di susun oleh
moh. syafril imam
Pesawat
terbang adalah pesawat udara yang lebih berat dari udara, bersayap tetap, dan dapat terbang dengan tenaga
sendiri. Secara umum istilah pesawat terbang sering juga disebut dengan pesawat udara atau kapal terbang atau cukup
pesawat dengan tujuan pendefenisian yang sama sebagai kendaraan yang mampu terbang di atmosfer atau udara. Namun dalam dunia penerbangan, istilah pesawat terbang berbeda
dengan pesawat udara, istilah pesawat udara jauh lebih luas pengertiannya
karena telah mencakup pesawat terbang dan helikopter.
Sejarah
Pesawat
terbang yang lebih berat dari udara ini diterbangkan pertama kali oleh Wright Bersaudara (Orville Wright dan Wilbur Wright) dengan menggunakan pesawat
rancangan sendiri yang dinamakan Flyer
yang diluncurkan pada tahun 1903 di sekitar Amerika Serikat. Selain Wright bersaudara,
tercatat beberapa penemu pesawat lain yang menemukan pesawat terbang antara
lain Samuel F Cody yang
melakukan aksinya di lapangan Farnborough, Inggris tahun 1910. Sedangkan untuk pesawat yang lebih
ringan dari udara sudah terbang jauh sebelumnya. Penerbangan pertama kalinya
dengan menggunakan balon udara panas yang ditemukan seorang
berkebangsaaan Prancis bernama Joseph Montgolfier dan Etiene Montgolfier terjadi
pada tahun 1782, kemudian
disempurnakan seorang Jerman yang
bernama Ferdinand von Zeppelin dengan
memodifikasi balon berbentuk cerutu yang digunakan untuk membawa
penumpang dan barang pada tahun 1900. Pada tahun tahun berikutnya balon Zeppelin mengusai pengangkutan udara sampai
musibah kapal Zeppelin pada perjalanan trans-Atlantik di New Jersey 1936 yang menandai berakhirnya era
Zeppelin meskipun masih dipakai menjelang Perang Dunia II. Setelah zaman Wright,
pesawat terbang banyak mengalami modifikasi baik dari rancang bangun, bentuk
dan mesin pesawat untuk memenuhi kebutuhan transportasi udara.Pesawat komersial
yang lebih besar dibuat pada tahun 1949 bernama Bristol Brabazon.Sampai
sekarang pesawat penumpang terbesar di dunia di buat oleh airbus industrie dari eropa dengan pesawat A380.
Sistem dalam pesawat
terbang
Pesawat terbang adalah sistem yang
kompleks. Pada tahap desain dan dalam manual penerbangan dan pemeliharaan
(digunakan oleh teknisi pilot dan pemeliharaan) itu terbagi menjadi sistem
sederhana yang melaksanakan fungsinya masing-masing. Berikut ini adalah
beberapa sistem dalam pesawat terbang:
•
Electrical Sistem
•
Hydraulics system
•
Navigation system
•
Flight control system
•
Ice protection (antiicing
and deicing) system
•
Cooling system
Klasifikasi
pesawat terbang
Pesawat
terbang adalah pesawat udara yang lebih berat dari udara, bersayap tetap, dan
dapat terbang dengan tenaga sendiri. Secara umum istilah pesawat terbang sering
juga disebut dengan pesawat udara atau kapal terbang atau cukup pesawat dengan
tujuan pendefenisian yang sama sebagai kendaraan yang mampu terbang di atmosfer
atau udara. Namun dalam dunia penerbangan, istilah pesawat terbang berbeda
dengan pesawat udara, istilah pesawat udara jauh lebih luas pengertiannya
karena telah mencakup pesawat terbang dan helikopter.
Ada dua klasifiksai
pesawat terbang. Pertama, pesawat yang lebih berat daripada udara (aerodin).
Pesawat yang termasuk jenis ini, yaitu autogiro, helikopter, dan pesawat
bersayap tetap. Kedua, pesawat yang lebih ringan daripada udara (aerostat).
Pesawat yang termasuk dalam jenis ini di antaranya kapal udara.
Pesawat
terbang komersial terbesar
Airbus A380
merupakan pesawat terbang komersial yang diproduksi oleh perusahaan Airbus
S.A.S. Pesawat ini adalah pesawat terbang komersial yang memiliki dua tingkat
dan empat mesin. Pesawat ini dirancang untuk mengangkut penumpang sebanyak 850
penumpang dengan satu kelas penerbangan atau 555 penumpang dengan tiga kelas
penerbangan.
Pesawat
terbang komersial jenis Airbus A380 ini melaksanakan penerbangan perdana pada
27 April 2005 dan menjalani penerbangan komersial perdana pada akhir 2007.
Pesawat terbang komersial ini merupakan pesawat penumpang terbesar yang pernah
dibuat dan mendapat julukan Superjumbo.
Airbus A380
memiliki empat mesin buatan Rolls-Royce Trent-900. Mesin ini dapat menghasilkan
daya dorong sebesar 36.280 kg. Peluncuran pesawat terbang komersial ini pertama
kali dilakukan pada Januari 2005. Airbus A380 ini melaksanakan penerbangan
pertamannya dari Blagnac Toulouse Internasional Airport, Toulouse, Prancis, dan
mendarat kembali di bandara yang sama.
Fasilitas
Perusahaan
Airbus dan maskapai yang ingin menggunakan pesawat terbang komersial A380 ini
menekankan pada kemampuan pesawat dengan meningkatkan kenyamanan penumpang.
Misalnya, kabin yang lebih luas dan berbagai macam fasilitas pendukung lain,
seperti bar, toko-toko. Bahkan, kasino seperti yang yang diumumkan oleh
maskapai Virgin Atlantic.
Banyak
opini publik yang menyatakan kekagumannnya pada Airbus A380 saat pertama kali
diluncurkan. Kekaguman itu berdasar pada besarnya kapasitas dan fasilitas yang
ditawarkan Airbus A380. Akan tetapi, banyak juga yang mencemaskan akan terjadi
kepadatan di bandara jika penumpangnya semakin banyak karena bagasi yang
dibawanya pun akan semakin banyak.
Saat ini,
sudah sekitar 15 maskapai penerbangan yang memesan pesawat terbang komersial
jenis A380 ini. Pemesanan pesawat ini pun sudah mencapai 154 order. Pemesanan
tertinggi dilakukan oleh maskapai Emirates yang mencapai 41 pemesanan. Maskapai
lain yang memesan Airbus A380 adalah Qantas, Singapore Airline, Air France,
China Southern Airlines, dan Malaysia Airlines. Perusahaan Airbus pun
menawarkan pesawat komersial jenis A380 ini kepada Garuda Indonesia Airlines.
Akan tetapi, pihak Garuda Indonesia Airlines masih mengkaji penawaran tersebut,
mengingat kebutuhan Maskapai Garuda Indonesia akan pesawat besar dalam melayani
penerbangan jamaah haji.
Maskapai di
dunia yang pertama kali menggunakan jasa Airbus A380 ini adalah maskapai
Singapore Airlines. Maskapai ini mengklaim sebagi maskapi pertama yang
menggunakan A380 untuk rute London Sydney pada akhir 2007.
Spesifikasi
pesawat
Pesawat
terbang komersial ini memiliki panjang 73m dan tinggi 79,8m. Berat kosong
pesawat ini sekitar 280.000 kg dan berat maksimum untuk lepas landas sebesar
560.000 kg.
Penerbangan
keliling dunia
Pada 2006,
pesawat penumpang jenis Airbus A380 telah menjalani tur keliling dunia
(route-proving) menunju beberapa kota besar di dunia. Tur keliling dunia itu
terbagi menjadi empat rute.
•
Toulouse-Singapura-Seoul
•
Toulouse-Hong Kong-Tokyo
•
Toulouse-Guangzhou-Beijing-Shanghai
•
Toulouse-Johannesburg-Sydney-Vancouver
Pada 2007, pesawat terbang komersial ini melakukan
tur keliling dunia (route-proving) kedua.
Tur keliling dunia kedua ini berlangsung selama 12
hari dan terbagi menjadi tiga rute.
•
Frankfurt-Hong Kong
•
Frankfurt-Washington D.C.-Munchen
Komponen-komponen
pesawat terbang
Sayap
Sebuah
pesawat terbang memberikan gaya angkat yang dibutuhkan untuk terbang. Gaya
angkat terjadi oleh aliran udara dari bagian depan di sekitar sayap. Kuncinya
terletak pada bentuk dari sayap: yang melengkung pada bagian atas dan relatif
rata pada bagian bawah. Ini artinya aliran udara yang melintas pada bagian atas
berbeda dengan bagian bawah dari sayap. Saat udara menerpa bagian atas sayap,
menyebabkan aliran melintas menjauhi sayap.Karena bentuk lengkungan pada sayap
pada bagian atas menyebabkan daerah tekanan rendah tercipta. Perbedaan tekanan
bagian atas dan bagian bawah akan menciptakan gaya angkat pada sayap.
Mesin jet
Untuk
bergerak ke depan melintasi udara pesawat terbang menggunakan daya dorong yang
dihasilkan mesin. Hampir semua pesawat terbang komersial menggunakan mesin jet
yang biasa disebut turbofans. Turbofans adalah salah satu dari keluarga mesin
yang disebut mesin turbin gas.
Udara
dingin dimasukkan pada bagian depan dengan menggunakan sudut-sudut besar
(biasanya berdiameter lebih dari 3 meter). Udara yang dimasukkan ke dalam mesin
dan menekan ke luar dengan menghasilkan gaya dorong.
Udara
mengalir melalui sudut-sudut pada mesin yang biasa disebut kompresor.Kompresor
menekan udara dan mengalir ke ruang pembakaran dengan menaikan tekanannya
terlebih dahulu.Di dalam ruang pembakaran, udara dicampur dengan bahan bakar
kemudian dibakar menyebabkan letupan yang terkendali.Panas yang terjadi pada
ruang pembakaran
menyebabkan
adanya ekspansi termal yang sangat cepat dan keluar ke bagian belakang mesin.
