Desain dan Optimasi Propeller Drone Bio-Inspired untuk Mengurangi Kebisingan dan Meningkatkan Efisiensi Aerodinamis

Abstract

Meningkatnya operasi drone di kawasan perkotaan menuntut solusi untuk mengatasi polusi kebisingan sekaligus mempertahankan efisiensi penerbangan. Studi ini bertujuan untuk merancang dan mengoptimasi propeller drone dengan pendekatan bio-inspired yang terinspirasi dari mekanisme penerbangan hewan, khususnya burung hantu dan capung, untuk mereduksi kebisingan dan meningkatkan efisiensi aerodinamis. Melalui metode eksperimental dan simulasi Computational Fluid Dynamics (CFD), beberapa desain biomimetik dievaluasi, meliputi struktur cutout pada leading edge, gerigi (serrations) pada leading edge dan trailing edge, serta distribusi puntiran bilah yang meniru sayap elang dan capung . Hasil penelitian menunjukkan bahwa desain bio-inspired mampu mereduksi kebisingan secara signifikan, dengan penurunan tingkat tekanan suara hingga 6,67 dB pada aplikasi UUV dan 4,18 dB pada propeller UAV, terutama pada frekuensi menengah hingga tinggi . Parameter desain seperti kebulatan (roundness) struktur, panjang cutout, dan sudut sayatan terbukti krusial dalam optimalisasi peredaman . Meskipun beberapa desain menunjukkan sedikit penurunan efisiensi (sekitar 5%) dibandingkan propeller konvensional, desain lain seperti bilah bergerigi gergaji justru berhasil meningkatkan gaya dorong hingga 3,53% . Desain yang meniru sayap elang juga dilaporkan menghasilkan koefisien gaya angkat 25% lebih tinggi . Mekanisme utama di balik peningkatan ini adalah kemampuannya memecah vorteks berskala besar menjadi lebih kecil dan berenergi rendah, serta memodifikasi transisi aliran laminar-turbulen di permukaan bilah . Temuan ini mengonfirmasi bahwa desain propeller bio-inspired memiliki potensi besar untuk diaplikasikan pada drone perkotaan, terutama operasi malam hari, dengan menawarkan keseimbangan antara pengurangan kebisingan dan kinerja aerodinamis yang masih dapat diterima untuk penerapan praktis