Pesawat
terbang
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.
Deskripsi
Di Amerika Serikat,
Penerbangan pesawat pertama kali dilakukan oleh Wright bersaudara pada 1903.
Mereka merancang pesawatnya sendiri. Pesawat ini hanya cukup untuk satu orang.
Di Inggris, seorang
penemu pesawat terbang bernama Samuel F. Cody berhasil melakukan penerbangan
pada 1910. Waktu itu, bentuk pesawat yang diciptakan masih sangat sederhana.
belum seperti yang bisa dinikmati saat ini.
Setelah Perang Dunia
I, masa penerbangan sipil mulai tumbuh dan mengalami perkembangan cepat.
Akhirnya banyak pesawat yang diproduksi untuk transportasi sipil. Selain itu,
mulai juga bermunculan perusahaan penerbangan di Eropa dan Amerika.
Seiring perkembangan
zaman, bentuk dan mesin pesawat terbang mulai disempurnakan. Hal ini dilakukan
untuk memenuhi kebutuhan transportasi udara. Pada 1949, dibuatlah pesawat
komersial. Pesawat ini ukurannya lebih besar daripada pesawat-pesawat
sebelumnya.
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
eksperimental
Pesawat ini merupakan
pesawat yang sedang mengalami proses pengujian. Pesawat jenis ini pada umumnya
mempunyai bentuk sedikit berbeda dan istimewa. Konsep dan desainnya baru.
Selain itu, pesawat ini belum dipakai secara massal.
Pesawat penumpang sipil
Pesawat jenis ini
merupakan pesawat udara yang berfungsi mengangkut penumpang. Pesawat penumpang
sipil ini mempunyai kapasitas yang berbeda-beda.
Pesawat
angkut
Pesawat ini berfungsi
untuk mengangkut barang dan mengangkut berbagai jenis komoditi. Pesawat ini
sering juga disebut pesawat kargo. Pada umumnya pesawat kargo adalah pesawat
penumpang yang dimodifiksai. Tapi, ada juga pesawat yang khusus dibuat untuk
pengangkutan barang, misalnya pesawat jenis Boeing 747 Large Cargo Freighter.
Pesawat angkut
biasanya dipakai oleh sipil dan militer. Keduanya mempunyai armada
masing-masing. Pihak militer biasanya menggunakan pesawat ini untuk mengangkut
kendaraan perang, senjata, dan tentara.
Pesawat
militer
Pesawat militer merupakan pesawat
yang berfungsi untuk berbagai keperluan militer. Jenisnya pun bermacam-macam.
Pesawat tempur
Pesawat ini didesain untuk melakukan
penyerangan. Sasaran penyerangan biasanya adalah pesawat musuh. Karakter
pesawat ini lincah dan cepat.
Pesawat tempur latih
Pesawat ini digunakan latihan oleh
calon-calon pilot, baik sipil ataupun militer. Pesawat ini dirancang tidak
bersenjata. Pesawat jenis ini mempunyai dua tempat duduk, yaitu untuk pilot dan
co-pilot.
Pesawat intai
Pesawat ini berfungsi untuk
mengintai lawan dan mengumpulkan data-data intelijen.
Pesawat terbang mempunyai bahan
bakar khusus, akan tetapi selidik punya selidik pesawat menggunakan dua jenis
bahan bakar yaitu Avgas dan aviation kerosine. Seperti juga mobil, pesawat
terbang butuh bahan bakar. Energi yang dilepas dipakai untuk menggenjot piston
dan turbin agar kendaraan tersebut bisa melaju. Jika pesawat bermesin piston
menggunakan aviation gasoline alias avgas, sedangkan pesawat penyandang mesin
turbin menggunakan aviation kerosine.
Beda dari kedua jenis bahan bakar
ternyata ada pada sifat titik didih. Avgas yang sejatinya adalah campuran
minyak tanah dengan hidrokarbon cair berkisar antara 32-220 Celcius. Sementara
aviation kerosine lebih tinggi, yakni antara 144-252 Celcius.
Pembedaan ini paling tidak muncul
sebagai syarat baku lantaran metal ruang bakar mesin punya toleransi beragam
terhadap panas hasil pembakaran. Mesin piston, sebagaimana laiknya dapur pacu
generasi awal, jauh lebih rentan ketimbang mesin turbin yang terbuat dari metal
jenis terbaru. Itu sebab, mesin pesawat DC-3 Dakota yang walau hingga kini
masih terbang, misalnya, tetap tak bisa beranjak dari avgas.
Jadi, jika penerbangan jarak jauh
ingin dipersingkat, pesawat terbang tak bisa lagi tergantung pada mesin piston.
Pemecahannya mau tak mau dengan mesin turbin (turbojet, turbofan, atau
turboshaft), yang pada akhirnya menuntut jenis bahan bakar lain yang lebih
berenergi. Maka diramulah aviation kerosine.
Namun, sejalan dengan semakin
canggihnya mesin turbin itu sendiri, aviation kerosine mengalami beberapa
perombakan. Jenis pertama, Jet A, misalnya, hanya cocok digunakan untuk mesin
jet generasi awal dengan struktur mesin yang masih sederhana.
Namun, apa boleh buat, avgas semakin
ketinggalan zaman karena tak mampu memacu pesawat menerobos batas kecepatan
subsonik. Mirip seperti yang dipertentangkan antara mobil rumahan dan mobil
balap, yang terakhir ini tentu perlu bahan bakar khusus yang mampu menimbulkan
panas lebih tinggi.
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.
Aerodinamika
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:
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).
Weight
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):
Jumlah gaya ke atas
(tidak hanya lift) sama dengan jumlah gaya ke bawah (tidak hanya weight)
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).
Angle of attack dalam
kecepatan yang berbeda
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
form drag, yang
terjadi karena gangguan pada aliran udara melalui badan pesawat, dan
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.
Jika lift
berkurang dibandingkan dengan weight maka pesawat akan kehilangan 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:
Leading Edge adalah
bagian yang paling depan dari sebuah airfoil.
Trailing Edge adalah
bagian yang paling belakang dari sebuah airfoil.
Chamber line adalah
garis yang membagi sama besar antara permukaan atas dan permukaan bawah dari
airfoil mean chamber line.
Chord line adalah
garis lurus yang menghubungkan leading edge dengan trailing edge.
Chord(c) adalah jarak
antara leading edge dengan trailling edge.
Maksimum chamber
adalah jarak maksimum antara mean chamber line dan chord line. Posisi maksimum
chamber diukur dari leading edge dalam bentuk persentase chord.
Maksimum thickness
adalah jarak maksimum antara permukaan atas dan permukaan bawah airfoil yang
juga diukur tegak lurus terhadap chord line.
Ada beberapa tipe
airfoil:
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.
Airfoil NACA
(National Advisory Committee for Aeronautics)
Examples of airfoils
in nature and within various vehicles. Though not strictly an airfoil, the
dolphin fin obeys the same principles in a different fluid medium.
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.