Saat keluar dari ruang pembakaran udara panas melintasi turbin menghasilkan
gaya dorong. Turbin yang terhubung akan berputar agar kompresor dapat bekerja
memasukkan udara dingin pada bagian depan, sehingga proses tersebut dapat
dilakukan berulang-ulang secara terus-menerus.
Pengendali
Pada saat
terbang pilot harus mengubah bentuk sayap agar pesawat dapat dikendalikan.
Untuk melakukan ini dia memakai bagian sayap yang dapat digerakan yang biasa
disebut permukaan kontrol. Ini akan mengubah pergerakan udara yang melintas
pada permukaan sayap dan juga mengubah arah penerbangan.
Untuk
melakukan gerakan ke turun atau naik, tuas pilot menggerakkan panel pada bagian
ekor yang biasa disebut elevator. Jika tuas pilot digerakkan ke belakang maka
panel pada bagian depan elevator akan naik dan menyebabkan aliran udara menekan
bagian ekor ke atas sehingga pesawat akan naik. Jika tuas pilot digerakkan ke
depan maka panel pada bagian depan elevator akan turun dan menyebabkan aliran
udara menekan bagian ekor ke bawah sehingga pesawat akan turun.
Untuk
menggerakkan pesawat agar pesawat miring terhadap permukaan bumi, pilot
menggerakkan panel pada bagian ujung dari sayap yang disebut aileron. Untuk
tuas pilot ke kiri akan menggerakkan aileron bagian kiri ke atas akan
menyebabkan sayap sebelah kiri turun. Pada saat yang sama, aileron pada sayap
kanan bergerak ke bawah menyebabkan sayap sebelah kanan ke atas. Kombinasi dua
gaya akan menyebabkan gerakan bidang pesawat miring terhadap permukaan bumi.
Demikian pula, untuk kasus tuas pilot digerakkan ke kanan akan meggerakkan
pesawat miring ke kanan terhadap permukaan bumi.
Saat
membelok, pilot juga menggunakan stabiliser vertikal pada bagian ekor
pesawat.Saat belok ke kiri, stabiliser bergerak ke kiri.Bagian ekor ini
berbentuk seperti sebuah sayap terletak
pada
vertikal terhadap bidang pesawat, yang dapat digerakan ke kanan dan ke
kiri.Sehingga dapat membantu pembelokan pesawat ke kanan dan ke kiri.
Saat
melakukan lepas landas bagian flaps membuat daerah permukaan sayap lebh besar
dan lebih lengkung, sehingga memberikan daya angkat lebih pada sayap.
Stabilitas
pesawat
Stabilitas
pesawat atau model adalah kemampuan untuk kembali ke posisi tertentu dalam
suatu penerbangan (setelah mendapat gangguan atau kondisi yang tidak normal).
Pesawat atau model dapat menjadi stabil dalam keadaan tertentu dan tidak karena
kondisi lainnya. Sebagai contoh suatu pesawat dapat stabil dalam keadaan
terbang normal, tetapi menjadi tidak stabil dalam keadaan posisi terbang
terbalik, demikian sebaliknya.
Seringkali
terjadi kerancuan antara stabilitas dengan keseimbangan atau trim. Pengujian
keseimbangan dan trim dilakukan agar pesawat dapat mencapai kondisi yang stabil
yang berhubungan erat dengan faktor keselamatan.
Keseimbangan
adalah hal yang paling penting, dan harus yang diperiksa pertama kali. Untuk
model yang telah dipublikasikan atau model yang telah dijual dalam bentuk kit,
biasanya titik keseimbangan ini diberi tanda dengan CG (Centre of Gravity).
Cara yang
paling mudah dan umum dilakukan untuk menguji keseimbangan adalah dengan
memberi tanda pada bagian bawah kedua ujung sayap yang segaris dengan titik
berat juga pada bagian depan dan belakang dari badan pesawat, kemudian angkat
pesawat pada titik-titik tersebut dengan ujung jari. Apabila keseimbangan model
berada pada posisi Horizontal, berarti titik keseimbangannya benar. Apa bila
tidak, maka harus ditambahkan beban atau yang populer dengan Ballast di bagian
depan atau ekor suatu model.
Hal ini
memiliki akurasi yang baik untuk berbagai tujuan, khususnya untuk model yang
memiliki karateristik perbedaan yang kecil dalam keseimbangan dan tidak
merupakan hal yang kritis
serta
memiliki kondisi stabilitas yang dapat diatur. Untuk model yang memiliki ukuran
yang lebih besar dan kebutuhan keseimbangan yang tinggi, hal tersebut tidak
dapat diterapkan.
Perlu diingat
juga bahwa pengujian keseimbangan harus dilakukan untuk model dalam keadaan
lengkap (semua bagian terpasang) dan siap terbang, walaupun bahan bakar tidak
termasuk yang dihitung dalam model yang menggunakan mesin. Paling tidak keadaan
ini memenuhi persyaratan dan memberikan gambaran seutuhnya mengenai
keseimbangan.
Umumnya
model yang telah dibuat, posisi sayap dan horizontal
stabilizer harus dicek. Saat ini kebanyakan model menggunakan pandangan
untuk menentukan apakah posisi sayap dan stabilo membentuk sudut siku dengan
badan pesawat, dianjurkan untuk menggunakan peralatan sebenarnya yang presisi
dalam menentukan posisi tersebut.
Sebagai
contoh dapat digunakan jarum pentul dan benang. Jarum tersebut diletakkan di
bagian depan dan belakang. Kemudian ditarik benang dari pin bagian depan ke
ujung kanan dan kiri stabilo. Untuk sayap, ditarik benang dari pin belakang ke
ujung sayap kiri dan kanan.
Melihat
dari pesawat bagian belakang juga salah satu cara yang cukup efektif untuk
menguji keseluruhan proses .Untuk memperbaiki kesalahan dalam apabila posisi
sayap, badan dan bagian ekor tidak benar, maka yang pertama kali yang dilakukan
cari yang salah. Pada kenyataannya apa bila terjadi kesalahan kecil pada sayap
terhadap badan maka hal yang termudah adalah menyesuaikan posisi stabilo.
Pengujian
terbang dan trim dilakukan agar suatu model dapat terbang mulus dan aman.
Penyesuaian yang baik dari seluruh komponen pesawat di gunakan untuk mencapai
hasil yang terbaik dari kinerja pesawat model, khususnya model yang dirancang
untuk berprestasi tinggi. Hal ini membutuhkan perhatian khusus, pengalaman yang
baik dan know-how tentang model yang dibuat.
Pada
prinsipnya, pada saat pesawat mengudara, terdapat 4 gaya utama yang bekerja
pada pesawat, yakni gaya dorong (thrust
T), hambat (drag D), angkat (lift L),
dan berat pesawat (weight W). Pada saat pesawat sedang menjelajah (cruise) pada
kecepatan dan ketinggian
konstan, ke-4 gaya tersebut
berada dalam kesetimbangan: dan L = W. Sedangkan pada
saat pesawat
lepas landas dan mendarat, terjadi akselerasi dan deselerasi yang dapat
dijelaskan menggunakan Hukum II Newton (total gaya adalah sama dengan massa
dikalikan dengan percepatan).
Pada saat
take off, pesawat mengalami akselerasi dalam arah horizontal dan vertikal. Pada
saat ini, L harus lebih besar dari W, demikian juga T lebih besar dari D.
Dengan demikian diperlukan daya mesin yang besar pada saat lepas landas. Gagal
lepas landas bisa disebabkan karena kurangnya daya mesin (karena berbagai hal:
kerusakan mekanik, human error,
gangguan eksternal, dan sebagainya), atau gangguan pada sistem kontrol pesawat.
Lapisan
atmosfer
Atmosfer
adalah lapisan gas yang melingkupi sebuah planet, termasuk bumi, dari permukaan
planet tersebut sampai jauh di luar angkasa. Di Bumi, atmosfer terdapat dari
ketinggian 0 km di atas permukaan tanah, sampai dengan sekitar 560 km dari atas
permukaan Bumi. Atmosfer tersusun atas beberapa lapisan, yang dinamai menurut
fenomena yang terjadi di lapisan tersebut. Transisi antara lapisan yang satu
dengan yang lain berlangsung bertahap. Studi tentang atmosfer mula-mula
dilakukan untuk memecahkan masalah cuaca, fenomena pembiasan sinar matahari
saat terbit dan tenggelam, serta kelap-kelipnya bintang. Dengan peralatan yang
sensitif yang dipasang di wahana luar angkasa, kita dapat memperoleh pemahaman
yang lebih baik tentang atmosfer berikut fenomena-fenomena yang terjadi di
dalamnya.
Atmosfer
Bumi terdiri atas nitrogen (78.17%) dan oksigen (20.97%), dengan sedikit argon
(0.9%), karbondioksida (variabel, tetapi sekitar 0.0357%), uap air, dan gas
lainnya. Atmosfer
melindungi
kehidupan di bumi dengan menyerap radiasi sinar ultraviolet dari matahari dan
mengurangi suhu ekstrem di antara siang dan malam. 75% dari atmosfer ada dalam
10 sampai 11 km dari permukaan planet.
Atmosfer
tidak mempunyai batas mendadak, tetapi agak menipis lambat laun dengan menambah
ketinggian, tidak ada batas pasti antara atmosfer dan angkasa luar.
Gaya gaya
pesawat udara
Dari
beberapa hal, bagusnya kinerja penerbang dalam sebuah penerbangan bergantung
pada kemampuan untuk merencanakan dan berkordinasi dengan penggunaan tenaga (power) dan kendali pesawat untuk
mengubah gaya dari gaya dorong (thrust),
gaya tahan (drag), gaya angkat (lift) dan berat pesawat (weight). Keseimbangan dari gaya-gaya
tersebutlah yang harus dikendalikan oleh penerbang. Makin baik pemahaman dari
gaya-gaya dan cara mengendalikannya, makin baik pula ketrampilan seorang
penerbang.
