Simulasi propeller kapal dengan CFD hingga FEA merupakan pendekatan terintegrasi untuk mengevaluasi performa hidrodinamika sekaligus kekuatan struktur baling-baling dalam kondisi operasi nyata. Pada sistem propulsi kapal, propeller tidak hanya harus menghasilkan thrust yang efisien, tetapi juga mampu menahan beban tekanan, gaya sentrifugal, serta efek kavitasi dalam jangka panjang.
Pada tahap CFD, analisis difokuskan pada performa hidrodinamika propeller. Aliran air yang melewati blade menghasilkan distribusi tekanan berbeda antara sisi suction dan pressure. Perbedaan tekanan ini menghasilkan thrust dan torque yang menentukan efisiensi propulsi. Simulasi biasanya dilakukan menggunakan pendekatan Moving Reference Frame atau Sliding Mesh untuk merepresentasikan rotasi aktual.
Beberapa parameter performa yang dihitung dalam CFD meliputi koefisien thrust (KT), koefisien torque (KQ), efisiensi propeller, serta advance ratio. Selain itu, distribusi tekanan permukaan dan struktur wake di belakang propeller dianalisis untuk memahami interaksi dengan rudder dan lambung kapal. Jika tekanan lokal turun di bawah tekanan uap air, simulasi multiphase digunakan untuk menganalisis potensi kavitasi yang dapat menyebabkan erosi.
Data tekanan dan gaya hasil CFD kemudian digunakan sebagai input pada analisis FEA. Pada tahap ini, distribusi tekanan dipetakan ke model struktur propeller untuk menghitung tegangan Von Mises, deformasi blade, serta konsentrasi tegangan di area kritis seperti root blade dan hub.
Analisis struktur biasanya mencakup beban kombinasi antara tekanan fluida dan gaya sentrifugal akibat rotasi RPM tinggi. Untuk aplikasi jangka panjang, analisis fatigue dapat dilakukan untuk memprediksi umur pakai terhadap beban siklik. Jika material bekerja dalam kondisi korosif atau kavitasi intens, evaluasi tambahan terhadap potensi kerusakan lokal juga diperlukan.
Pendekatan CFD–FEA terintegrasi memberikan gambaran menyeluruh dari performa hingga integritas struktur. Dengan metode ini, desain blade dapat dioptimalkan untuk meningkatkan efisiensi bahan bakar sekaligus memastikan kekuatan mekanis yang memadai. Modifikasi profil blade, pitch, jumlah blade, dan material dapat diuji secara virtual sebelum produksi atau uji laut dilakukan.
Dengan simulasi propeller kapal dari CFD hingga FEA, pengembangan sistem propulsi menjadi lebih akurat, efisien, dan andal, sekaligus mengurangi risiko kegagalan serta biaya pengujian eksperimental.
Leave a Reply