa seperti ujung
Tabung atas sebagai tempat cengkraman Klem-klem .
4) Alas atas
i ____
; Cl ============:::=J
~...J lE
:':}-E ':" : f
@~~==~~45
'to «

39
Bagian ini sebagai tempat dipasangnya blok-blok grendel seperti yang telah diterangkan di atas.
Bagian tengah peJat Aluminium ini dibuat berlubang agak besar agar Piston dan Hefboom bisa
bergerak tanpa halangan.
5) Alas bawah
_ : IC ==:::;::::==:=1
. -:-:::-. -'-
...:Q ~....... c.;t.o...,..
, . ""It.~. : ' ,!"
Gambar 44. Desa in dan Hasil Fabriksi Alas Bawah
Alas bawah adaJah sebagai tempat dipa sa ngnya bushing. Lubang tengah pada pelat bulat ini
adalah untuk tempat bergesernya Glider a Stang piston. Seperti juga bahan untuk Alas atas,bahan
komponen ini adaJah AI T7071.

•
40
6) Bushing
IO
; i
I !
~. --
Gambar 45. Bushing
Bushing berfungsi seperti lager yang memungkinkan glider bisa bergeser sepanjang lubang yang
berdiameter-dalam 20 mm. Bahan yang sesuai untuk komponen ini adalah Steinless Steel.
Berat total alat separasi ini diperkiruan tidak lebih dari 5 kg termasuk komponen pneumatik dan
peralatan-peralatan elektronik. Penuru, an Derat alat bisa dilakukan dengan cara pengurangan
bahan pada bagian-bagian tertentu da ri komponen alat.

•
41
5.4 Fabrikasi Sistim Separasi Eksplosif Pyrobolt dan damp-Band
Jika pencairan dana riset tahap 1 difokuskan pada fabrikasi sistim separasi metoda mekanis
Hefboom grendel. Maka pada pencairan dana riset tahap 2, fabrikasi sistim separasi eksplosif
pyrobolt dan clamp-band baru dilaksanakan. Saat ini telah dibuat 20 buah pyrobolt , squib dan
material peledak. Sedangkan fabrikasi pyrobolt, clamp band dan asesorisnya telah selesai
dilaksanakan di sebuah bengkel yang berada di Tangerang. Berikut ini adalah gambar pyrobolt,
squib dan rangkaian sistim separasi clampband.
Gambar 46. Hasil Fabrikasi Komponen Pyrobolt
Gambar 47. Pyrobolt
I
Gambar 48 . Squib Pyrobolt

•
42
Gambar 49. Rangkaian Sistim Separasi Clampband dan Pyrobolt
Gambar 50. Assembly Pyrobolt di Clampband
Gambar 51. V-Shoe

~
•
43
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
6.1 KESIMPULAN
Kegiatan pengembangan sistim separasi berlangsung cukup baik dan dapat menepati jadwal
tahap/tahun I yang telah ditentukan.
6.2 SARAN
Tidak ada
DAFTAR PUSTAKA
--..
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Anon, "Flight Separation Mechanisms", NASA SP-8056, 1970
Anon, "Staging Loads", NASA SP-8022, 1969
Garner, Eugene F., "Low Shock Separation Bolt", US Patent 5402728, 1995
Brown, K.R., " Explosive Bolt", US Patent 3352189, 1966
Groenendijk, G., 1990, Tabellen voor de werktuigbouw, Wolters-Noordhoff, Groningen.
Heesewijk, A.P.c. van, Fockens, F.H., 1986, Constructie Elementen I deel A, TH-Oelft.
Gere & Timoshenko, 1985, Mechanics of Materials, Wadsworth International, Belmont,
California.
PP. Benham & FV. Warnock, 1976, Mechanics of Solids and Structures, Pitmun Publishing
INC.