Berikut ini
hal-hal yang mendefinisikan gaya-gaya tersebut dalam sebuah penerbangan yang
lurus dan datar, tidak berakselerasi (stright
and level, unaccelerated).
Thrust,
adalah gaya
dorong, yang dihasilkan oleh mesin (powerplant)/baling-baling.
Gaya ini kebalikan dari gaya tahan (drag). Sebagai aturan umum, thrust beraksi paralel dengan sumbu
longitudinal. Tapi sebenarnya hal ini tidak selalu terjadi, seperti yang akan
dijelaskan kemudian.
Drag
adalah gaya
ke belakang, menarik mundur, dan disebabkan oleh gangguan aliran udara oleh
sayap, badan pesawat, dan objek-objek lain. Drag kebalikan dari 'thrust', dan
beraksi ke belakang paralel dengan arah angin relatif (relative wind).
gaya berat
adalah kombinasi berat dari muatan pesawat itu sendiri, awak pesawat, bahan
bakar, dan kargo atau bagasi. Weight menarik pesawat ke bawah karena gaya
gravitasi. Weight melawan 'lift'
(gaya angkat) dan beraksi secara vertikal ke bawah melalui pusat gravitasi
pesawat.
Lift
(gaya
angkat) melawan gaya dari weight, dan
dihasilkan oleh efek dinamis dari udara yang beraksi di sayap, dan beraksi
tegak lurus pada arah penerbangan melalui center
of lift' dari sayap.
Pada
penerbangan yang stabil, jumlah dari gaya yang saling berlawanan adalah sama
dengan nol. Tidak akan ada ketidakseimbangan dalam penerbangan yang stabil dan
lurus (Hukum ketiga Newton). Hal ini berlaku pada penerbangan yang mendatar
atau mendaki atau menurun.
Hal ini
tidak sama dengan mengatakan seluruh keempat gaya adalah sama. Secara sederhana
semua gaya yang berlawanan adalah sama besar dan membatalkan efek dari masing-masing
gaya. Seringkali hubungan antara keempat gaya ini diterangkan dengan salah atau
digambarkan dengan sedemikian rupa sehingga menjadi kurang jelas.
Hubungan
yang benar antara gaya-gaya dalam penerbangan Perhatikan gambar berikut sebagai
contoh. Pada ilustrasi di bagian atas, nilai dari semua vektor gaya terlihat
sama. Keterangan biasa pada umumnya akan mengatakan (tanpa menyatakan bahwa
'thrust' dan drag tidak sama nilainya
dengan weight dan lift) bahwa thrust sama dengan drag dan lift sama dengan weight.
Harus
dimengerti bahwa dalam penerbangan yang lurus dan mendatar (straight and level), adalah benar gaya lift/weight
yang saling berlawanan adalah sama, tetapi kedua gaya itu juga lebih besar dari
gaya berlawanan thrust/drag yang juga
sama nilainya di antara keduanya, bukan dibandingkan dengan lift/weight. Untuk kebenarannya, harus
dikatakan bahwa dalam keadaan stabil (steady):
1.
Jumlah gaya ke atas (tidak hanya lift) sama dengan jumlah gaya ke bawah (tidak hanya weight)
2.
Jumlah gaya dorong (tidak hanya thrust) sama dengan jumlah gaya ke belakang (tidak hanya drag)
Perbaikan
dari rumus lama yang mengatakan thrust
sama dengan drag dan lift sama dengan
weight ini juga mempertimbangkan
fakta bahwa dalam climb/terbang
mendaki, sebagian gaya thrust juga
diarahkan ke atas, beraksi seperti gaya
lift, dan sebagian gaya weight,
karena arahnya yang ke belakang juga
beraksi sebagai drag. Pada waktu
melayang turun (glide) sebagian vektor gaya weight diarahkan ke depan, beraksi
seperti gaya thrust. Dengan kata
lain, jika kapan pun arah pesawat tidak horisontal maka lift, weight, thrust dan
drag akan terbagi menjadi dua komponen.
Gaya Angkat
Sayap Pada Pesawat Terbang
Pesawat
terbang dapat terangkat ke udara yang melalui sayap peswat, tidak seperti roket
yang terangkat ke atas karena aksi-reaksi antara gas yang disemburkan
roketdengan roket itu sendiri. Roket yang menyemburkan gas ke belakang dan
sebagai reaksinya gas mendorong roket maju. Jadi, roket tetap dapat terangkat
ke atas walaupun tidak ada udara, tetapi pesawat terbang tidak dapat terangkat
jika tidak ada udara.
Penampang
sayap pesawat terbang mempunyai bagian belakang yang lebih tajam dan sisi
bagian atas yang lebih melengkung daripada sisi bagian bawahnya. Bentuk sayap
seperti ini dinamakan aerofoil. Bentuk ini menyebabkan garis arus seperti arus.
Garis arus pada sisi bagian atas lebih rapat daripaa sisi bagian bawahnya, yang
berarti kelajuan aliran udara pada sisi bagian atas pesawat (v2) lebih besar
daripada sisi bagian bawah sayap (v1). Sesuai dengan asas Bernoulli, tekanan
pada sisi bagian atas (p2) lebih kecil daripada sisi bagian bawah (p1) karena
kelajuan udaranyalebih besar. Beda tekanan p1 - p2 menghasilkan gaya angkat
sebesar F1 - F2 = (p1 - p2)A Dengan A adalah luas penampang totl sayap Jika
nilai p1 - p2 dari persamaan p1 - p2
=
1/2 p (v2^2 - v1^2) kita masukkan ke persamaan di atas
menjadi F1 - F2 = 1/2 p (v2^2 - v1^2)A Dengan p massa jenis udara Pesawat
terbang dapat terangkat ke tas jika gaya angkat lebih
besar
daripada berat pesawat. Jadi, apakah suatu pesawat dapat terbang atau tidak
tergantung pada berat pesawat, kelajuan pesawat, dan ukuran sayapnya. Makin
besar kecepatan pesawat maka makin besar kecepatan udaranya dan ini berarti
v2^2 - V1^2 bertambah besar sehingga gaya angkat F1 - F2 makin besar. Makin
besar ukuran sayap (A) makin besar gaya angkatnya. Supaya pesawat dapat
terangkat gaya angkat harus lebih besar daripada berat pesawat (F1-F2)
>
mg). Jika pesawat telah berada pada ketinggian
tertentu dan pilot ingin mempertahankan ketinggiannya (melayang di udara)
makakelajuan pesawat harus diatur sedemikian rupa sehingga gaya angkat sama
dengan berat pesawat (F1 - F2 = mg) Pada dasarnya ada 4 buah gaya yang bekerja
pada sebuah pesawat terbang yang sedang mengangkasa 1. Berat pesawat yang
disebabkan oleh gaya gravitasi bumi 2. Gaya angkat yang disebabkan oleh bentuk
pesawat 3. Gaya ke depan yang disebabkan oleh gesekan udara 4. Gaya hambatan
yang disebabkan oleh gesekan udara.
Jika
pesawat hendak bergrak mendatar dengan suatu percepatan maka gaya ke depan
harus lebih besar daripada gaya hambatan dan gaya angkat harus sama dengan
berat pesawat. Jika pesawat hendak menambah ketinggian yang tetap, maka
resultan gaya mendatar dan gaya vertikal harus sama dengan nol. Ini berarti
bahwa gaya ke depan sama dengan gaya hambatan dan gaya angkat sama dengan berat
pesawat.
Vektor gaya
pada saat pesawat mendaki
Diskusi
dari konsep sebelumnya sering diabaikan dalam teks, buku-buku atau manual
aeronautika. Alasannya bukan karena tidak ada konsekwensinya, tetapi karena
mengabaikan diskusi ini maka ide utama dari hal gaya-gaya aerodinamika yang
bekerja pada sebuah pesawat yang terbang dapat disampaikan tanpa harus
mendalami teknisnya seorang ahli aerodinamika. Dalam kenyataannya
mempertimbangkan hanya terbang datar/level flight, dan mendaki secara normal
dan meluncur dengan mantap/steady, tetaplah benar bahwa gaya angkat sayap
adalah gaya ke atas yang penting, dan berat/weight adalah gaya ke bawah yang
sangat penting.
Seringnya,
kesulitan yang dihadapi pada saat menerangkan gaya yang bekerja pada pesawat
udara adalah masalah bahasa dan artinya. Contohnya, penerbang telah lama
mempercayai
bahwa
pesawat mendaki karena kelebihan gaya angkat (excess lift). Hal ini tidak benar jika seseorang hanya memikirkan
hubungannya dengan sayap saja. Tapi bagaimanapun hal ini benar, jika gaya
angkat adalah penjumlahan total dari semua “gaya ke atas”. Tetapi ketika
merujuk ke “gaya angkat dari thrust”
definisi yang sebelumnya telah dibuat untuk gaya-gaya ini tidak berlaku lagi
dan membuat lebih sulit. Hal yang tidak tepat dalam bahasa ini telah menjadi
alasan untuk menggunakannya sebagai argumen, terutama dalam sektor akademik,
bukannya untuk membuatnya lebih mudah sebagai penjelasan pada prinsip-prinsip
dasar penerbangan.
Meskipun
gaya-gaya yang bekerja pada pesawat terbang telah ditetapkan, masih diperlukan
sebuah diskusi yang lebih detail tentang bagaimana penerbang menggunakannya
untuk memproduksi penerbangan yang terkendali.
Thrust
Sebelum
pesawat mulai bergerak, thrust harus
digunakan. Pesawat akan tetap bergerak dan bertambah kecepatannya sampai thrust dan drag menjadi sama besar.
Untuk menjaga kecepatan yang tetap maka thrust
dan drag harus tetap sama, seperti halnya lift
dan weight harus sama untuk mempertahankan ketinggian yang tetap dari pesawat.
Jika dalam penerbangan yang datar (level), gaya thrust dikurangi, maka pesawat akan melambat. Selama thrust lebih kecil dari drag, maka
pesawat akan terus melambat sampai kecepatan pesawat (airspeed) tidak sanggup lagi menahan pesawat di udara. Sebaliknya
jika tenaga mesin ditambah, thrust
akan menjadi lebih besar dari drag, pesawat terus menambah kecepatannya. Ketika
drag sama dengan thrust, pesawat akan
terbang dengan kecepatan yang tetap.
Terbang
straight dan level (lurus dan datar) dapat dipertahankan mulai dari terbang
dengan kecepatan rendah sampai dengan kecepatan tinggi. Penerbang harus
mengatur angle of attack dan thrust
dalam semua jangkauan kecepatan (speed regim) jika pesawat harus ditahan di
ketinggian tertentu (level flight).
Secara
kasar jangkauan kecepatan ini dapat dikelompokkan dalam 3 daerah (regim),
kecepatan rendah (low-speed), menjelajah (cruising flight), dan kecepatan
tinggi (high-speed).
Angle of
attack haruslah cukup tinggi untuk menambah gaya angkat ketika kecepatannya
rendah jika keseimbangan antara gaya angkat dan gaya berat harus dipertahankan.
Gambar di bawah.
Jika thrust dikurangi dan kecepatan berkurang
maka gaya angkat akan lebih kecil dari berat/weight dan pesawat akan mulai
turun dari ketinggiannya. Untuk menjaga ketinggian penerbang dapat menambah
angle of attack sebesar yang diperlukan untuk menghasilkan gaya angkat yang
sama dengan berat/weight dari pesawat, dan waktu pesawat mulai terbang lebih
lambat pesawat akan mempertahankan ketinggiannya jika penerbang memberikan thrust dan angle of attack yang sesuai.
Ada keadaan
menarik dalam penerbangan straight & level dalam kecepatan rendah,-relatif
terhadap equilibrium gaya-gaya-, dengan keadaan hidung pesawat yang lebih
tinggi, ada komponen vertikal dari thrust
yang membantu mendukung pesawat. Untuk satu hal, beban di sayap cenderung untuk
kurang dari yang diperkirakan. Kebanyakan penerbang akan mengetahui pesawat
akan stall, -jika keadaan gaya yang lain adalah sama-, pada saat kecepatannya
menjadi lebih rendah biarpun dengan power on (tenaga mesin) dibandingkan dengan
power off (tenaga mesin idle)(Aliran udara melalui sayap dari baling-baling
juga membantu). Bagaimanapun jika analisis kita hanya dibatasi dengan 4 gaya
pada definisi umum yang “biasa”, seseorang bisa mengatakan bahwa pada straight
& level slow speed, thrust adalah
sama dengan drag dan lift sama dengan
weight.
Pada waktu
straight & level flight ketika thrust
ditambahkan dan kecepatan bertambah, maka angle of attack harus dikurangi.
Karena itu, jika perubahan dilakukan dengan kordinasi yang benar, maka pesawat
akan tetap berada di ketinggian yang sama, tetapi dengan kecepatan yang lebih
besar jika hubungan antara thrust dan
angle of attack disesuaikan.
Jika angle
of attack tidak disesuaikan (dikurangi) dengan pertambahan thrust maka pesawat akan mendaki (climb). Tapi dengan mengurangi
angle of attack, lift berubah,
membuatnya sama dengan weight, dan jika dikerjakan dengan benar maka pesawat
akan tetap dalam level flight (tidak mengubah ketinggian). Penerbangan yang
datar (level flight) dengan sudut angle of attack yang sedikit negatif adalah
mungkin dalam kecepatan yang sangat tinggi. Ini buktinya, bahwa level flight
dapat dilakukan dengan berapa pun angle of attack di antara sudut stall dan
sudut yang relatif negatif pada kecepatan yang sangat tinggi.
Drag
Drag atau
hambatan dalam penerbangan terdiri dari dua jenis: parasite drag dan induced
drag. Yang pertama disebut parasite drag karena tidak ada fungsinya sama sekali
untuk membantu pesawat untuk dapat terbang, sedangkan yang kedua disebut
induced karena dihasilkan atau terbuat dari hasil kerja sayap yang membuat gaya
angkat (lift).
Parasite drag sendiri terdiri dari dua komponen
1.
form drag, yang terjadi karena gangguan pada aliran udara melalui badan
pesawat, dan
2.
skin friction, hambatan dari gesekan dengan kulit pesawat.
Dari kedua
jenis parasite drag, form drag adalah yang paling mudah untuk dikurangi pada
waktu merancang sebuah pesawat. Secara umum, makin streamline bentuk pesawat
maka akan menghasilkan bentuk yang mengurangi parasite drag.
Skin
friction adalah jenis parasite drag yang paling sullit untuk dikurangi. Tidak
ada permukaan yang halus secara sempurna. Bahkan permukaan yang dibuat dengan
mesin pada waktu diperiksa menggunakan alat/kaca pembesar, mempunyai permukaan
kasar yang tidak rata. Permukaan yang kasar ini akan membelokkan aliran
streamline udara pada permukaan, menghasilkan hamatan pada aliran yang lancar.
Skin friction ini bisa dikurangi dengan memakai cat/finish glossy yang rata dan
mengurangi kepala rivet yang menyembul keluar, permukaan yang kasar dan tidak
rata.
Ada satu
lagi elemen yang harus ditambahkan pada waktu membahas tentang parasite drag
waktu merancang pesawat. Parasite drag menggabungkan efek dari form drag dan
skin friction. Gabungan ini disebut interference drag. Jika dua benda
diletakkan bersebelahan, maka turbulensi yang terjadi bisa mencapai 50-200
persen lebih besar dibandingkan jika kedua benda tersebut ditest secara
terpisah.
Tiga elemen
ini, form drag, skin friction dan interference drag semua dihitung untuk
menentukan parasite drag pada sebuah pesawat.
Bentuk
sebuah objek adalah faktor yang penting dalam parasite drag. Juga, Indicated
Airspeed (kecepatan yang ditunjukkan oleh indikator) adalah sama pentingnya
ketika kita berbicara tentang parasite drag.
Drag pada
sebuah objek yang berdiri pada posisi yang tetap, relatif terhadap aliran udara
yang diberikan, akan bertambah secara kuadrat dari kecepatan udaranya. Menambah
kecepatan dua kali akan menambah drag empat kali, menambah kecepatan tiga kali
akan menambah drag sembilan kali. Hubungan ini hanya berlaku pada kecepatan
subsonik, di bawah kecepatan suara. Pada kecepatan yang sangat tinggi, rasio
profil drag yang biasanya bertambah sejalan dengan pertambahan kecepatan,
ternyata akan bertambah dengan lebih cepat lagi.
Jenis dasar
kedua dari drag adalah induced drag. Seperti kita ketahui dalam fisika bahwa
tidak ada sistem mekanik yang bisa 100 persen efisien. Maksudnya, apapun
bentuknya dari sebuah sistem, maka sebuah usaha akan memerlukan usaha tambahan
yang akan diserap atau hilang dalam sistem tersebut. Makin efisien sebuah
sistem, makin sedikit kehilangan usaha ini.
Sifat
aerodinamik sayap dalam penerbangan yang datar menghasilkan gaya angkat yang
dibutuhkan, tetapi ini hanya bisa didapat dengan beberapa penalti yang harus
dibayar, yaitu induced drag. Induced drag pasti ada ketika sayap menghasilkan
gaya angkat dan faktanya jenis drag ini tidak bisa dipisahkan dari produksi
gaya angkat. Konsekwensinya, drag ini selalu muncul pada saat gaya angkat
dihasilkan. Sayap pesawat menghasilkan gaya angkat dengan menggunakan energi
dari aliran udara bebas. Ketika menghasilkan gaya angkat, tekanan di
permukaan
bawah sayap lebih besar dari di permukaan atas. Hasilnya udara akan cenderung
untuk mengalir dari dari daerah tekanan tinggi dari ujung sayap (wingtip) ke
tengah kepada daerah tekanan rendah di atas sayap. Di sekitar ujung sayap ada
kecenderungan tekanan-tekanan ini untuk menjadi seimbang, sama kuat,
menghasilkan aliran lateral keluar dari bagian bawah ke bagian atas sayap.
Aliran lateral ini membuat kecepatan yang berputar ke udara di ujung sayap dan
mengalir ke belakang sayap. Maka aliran di sekitar ujung sayap akan berbentuk
dua vortex yang mengalir (trailing) di belakang pada waktu sayap bergerak maju.
Ketika
pesawat dilihat dari ekornya, votex-vortex ini akan bersirkulasi kebalikan arah
jarum jam di sekitar ujung sayap kanan dan searah jarum jam di ujung sayap
kiri.
Harus
diingat arah dari putaran vortex-vortex ini yang bisa dilihat bahwa mereka
menghasilkan aliran udara ke atas setelah melewati ujung sayap, dan aliran
udara ke bawah di belakang trailing edge dari sayap. Aliran udara ke bawah ini
sama sekali tidak dibutuhkan untuk menghasilkan gaya angkat. Inilah sumber
induced drag. Makin besar ukuran dan kekuatan vortex-vortex ini dan pada
gilirannya komponen aliran udara ke bawah dari aliran udara yang melewati sayap,
makin besar efek dari induced drag. Aliran udara ke bawah di atas ujung sayap
ini mempunyai efek yang sama dengan membelokkan vektor gaya angkat ke belakang;
karena itu gaya angkat akan agak berbelok ke belakang sejajar dengan arah udara
(relatif wind) dan menghasilkan komponen lift
yang arahnya ke belakang. Inilah induced drag.
Juga harus
diingat untuk membuat tekanan negatif yang lebih besar di atas sayap, ujung
depan sayap dapat diangkat untuk mendapatkan angle of attack yang lebih besar.
Juga jika sebuah sayap yang asimetri mempunyai angle of attack nol, maka tidak
akan ada perbedaan tekanan dan tidak ada aliran udara ke bawah, maka tidak ada
induced drag. Pada kasus apapun, jika angle of attack bertambah maka induced
drag akan bertambah secara proporsional.
Vortex di
ujung sayap (wingtip vortex)
Cara lain
untuk menyatakan hal ini, makin kecil kecepatan pesawat makin besar angle of
attack yang dibutuhkan untuk menghasilkan gaya angkat yang sama dengan berat
pesawat dan
konsekwensinya
makin besar induced drag ini. Besarnya induced drag ini bervariasi berbanding
terbalik dengan kuadrat kecepatan pesawat.
Dari
diskusi ini, dapat diketahui parasite drag bertambah sebanding dengan kecepatan
kuadrat, dan induced drag bervariasi berbanding terbalik dengan kuadrat
kecepatan pesawat. Dapat dilihat pula bahwa jika kecepatan berkurang mendekati
kecepatan stall, total drag akan menjadi besar sekali karena induced drag naik
secara tajam. Sama juga bila pesawat mendekati kecepatan maksimumnya, total
drag akan menjadi besar karena parasite drag naik secara tajam. Seperti pada
gambar berikut, pada beberapa kecepatan total drag menjadi maksimum. Hal ini
sangat penting untuk mendapatkan maksimum ketahanan dan jarak tempuh pesawat
udara. Pada saat drag pada besaran minimumnya, tenaga yang dibutuhkan untuk
melawan drag juga minimum.
Untuk
mengerti efek dari lift dan drag di
sebuah pesawat udara pada sebuah penerbangan keduanya harus digabungkan dan
rasio lift/drag harus diperhatikan.
Dengan
data-data lift dan drag yang tersedia
pada bermacam-macam kecepatan pada saat pesawat terbang datar dan tidak
berakselerasi, proporsi CL (Coefficient of Lift) dan CD (Coefficient of Drag)
dapat dihitung pada setiap angle of attack tertentu. Hasil plotting untuk rasio
lift/drag (L/D) pada angle of attack
tertentu menunjukkan bahwa L/D bertambah ke maksimum kemudian berkurang pada
koefisien lift dan angle of attack
yang lebih besar seperti terlihat pada gambar. Perhatikan bahwa maksimum rasio lift/drag (L/D max) terjadi pada angle
of attack dan koefisien yang tertentu. Jika pesawat beroperasi pada penerbangan
yang stabil pada L/D max, maka total drag adalah minimum. Angle of attack
apapun yang lebih kecil atau lebih besar dari yang ada di L/D max akan
mengurangi rasio lift/drag dan konsekwensinya
menambah total drag dari gaya angkat yang diberikan pada pesawat.
Lokasi dari
center of gravity (CG) ditentukan oleh rancangan umum pada masing-masing jenis
pesawat. Perancang pesawat menentukan sejauh apa center of pressure (CP) akan
bergerak. Kemudian mereka akan menentukan center of gravity di depan center of
pressure (CP) untuk kecepatan penerbangan yang terkait untuk membuat momen yang
cukup untuk
mempertahankan
equilibrium penerbangan. Konfigurasi dari pesawat juga mempunyai efek yang besar
pada rasio lift/drag.
Sebuah
pesawat layang dengan kinerja yang tinggi mungkin mempunyai rasio lift/drag yang sangat besar. Pesawat
tempur supersonik mungkin punya lift/drag
yang kecil pada penerbangan subsonik tetapi yang menyebabkan hal ini adalah konfigurasi
pesawat yang dibutuhkan pada saat terbang supersonik (dan L/D yang besar pada
saat terbang dengan Mach number yang tinggi).
Weight
Gravitasi
adalah gaya tarik yang menarik semua benda ke pusat bumi. Center of gravity(CG)
bisa dikatakan sebagai titik di mana semua berat pesawat terpusat. Pesawat akan
seimbang di keadaan/attitude apapun jika pesawat terbang ditahan tepat di titik
center of gravity. Center of gravity juga adalah sesuatu yang sangat penting
karena posisinya sangat berpengaruh pada kestabilan sebuah pesawat terbang.
Posisi dari
center of gravity ditentukan oleh rancangan umum dari setiap pesawat terbang.
Perancang pesawat menentukan seberapa jauh center of pressure (CP) akan
berpindah. Kemudian mereka akan menjadikan titik center of gravity di depan
center of pressure untuk kecepatan tertentu dari pesawat untuk mendapatkan
kemampuan yang cukup untuk mengembalikan keadaan penerbangan yang equilibrium.
Weight
mempunyai hubungan yang tetap dengan lift,
dan thrust bersama drag. Hubungannya
sederhana, tetapi penting untuk mengerti aerodinamika penerbangan. Lift adalah
gaya ke atas pada sayap yang beraksi tegak lurus pada arah angin relatif
(relatif wind). Lift diperlukan untuk meniadakan berat pesawat (weight, yang
disebabkan oleh gaya tarik bumi yang beraksi pada massa pesawat). Gaya berat
(weight) ini beraksi ke bawah melalui center of gravity pesawat. Pada
penerbangan yang datar dan stabil, ketika gaya angkat sama dengan weight, maka
pesawat dalam keadaan equilibrium dan tidak mendapatkan atau mkehilangan
ketinggian.
Ketika lift
lebih besar dari weight maka ketinggian pesawat akan bertambah.
Lift
Penerbang
dapat mengendalikan lift. Jika
penerbang menggerakkan roda kemudi ke depan atau belakang, maka angle of attack
akan berubah. Jika angle of attack bertambah maka lift akan bertambah (jika faktor lain tetap konstan). Ketika
pesawat mencapai angle of attack yang maksimum, maka lift akan hilang dengan cepat. Ini yang disebut dengan stalling
angle of attack atau burble point.
Sebelum
melangkah lebih lanjut dengan lift
dan bagaimana lift bisa dikendalikan,
kita harus menyelipkan tentang kecepatan. Bentuk dari sayap tidak bisa efektif
kecuali sayap terus menerus “menyerang” udara baru. Jika pesawat harus tetap
melayang, maka pesawat itu harus tetap bergerak. Lift sebanding dengan kuadrat
dari kecepatan pesawat. Sebagai contoh, jika sebuah pesawat bergerak pada
kecepatan 200 knots mempunyai lift
empat kali lipat jika pesawat tersebut terbang pada kecepatan 100 knots, dengan
syarat angle of attack dan faktor lain tetap konstan.
Dalam
keadaan sebenarnya, pesawat tidak dapat terus menerus bergerak secara datar di
sebuah ketinggian dan menjaga angle of attack yang sama jika kecepatan
ditambah. Lift akan bertambah dan pesawat akan menanjak sebagai hasil dari
pertambahan gaya angkat. Untuk menjaga agar lift
dan weight menjadi sama, dan menjaga pesawat dalam keadaan lurus dan datar
(straight and level) dalam keadaan equilibrium maka lift harus dikurangi pada saat kecepatannya ditambah. Normalnya hal
ini dilakukan dengan mengurangi angle of attack, yaitu menurunkan hidung
pesawat.
Sebaliknya,
pada waktu pesawat dilambatkan, kecepatan yang berkurang membutuhkan pertambahan
angle of attack untuk menjaga lift
yang cukup untuk menahan pesawat. Ada batasan sebanyak apa angle of attack bisa
ditambah untuk menghindari stall.
Kesimpulannya,
bahwa untuk setiap angle of attack ada kecepatan/indicated airspeed tertentu untuk
menjaga ketinggian dalam penerbangan yang mantap/steady, tidak berakselerasi
pada saat semua faktor dalam keadaan konstan. (Ingat bahwa ini hanya benar pada
saat terbang dengan mempertahankan ketinggian “level flight”)
Karena
sebuah airfoil akan selalu stall pada angle of attack yang sama, jika berat
ditambahkan maka lift harus ditambah
dan satu-satunya metode untuk melakukannya adalah dengan menaikkan kecepatan
jika angle of attack ditahan pada nilai tertentu tepat di bawah “critical”/stalling
angle of attack.
Lift dan
drag juga berubah-ubah sesuai dengan kerapatan udara (density). Kerapatan udara
dipengaruhi oleh beberapa faktor: tekanan, suhu, dan kelembaban. Ingat, pada
ketinggian 18000 kaki, kerapatan udara hanyalah setengah dari kerapatan udara di
permukaan laut. Jadi untuk menjaga lift
di ketinggian yang lebih tinggi sebuah pesawat harus terbang dengan kecepatan
sebenarnya (true airspeed) yang lebih tinggi pada nilai angle of attack berapa
pun.
Lebih jauh
lagi, udara yang lebih hangat akan kurang kerapatannya dibandingkan dengan
udara dingin, dan udara lembab akan kurang kerapatannya dibandingkan dengan
udara kering. Maka pada waktu udara panas dan lembab (humid) sebuah pesawat
harus terbang dengan true airspeed yang lebih besar dengan angle of attack
tertentu yang diberikan dibandingkan dengan terbang pada waktu udara dingin dan
kering.
Jika faktor
kerapatan berkurang dan total lift
harus sama dengan total weight pada penerbangan tersebut, maka salah satu
faktor harus ditambahkan. Faktor yang biasanya ditambahkan adalah kecepatan
atau angle of attack, karena dua hal ini dapat dikendalikan langsung oleh
penerbang.
Harus
disadari juga bahwa lift berubah
langsung terhadap wing area/lebar sayap, asal tidak ada perubahan pada bentuk
luas sayap/planform. Jika sayap memiliki proporsi yang sama dan bagian airfoil,
sebuah sayap dengan luas 200 kaki persegi membuat lift dua kali pada angle of attack yang sama dibandingkan dengan
sayap yang memiliki luas 100 kaki persegi.
Seperti
dapat dilihat dua faktor utama dari cara pandang penerbang yang dapat
dikendalikan langsung dan akurat adalah lift
dan kecepatan.
Tentu
penerbang juga dapat mengatur kerapatan udara dengan mengubah ketinggian
terbang dan dapat mengendalikan luas sayap jika pesawat memiliki flaps dengan
tipe yang dapat memperluas sayap. Tapi pada situasi umumnya, penerbang hanya
mengendalikan lift dan kecepatan
untuk menggerakkan pesawat. Cntohnya pada penerbangan straight & level,
menjelajah pada ketinggian yang tetap, ketinggian dijaga dengan mengatur lift untuk mencocokkannya dengan
kecepatan pesawat atau kecepatan jelajah, ketika menjaga keadaan equilibrium
sewaktu lift sama dengan weight. Pada
waktu melakukan approach untuk mendarat dan penerbang ingin mendapatkan
kecepatan yang selambat mungkin, maka perlu untuk menambahkan lift ke maksimum untuk menjaga lift sama dengan weight dari pesawat
tersebut.
Airfoil
Airfoil
atau aerofoil adalah suatu bentuk geometri yang apabila ditempatkan di suatu
aliran fluida akan memproduksi gaya angkat (lift) lebih besar dari gaya hambat
(drag). Pada airfoil terdapat bagian-bagian seperti berikut:
1.
Leading Edge adalah bagian yang paling depan dari sebuah airfoil.
2.
Trailing Edge adalah bagian yang paling belakang dari sebuah airfoil.
3.
Chamber line adalah garis yang membagi sama besar
antara permukaan atas dan permukaan bawah dari airfoil mean chamber line.
4.
Chord line adalah garis lurus yang menghubungkan leading edge dengan
trailing edge.
5.
Chord(c) adalah jarak antara leading edge dengan trailling edge.
6.
Maksimum chamber adalah jarak maksimum antara mean
chamber line dan chord line. Posisi maksimum chamber diukur dari leading edge
dalam bentuk persentase chord.
7.
Maksimum thickness adalah jarak maksimum antara
permukaan atas dan permukaan bawah airfoil yang juga diukur tegak lurus
terhadap chord line.
Under Chamber
Untuk
pesawat yang lebih lambat (slow flyer), atau yang memiliki Reynolds Number
rendah, lift tinggi pada kecepatan rendah dan hambatan juga tinggi.
Flat-Bottom
Biasanya
untuk trainer awal, memiliki lift coefficient (daya angkat) yang tinggi,
pesawat lambat dan kemampuan manuver terbatas.
Semi-Simetris
Untuk
trainer lanjutan, pesawat lebih cepat, dan pesawat mulai dapat melakukan basic
manuver.
Fully Simetris
Airfoil jenis ini biasanya
digunakan pada pesawat akrobatik.
Sejarah Airfoil
Penelitian
serius untuk mengembangkan airfoil mulai dilakukan sejak akhir abad 19.
Meskipun saat itu telah diketahui bahwa plat datar pun dapat membangkitkan gaya
angkat pada sudut serang tertentu, tetapi ada kecenderungan pemikiran bahwa
bentuk airfoil melengkung yang menyerupai bentuk sayap burung dapat
menghasilkan gaya angkat yang lebih efektif.
Paten
bentuk airfoil pertama tercatat atas nama Horatio F. Phillips pada tahun 1884.
Phillips adalah seorang kebangsaan Inggris yang yang pertama kali melakukan
pengujian terowongan angin terhadap airfoil secara serius.
Pada waktu
yang hampir bersamaan, Otto Lilienthal memiliki ide yang sama. Setelah
melakukan pengukuran yang teliti terhadap bentuk sayap burung, ia menguji
bentuk airfoil dengan kelengkungan pada mesin pemutar dengan diameter 7 meter.
Lilienthal percaya bahwa kunci
sukses
untuk melakukan penerbangan adalah dengan menggunakan airfoil lengkung. Ia juga
mengujinya dengan radius nose yang berbeda-beda.
Tahun 1902
Wright bersaudara melakukan pengujian airfoil mereka di terowongan angin, untuk
mengembangkan bentuk yang efisien yang kemudian memicu keberhasilan mereka pada
penerbangan pertama 17 Desember 1903. Airfoil yang digunakan Wright bersaudara
sangat mirip dengan desain dari Otto Lilienthal, yaitu tipis dan melengkung.
Hal ini dimungkinkan karena pengetesan airfoil pada masa awal dilakukan pada
bilangan Reynold yang sangat rendah. Pemikiran salah bahwa airfoil yang efektif
harus memiliki bentuk tipis dan kelengkungan tinggi merupakan alasan pesawat
udara yang pertama menggunakan sayap ganda.
Bentuk
airfoil tipis dan kelengkungan tinggi kemudian semakin ditinggalkan dan
menyusut jumlahnya secara bertahap dalam kurun waktu satu dekade berikutnya.
Airfoil
dengan cakupan luas kemudian dikembangkan, yang umumnya secara trial and error.
Beberapa bentuk yang cukup sukses adalah Clark Y dan Gottingen 398 yang
digunakan sebagai basis bentuk airfoil yang diuji oleh NACA pada awal tahun
1920-an.
NACA
airfoil adalah bentuk airfoil sayap pesawat udara yang dikembangkan oleh
National Advisory Committee for Aeronautics (NACA). Sampai sekitar Perang Dunia
II, airfoil yang banyak digunakan adalah hasil riset Gottingen. Selama periode
ini banyak pengujuan arifoil dilakukan diberbagai negara, tetapi hasil riset
NACA lah yang paling terkemuka. Pengujian yang dilakukan NACA lebih sistematik
dengan membagi pengaruh efek kelengkungan dan distribusi ketebalan atau
thickness serta pengujiannya dilakukan pada bilangan Reynold yang lebih tinggi
dibanding yang lain.
NACA
airfoil adalah salah satu bentuk bodi aerodinamika sederhana yang berguna untuk
dapat memberikan gaya angkat tertentu terhadap suatu bodi lainnya dan dengan
bantuan penyelesaian matematis sangat memungkinkan untuk memprediksi berapa
besarnya gaya angkat yang dihasilkan oleh suatu bodi airfoil. Geometri airfoil
memiliki pengaruh besar terhadap karakteristik aerodinamika dengan parameter
penting berupa CL, dan kemudian akan terkait dengan lift (gaya angkat yang
dihasilkan) (Mulyadi, 2010).
Hingga
sekitar Perang Dunia II, airfoil yang banyak digunakan adalah hasil riset
Gottingen. Selama periode ini banyak pengajuan airfoil dilakukan diberbagai
negara, tetapi hasil riset NACA lah yang paling terkemuka. Pengujian yang
dilakukan NACA lebih sistematik dengan membagi pengaruh efek kelengkungan dan
distribusi ketebalan atau thickness serta pengujiannya dilakukan pada bilangan
Reynold yang lebih tinggi dibanding yang lain. Hal ini sering dirangkum oleh
beberapa parameter seperti: ketebalan maksimum, maksimum bentuk melengkung,
posisi max ketebalan, posisi maks bentuk melengkung, dan hidung jari-jari. Airfoil
terdiri dari (Mulyadi, 2010):
•
Permukaan atas (Upper Surface)
•
Permukaan bawah (Lowerer Surface)
•
Mean camber line adalah tempat kedudukan titik-titik
antara permukaan atas dan bawah airfoil yang diukur tegak lurus terhadap mean
camber line itu sendiri.
•
Leading edge adalah titik paling depan pada mean
camber line, biasanya berbentuk lingkaran dengan jari-jari mendekati 0,02 c.
•
Trailing edge adalah titik paling belakang pada mean camber line
•
Camber adalah jarak maksimum antara mean camber line
dan garis chord yang diukur tegak lurus terhadap garis chord.
•
Ketebalan (thickness) adalah jarak antara permukaan
atas dan permukaan bawah yang diukur tegak lurus terhadap garis chord.
Karakteristik
Airfoil
Di
terowongan angin atau pada sebuah penerbangan, sebuah airfoil secara sederhana
adalah sebuah objek streamline yang disisipkan pada aliran udara yang bergerak.
Jika airfoilnya berbentuk tetesan air maka perubahan kecepatan dan tekanan dari
aliran udara yang melewati bagian atas dan bawah akan sama di kedua sisi. Tapi
kalau bentuk tetesan air itu dipotong di tengah dengan sama rata, hasilnya
adalah sebuah bentuk sederhana airfoil (sayap). Jika airfoil itu dinaikkan
(mendongak) maka aliran udara akan menabrak dengan sebuah sudut tertentu (angle
of attack), molekul udara yang bergerak melewati permukaan atas akan dipaksa
untuk
bergerak
dengan kecepatan yang lebih tinggi dibandingkan dengan molekul udara yang
bergerak di bawah airfoil, hal ini karena molekul di atas harus menjalani jarak
yang lebih jauh karena lengkungan dari permukaan yang di atas. Pertambahan
kecepatan ini mengurangi tekanan di atas airfoil (Mulyadi, 2010).
Momentum
adalah resistansi dari sebuah benda yang bergerak ketika arah dan besar
gerakannya diubah. Ketika setiap benda dipaksa untuk bergerak dalam gerakan
melingkar, benda tersebut akan memberikan reaksi resistansi dengan arah keluar
yang berlawanan dengan pusat putaran. Ini disebut gaya sentrifugal. Seperti
pada gambar 2 terlihat ketika partikel udara bergerak dengan arah melengkung AB,
gaya sentrifugal cenderung membuangnya ke arah panah antara A dan B, sehingga
menyebabkan udara untuk mendesak lebih dari tekanan normal di leading edge-nya
airfoil. Tapi setelah partikel udara melewati titik B (titik berbalik arah dari
arah lengkungan/kurva) gaya sentrifugal cenderung untuk membuang partikel pada
arah panah antara B dan C (menyebabkan berkurangnya tekanan pada airfoil). Efek
ini berlaku sampai partikel udara mencapai titik C, titik kedua berbalik arah
dari lengkungan aliran udara. Kembali lagi, gaya sentrifugal dibalikkan dan
partikel udara cenderung untuk memberi sedikit lebih tekanan dari normal pada
trailing edge dari airfoil tersebut (Suseno, 2010).
Tekanan
udara dari permukaan bagian atas airfoil disebarkan sehingga tekanan lebih besar
di leading edge daripada tekanan atmosfer sekitarnya, menyebabkan tahanan yang
kuat pada gerakan ke depan, tetapi tekanan udara lebih sedikit daripada tekanan
atmosfer sekitarnya di sebagian besar permukaan atas (B ke C). Seperti terlihat
pada penggunaan teori Bernoulli pada sebuah bejana venturi, pertambahan
kecepatan udara pada bagian atas dari airfoil menyebabkan turunnya tekanan.
Tekanan yang turun ini adalah salah satu komponen dari total daya angkat. Tapi
adalah sebuah kesalahan untuk berasumsi bahwa perbedaan tekanan antara
permukaan bagian atas dan bagian bawah tersebut adalah satu-satunya hasil total
dari produksi daya angkat (Suseno, 2010). Sebuah tekanan positif dihasilkan
karena sifat udara yang mengalir di bawah sayap, terutama pada angle of attack
yang tinggi. Tapi ada aspek lain dari aliran udara ini yang harus dipelajari.
Pada sebuah titik di dekat leading edge, aliran udara pada hakekatnya
sebenarnya berhenti (stagnation point) dan dengan bertahap kecepatannya akan
bertambah.
Di titik yang
sama di trailing edge, kembali lagi aliran udara itu mencapai kecepatan yang
sama dengan kecepatan aliran udara di permukaan atasnya. Sesuai dengan prinsip
Bernoulli, ketika aliran udara makin pelan di bawah sayap, sebuah tekanan
positif ke atas terjadi menekan sayap, jika kecepatan fluida berkurang, tekanan
harus bertambah (Suseno, 2010).
Pada
dasarnya, hal ini hanyalah “memperkuat tekanan positif” karena kejadian ini
menambah perbedaan tekanan antara permukaan atas dan bawah dari airfoil,
sehingga menambah total daya angkat dibandingkan jika tidak ada penambahan
tekanan di bagian bawah permukaan. Kedua prinsip Bernoulli dan hukum Newton
bekerja jika daya angkat diproduksi oleh sebuah airfoil. Dari percobaan yang
dilakukan pada model di terowongan angin sebenarnya, telah diketahui bahwa pada
waktu udara mengalir sepanjang permukaan dari sebuah sayap dengan angle of
attack yang berbeda-beda, maka ditemukan bagian-bagian sepanjang permukaan di
mana tekanannya adalah negatif atau kurang dari tekanan atmosfer dan juga
bagian-bagian dengan tekanan positif atau lebih besar dari tekanan atmosfer
(Suseno, 2010).
Tekanan
negatif pada permukaan atas sayap membuat gaya yang lebih besar daripada
tekanan positif yang mengenai permukaan bawah sayap. Gambar 3 menunjukkan
penyebaran tekanan sepanjang airfoil pada 3 angle of attack yang berbeda-beda.
Pada umumnya, pada angle of attack yang besar, pusat tekanan (Center of
Pressure) pindah ke depan sedangkan pada angle of attack yang kecil pusat
tekanan berpindah ke bagian belakang. Dalam rancangan struktur sayap,
pergeseran pusat tekanan ini sangat penting, karena mempengaruhi posisi beban
udara yang ditanggung oleh sayap pada keadaan angle of attack yang kecil dan
angle of attack yang besar (Suseno, 2010).
Keseimbangan
aerodinamis dan kemampuan kendali diatur oleh perbedaan dari pusat tekanan.
Pusat tekanan ditentukn oleh perhitungan dan percobaan di terowongan angin
dengan cara memberikan angle of attack yang berbeda-beda pada airfoil di
sepanjang jangkauan kerja normal. Pada waktu angle of attack diubah,
karakteristik penyebaran tekanan juga berubah (Suseno, 2010).
Gaya
tekanan positif (+) dan negatif (–) dijumlahkan pada setiap nilai angle of
attack dan didapat resultan hasilnya. Total resultan tekanan diperlihatkan oleh
vektor resultan gaya.
Konstruksi Geometri Airfoil NACA
Airfoil
yang saat ini umum digunakan sangat dipengaruhi oleh hasil penelitian yang
dilakukan oleh NACA ini. Dan berikut ini adalah klasifikasi jenis-jenis airfoil
NACA:
NACA Seri 4 Digit
Sekitar
tahun 1932, NACA melakukan pengujian beberapa bentuk airfoil yang dikenal
dengan NACA seri 4 digit seperti pada gambar 5. Distribusi kelengkungan dan
ketebalan NACA seri empat ini diberikan berdasarkan suatu persamaan. Distribusi
ini tidak dipilih berdasarkan teori, tetapi diformulasikan berdasarkan
pendekatan bentuk sayap yang efektif yang digunakan saat itu, seperti yang
dikenal adalah airfoil Clark Y. Pada airfoil NACA seri empat, digit pertama
menyatakan persen maksimum camber terhadap chord. Digit kedua menyatakan
persepuluh posisi maksimum camber pada chord dari leading edge. Sedangkan dua
digit terakhir menyatakan persen ketebalan airfoil terhadap chord. Contoh:
airfoil NACA 2412 memiliki maksimum camber 0,02 terletak pada 0,4c dari leading
edge dan memiliki ketebalan maksimum 12% chord atau 0,12c. Airfoil yang tidak
memiliki kelengkungan, dengan camber line dan chord berhimpit disebut airfoil
simetrik. Contohnya adalah NACA 0012 yang merupakan airfoil simetrik dengan
ketebalan maksimum 0,12c (Mulyadi, 2010).
NACA Seri 5 Digit
Pengembangan
airfoil NACA 5 digit dilakukan sekitar tahun 1935 dengan menggunakan distribusi
ketebalan yang sama dengan seri empat digit. Garis kelengkungan rata-rata (mean
camber line) seri ini berbeda dibanding seri empat digit. Perubahan ini
dilakukan dalam rangka menggeser maksimum camber kedepan sehingga dapat
meningkatkan CL maksimum. Jika dibandingkan ketebalan (thickness) dan camber,
seri ini memiliki nilai CL maksimum 0,1 hingga 0,2 lebih tinggi dibanding seri
empat digit. Sistem penomoran seri lima digit ini berbeda dengan seri empat
digit. Pada seri ini, digit pertama dikalikan 3/2 kemudian dibagi sepuluh
memberikan
nilai
desain koefisien lift. Setengah dari dua digit berikutnya merupakan persen
posisi maksimum camber terhadap chord. Dua digit terakhir merupakan persen
ketebalan terhadap chord. Contohnya, airfoil 23012 memiliki CL desain 0.3,
posisi maksimum camber pada 15% chord dari leading edge dan ketebalan sebesar
12% chord (Mulyadi, 2010).
NACA Seri-1 (Seri 16)
Airfoil
NACA seri 1 yang dikembangkan sekitar tahun 1939 merupakan seri pertama yang
dikembangkan berdasarkan perhitungan teoretis. Airfoil seri 1 yang paling umum
digunakan memiliki lokasi tekanan minimum di 0,6 chord, dan kemudian dikenal
sebagai airfoil seri-16. Camber line airfoil ini didesain untuk menghasilkan
perbedaan tekanan sepanjang chord yang seragam. Penamaan airfoil seri 1 ini
menggunakan lima angka. Misalnya NACA 16-212. Digit pertama menunjukkan seri 1.
Digit kedua menunjukkan persepuluh posisi tekanan minimum terhadap chord. Angka
di belakang tanda hubung: angka pertama merupakan persepuluh desain CL dan dua
angka terakhir menunjukkan persen maksimum thickness terhadap chord. Jadi NACA
16-212 artinya airfoil seri 1 dengan lokasi tekanan minimum di 0,6 chord dari
leading edge, dengan desain CL 0,2 dan thickness maksimum 0,12 (Mulyadi, 2010).
NACA Seri 6
Airfoil
NACA seri 6 didesain untuk mendapatkan kombinasi drag, kompresibilitas, dan
performa CL maksimum yang sesuai keinginan. Beberapa persyaratan ini saling
kontradiktif satu dan lainnya, sehingga tujuan utama desain airfoil ini adalah
mendapatkan drag sekecil mungkin. Geometri seri 6 ini diturunkan dengan
menggunakan metode teoritik yang telah dikembangkan dengan menggunakan matematika
lanjut guna mendapatkan bentuk geometri yang dapat menghasilkan distribusi
tekanan sesuai keinginan. Tujuan pendekatan desain ini adalah memperoleh
kombinasi thickness dan camber yang dapat memaksimalkan daerah alirah laminer.
Dengan demikian maka drag pada daerah CL rendah dapat dikurangi.
Aturan
penamaan seri 6 cukup membingungkan dibanding seri lain, diantaranya karena
adanya banyak perbedaan variasi yang ada. Contoh yang 10 umum digunakan
misalnya NACA 641-212,
a = 0,6.
Angka 6 di digit pertama menunjukkan seri 6 dan menyatakan family ini didesain
untuk aliran laminer yang lebih besar dibanding seri 4 digit maupun 5 digit.
Angka 4 menunjukkan lokasi tekanan minimum dalam persepuluh terhadap chord
(0,4c). Subskrip 1 mengindikasikan bahwa range drag minimum dicapai pada 0,1 di
atas dan di bawah CL desain yaitu 2 dilihat angka 2 setelah tanda hubung. Dua
angka terakhir merupakan persen thickness terhadap chord, yaitu 12% atau 0,12.
Sedangkan a = 0,6 mengindikasikan persen chord airfoil dengan distribusi
tekanannya seragam, dalam contoh ini adalah 60% chord (Mulyadi, 2010).
NACA Seri 7
Seri 7
merupakan usaha lebih lanjut untuk memaksimalkan daerah aliran laminer di atas
suatu airfoil dengan perbedaan lokasi tekanan minimum dipermukaan atas dan
bawah. Contohnya adalah NACA 747A315. Angka 7 menunjukkan seri. Angka 4
menunjukkan lokasi tekanan minimum di permukaan atas dalam persepuluh (yaitu
0,4c) dan angka 7 pada digit ketiga menunjukkan lokasi tekanan minimum di
permukaan bawah airfoil dalam persepuluh (0,7c). A, sebuah huruf pada digit
keempat menunjukkan suatu format distribusi ketebalan dan mean line yang
standardisasinya dari NACA seri awal. Angka 3 pada digit kelima menunjukkan CL
desain dalam persepuluh (yaitu 0,3) dan dua angka terakhir menunjukkan persen
ketebalan maksimum terhadap chord, yaitu 15% atau 0,15 (Mulyadi, 2010).
NACA Seri 8
Airfoil
NACA seri 8 didesain untuk penerbangan dengan kecepatan supercritical. Seperti
halnya seri sebelumnya, seri ini didesain dengan tujuan memaksimalkan daerah
aliran laminer di permukaan atas permukaan bawah secara independen. Sistem
penamaannya sama dengan seri 7, hanya saja digit pertamanya adalah 8 yang
menunjukkan serinya. Contohnya adalah NACA 835A216 adalah airfoil NACA seri 8
dengan lokasi tekanan minimum di permukaan atas ada pada 0,3c, lokasi tekanan
minimum di permukaan bawah ada pada 0,5c, memiliki CL desain 2 dan ketebalan
atau thickness maksimum 0,16c (Mulyadi, 2010).
Kualitas
unjuk kerja dari sudu-sudu yang airfoil ini biasanya dinyatakan dalam harga
koefisien gaya drag (CD) dan gaya lift (CL). Gaya lift adalah gaya yang arahnya
tegak lurus aliran yang mengenai suatu bentuk airfoil. Gaya drag adalah gaya
yang sejajar dengan aliran fluida yang mengenai suatu bentuk airfoil.
Pada
airfoil terdapat beberapa bagian yang dirubah untuk mendapat koefisien gaya
angkat yang maksimal, diantaranya camber. Semakin besar camber suatu airfoil
maka semakin besar gaya angkat yang akan dihasilkan oleh sebuah airfoil, karena
perubahan arah angin di trailing edge menyebabkan semakin besar gaya angkatnya.
Hal itu juga disebabkan karena prinsip dasar airfoil adalah untuk mempecepat
kecepatan angin di bagian atas dengan memperpanjang daerah lintasan airfoil dan
memperpendek lintasan bagian bawah airfoil sehingga perbedaan tekanan permukaan
atas dan bawah makin besar maka gaya angkat yang dihasilkan makin besar pula
(Benson, 2010).
Sudut Serang (Angle of Attack)
Sudut
serang adalah sudut yang dibentuk oleh tali busur sebuah airfoil dan arah
aliran udara yang melewatinya (relative wind). Biasanya diberi tanda α (alpha).
Untuk airfoil simetris, besar lift yang dihasilkan akan nol bila sudut serang
nol, sedang pada airfoil tidak simetris sekalipun sudut serang nol tetapi gaya
angkat telah timbul. Gaya angkat menjadi nol bila air foil tidak simetis
membentuk sudut negatif terhadap aliran udara. Sudut serang dimana gaya angkat
sebesar nol ini disebut zero angle lift.
Metode Elemen Hingga
Metode
Elemen Hingga adalah salah satu dari metode numerik yang memanfaatkan operasi
matrix untuk menyelesaikan masalah-masalah fisik. Metode ini dibangun sebagai
metode numerik untuk analisis tegangan, tetapi sekarang pemakaiannya telah
meluas sebagai metode yang umum untuk banyak permasalahan engineering kompleks
dan ilmu-ilmu fisika. Mengandung perhitungan, pertumbuhannya berhubungan dekat
dengan pengembangan teknologi komputer.
Metode
Elemen Hingga digunakan dengan membagi suatu benda menjadi beberapa bagian dan
bagian-bagian tersebut disebut dengan mesh. Beberapa mesh yang terbentuk dari
suatu benda dan terdiri dari beberapa titik (node). Nilai dan jumlah titik
(node) ditentukan oleh jumlah mesh.
Dengan
demikian, pada persamaan di atas didapat bahwa jumlah titik (node) pada
pembagian elemen sama dengan jumlah mesh ditambah satu. Prinsip–prinsip dasar
inilah yang kemudian banyak dipakai sebagai basis dari program komputer untuk
simulasi–simulasi, baik simulasi tegangan, aliran dan lainnya. Maka dari itu
Metode elemen hingga tidak dapat dipisahkan dari program–program komputer yang
berbasis Computional Fluid Dinamic (CFD).
Computional Fluid Dinamic (CFD)
Perkembangan
teknologi yang serba terkomputerisasi, telah memberi banyak kemudahan salah
satunya dalam hal mendapatkan informasi dari analisis yang mempunyai tingkat
kerumitan yang tinggi bila dilakukan secara manual.
Computational
Fluid Dynamics (CFD) merupakan ilmu pengetahuan dengan bantuan komputer yang
menghasilkan prediksi kuantitatif fenomena aliran fluida yang berdasarkan pada
hukum konservasi ( konservasi masa, momentum, dan energi ) yang mengatur
pergerakan fluida. CFD menggabungkan berbagai ilmu dasar teknologi diantaranya
matematika, ilmu komputer, teknik dan fisika. Semua ilmu disiplin tersebut
digunakan untuk pemodelan atau simulasi aliran fluida.
Prediksi
ini biasanya terjadi pada kondisi yang ditentukan oleh geometri aliran,
properties fluida, serta batas dan kondisi awal dari aliran fluida. Prediksi
umumnya memberikan nilai dari variabel aliran, diantaranya kecepatan, tekanan,
atau temperatur pada lokasi tertentu. Prinsip CFD adalah metode penghitungan
yang pengkhususkan pada fluida, dimana sebuah kontrol dimensi, luas serta
volume dengan memanfaatkan komputasi komputer maka dapat dilakukan perhitungan
pada tiap-tiap elemennya.
Hal yang
paling mendasar mengapa konsep CFD banyak sekali digunakan dalam dunia industri
adalah dengan CFD dapat dilakukan analisis terhadap suatu sistem dengan
mengurangi biaya
eksperimen
dan tentunya waktu yang panjang dalam melakukan eksperimen tersebut atau dalam
proses design engineering tahap yang harus dilakukan menjadi lebih pendek. Hal
lain yang mendasari pemakaian konsep CFD adalah pemahaman lebih dalam mengenai
karakteristik aliran fluida dengan melihat hasil berupa grafik, vektor, kontur
bahkan animasi.
Software – software pada Computional Fluid Dinamic
Computional
Fluid Dinamic memiliki banyak software–software bantu untuk menyelesaikan
permasalahan–permasalahan dalam dinamika fluida, diantaranya Solidwork, Exceed,
GAMBIT dan program-program CAD/CAE, seperti; AutoCad, CATIA, NASTRAN,
ProEngineering, dan lain-lain. Pada analisis ini digunakan software Solidwork.
Solidwork dipilih karena memiliki keunggulan–keunggulan dibandingkan dengan
software–software lain,diantaranya:
•
Graphic User Interface / tampilan dan fitur-fiturnya
lebih menarik, juga penanganannya lebih mudah.
•
Relatif lebih ringan ketika dijalankan di komputer,
dalam artian tidak memerlukan memori komputer yang terlalu besar.
•
Lebih banyak model yang dapat dibuat di Solidwork.
Tahapan kerja pada CFD
Sebelum
analisis dalam CFD dilaksanakan, terlebih dahulu dibuat desain awal benda yang
akan disimulasikan. Disini benda yang akan disimulasikan adalah airfoil NACA
2412 yang digunakan pada sayap pesawat model tipe glider dan akan disimulasikan
dengan software solidwork agar lebih mudah dan cepatdalam pembuatannya. Selain
itu, perangkat lunak ini juga disertai dengan fasilitas pendukung untuk
menganalisis dan mensimulasikan gerakan, diantaranya:
•
Cosmoswork digunakan untuk menganalisis kecepatan,
tekanan, tegangan, frekuensi, tekanan, suhu dan sebagainya.
•
Cosmosmotion digunakan untuk membuat gerakan dari
benda, membuat simulasi serta menganimasikannya. Selain itu, Cosmosmotion juga
dapat menganalisis beban untuk kasus analisis struktur.
•
Cosmosflowork digunakan untuk menganalisis aliran
fluida baik dalam maupun luar, tekanan, kecepatan dan sebagainya.
Kategori dan klasifikasi pesawat udara
Lebih berat dari udara
Pesawat udara yang lebih berat dari udara disebut
aerodin, yang masuk dalam kategori ini
adalah autogiro, helikopter, girokopter dan pesawat
terbang/pesawat bersayap tetap. Pesawat
bersayap tetap umumnya menggunakan mesin pembakaran dalam yang berupa
mesin piston (dengan
baling-baling) atau mesin turbin (jet atau
turboprop) untuk menghasilkan dorongan yang menggerakkan pesawat, lalu
pergerakan udara di sayap menghasilkan gaya dorong ke atas, yang membuat
pesawat ini bisa terbang. Sebagai pengecualian, pesawat bersayap tetap juga ada
yang tidak menggunakan mesin, misalnya glider, yang hanya menggunakan gaya
gravitasi dan arus udara panas. Helikopter dan autogiro menggunakan mesin dan
sayap berputar untuk menghasilkan gaya dorong ke atas, dan helikopter juga
menggunakan mesin untuk menghasilkan dorongan ke depan.
Lebih ringan dari udara
Pesawat udara yang lebih ringan dari udara
disebut aerostat, yang masuk
dalam kategori ini adalah balon dan kapal udara. Aerostat menggunakan gaya apung
untuk terbang di udara, seperti yang digunakan kapal laut untuk mengapung di atas air. Pesawat udara ini umumnya menggunakan gas seperti
helium, hidrogen, atau udara panas untuk menghasilkan
gaya apung tersebut. Perbedaaan balon udara dengan kapal udara adalah balon
udara lebih mengikuti arus angin, sedangkan
kapal udara memiliki sistem propulsi untuk dorongan ke depan dan sistem
kendali.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar