High Lift Devices

PENGENALAN 

Pesawat terbang yang sedang melakukan unjuk kerja pada kecepatan rendah, misalnya saat landing atau take off, sangat memerlukan harga yang tinggi guna mempertahankan gaya angkat untuk mengimbangi berat pesawat. Pesawat konvensional kecepatan rendah, mempunyai koefisien gaya angkat maksimum (CLmax) sekitar 1.4 atau 1.5. Jika menginginkan kecepatan stall yang rendah, maka harus dapat diperoleh koefisien gaya angkat maksimum (CLmax) yang lebih tinggi. Salah satu cara peningkatan adalah dengan memperbesar camber, namun cara ini akan meningkatkan harga gaya drag. Suatu cara untuk mengatasi persoalan tersebut adalah dengan menggunakan suatu alat yang disebut sebagai high lift devices (alat mempertinggi gaya angkat). High lift devices (HLD) ini dapat mengubah karakteristik airfoil, yaitu memperbesar CLmax pada saat dibutuhkan terutama bila beroperasi pada kecepatan rendah. Alat mempertinggi gaya angkat bekerja dengan tiga prinsip:

• Mengubah geometri airfoil, sehingga memperbesar camber
• Merubah luas sayap.
• Mengendalikan lapis batas (boundary layer) dengan energi tambahan.

Dari alat-alat tersebut, ada yang bekerja dengan dua atau tiga prinsip sekaligus, yaitu selain mengubah geometri juga merubah luas sayap atau mengendalikan lapis batas. Alat mempertinggi gaya angkat antara lain :
Leading Edge Flap, Trailing Edge Flap, Leading edge Slot, boundary Layer Blowing, Boundary Layer Suction dan Jet Flap.

I. FLAP 

(bahasa Inggris : Flaps) adalah permukaan yang berengsel pada tepi belakang sayap. Jika sirip sayap diturunkan maka kecepatan anjlog (bahasa Inggris : stall speed) pesawat terbang akan menurun, sehingga pesawat dapat dengan aman terbang pada kecepatan rendah (khusus nya ketika landing dan take off). Sirip sayap juga dapat ditemukan di tepi depan sayap pada beberapa pesawat terbang terutama pesawat jet berkecepatan tinggi. Sirip sayap ini disebut juga sebagai slat

Persamaan LIFT :

L = 1/2 ρ V S Cl

Dimana,

L = Lift

ρ = Density

V = Kecepatan

S = Luas Sayap

Cl = Koefisien Lift

Disini bisa dilihat bahwa penambahan luas area (S) dan koesisien lift (CL) memungkinkan penambahan gaya angkat pada kecepatan rendah (V)

1. Trailling Edge Flap

Flap trailing edge berupa bidang yang dipasang pada trailing edge sayap dengan bantuan engsel, sehingga flap bisa melakukan defleksi turun. Defleksi flap mengubah besar camber sayap, sehingga meningkatkan koefisien gaya angkat. Beberapa jenis flap trailing edge antara lain plainflap, split flap, sloted flap, dan fowler flap.

2. Plain Flap

Dengan terjadinya defleksi flap ke bawah, akan menambah camber airfoil sayap. Selain itu flap juga akan mengurangi sudut serang tanpa menghasilkan gaya angkat (zerolift angle of attack), tanpa mempengaruhi besarnya slope dari kurva. Dengan demikian pada setiap penambahan sudut serang sampai pada sudut serang stall (stallingangle), koefisien gaya angkat akan bertambah secara konstan. Namun pertambahan sudut serang efektif agak lebih besar, sehingga dengan defleksi flap akan mengurangi besar sudut serang stall. Hal ini disebabkan bahwa pada penggunaan flap, separasi aliran akan terjadi lebih awal pada bagian belakang bidang flap. Kurva dan sudut serang pada saat flap terdefleksi ke bawahdisbanding dengan saat posisi netral dapat dilihat pada gambar berikut.

Stal pada flap deflected terjadi pada AOA yang lebih rendah dari pada flap netral. Pengaruh defleksi flap terhadap distribusi tekanan pada airfoil dapat dilihat pada gambar. Defleksi flap tidak hanya berpengaruh pada distribusi tekanan pada bagian airfoil belakang di mana flapterpasang, namun juga bagian depan airfoil. Tetapi penambahan gaya angkat total lebih banyak terjadi pada airfoil bagian belakang,sehingga koefisien tekanan (CP) ikut bergeser ke belakang. Bergesernya (CP) akan menimbulkan momen yang membuat gerakan hidung ke bawah (nose-down), sehingga pilot harus melakukan koreksi pada setiap defleksi flap. Bertambahnya camber efektif karena defleksi flap akan menambah koefisien gaya seret (CD). Bertambahnya CD akan memberikan efek pengereman yang sangat menguntungkan pada saat proses pendaratan, karena dapat melakukan landing approach dengan slope yang lebih terjal dan memperpendek landasan pendaratan.

3. Split Flap

Pada split flap, hanya bagian permukaan bawah belakang airfoil yang bergerak, sehinggageometri bagian atas tidak berubah saat flap berdefleksi. Secara garis besar pengaruh defleksi flap terhadap penambahan CL sama dengan jenis plain. Namun karena perubahan camber kurang berpengaruh pada permukaan airfoil bagian atas, maka separasi pada permukaan atas airfoil bagian belakang hanya akan terjadi pada sudut serang yang lebih tinggi dari pada jenis plain. Dengan demikian untuk kerja split flap pada sudut serang tinggi lebih baik dari pada jenis plain. Tetapi pada sudut serang kecil, akan terjadi wake pada daerah dibelakang flap yang terdefleksi, sehingga akan mengurangi unjuk kerja airfoil. Tetapi hal ini tidak menimbulkan masalah, karena tujuan pemakaian flap adalah untuk menciptakan unjuk kerja airfoil yang baik pada sudut serang yang tinggi.

4. Slotted Flap

Slotted flap mempunyai celah terbuka antara flap dan sayap bila flap sedang terdefleksi seperti gambar, udara berkecepatan tinggi akan mengalir kepermukaan atas flap melaui slot. Aliran ini merupakan tambahan energi yang akan mencegah terjadinya separasi aliran udara. Disamping itu jenis flap ini juga sebagai pengubah besar camber seperti halnya jenis plain. Karena slotted flap bekerja dengan prinsip kombinasi antara pengubah geometri sayap dan pengendali lapis batas, maka penambahan koefisien gaya angkat lebih besar dari pada jenis plain ataupun split. Kemudian pengaruh slotted yang mencegah terjadinya separasi, akan menghasilkan penambahan gaya drag yang lebih kecil.

5. Fowler Flap

Fowler flap selain bekerja seperti jenis slotted, defleksi flap ke bawah juga mengakibatkan penambahan luas efektif dan camber sayap. Dengan demikian flap jenis fowler sebagai penambah gaya angkat, bekerja dengan tiga prinsip yaitu memperbesar camber, mengontrollapis batas dan menambah luas sayap. Penambahan luas sayap dihasilkan oleh kerja flap yang bergeser ke bawah seperti gambar. Dengan penambahan luas efektif sayap serta pengaruh slotted dan pembesaran camber, maka fowler flap menghasilkan penambahan koefisien gaya angkat yang paling besar dari jenis flap trailing edge lainya. Perbandingan pertambahan koefisien gaya angkat antara fowler flap dengan jenis flap trailing edge lainya terlihat pada kurva gambar

6. Leading Edge Flap

Leading edge slot adalah salah satu alat mempertinggi gaya angkat dengan cara mengendalikan lapis batas. Leading edge slot terdiri dari airfoil kecil yang disebut slat, terpasang di depan leading edge sehingga membentuk celah (slot) dengan leading edge pada sayap. Dengan slot iniakan mengalir udara yang bertekanan tinggi pada permukaan bawah ke permukaan atas sayap. Aliran udara ini merupakan energi tambahan guna mencegah terjadinya separasi aliran. Pada sudut serang rendah, pemakaian leading edge slot tidak terlalu berpengaruh karena belumada kecenderungan terjadi separasi. Tetapi dengan sudut serang yang semakin tinggi,kecenderungan terjadinya separasi aliran terhambat sehingga koefisian gaya angkat bertambahterus, dan stall terjadi pada sudut serang yang lebih tinggi dari pada tanpa slot. Kurva koefisiengaya angkat versus sudut serang antara sayap tanpa flap (bare wing) dengan sayap dengan leading edge slot, terlihat pada gambar

Dengan pemakaian slot, sudut serang stall bisa meningkat dari 15 sampai 25 derajat, dan koefisien gaya angkat maksimum (CLmax) bisa bertambah 60%. Pada flap leading slot, terjadinya momen akibat bergesernya Cp ke belakang sangat kecil. Demikian pula gaya seret yang ditimbulkan airfoil pada sudut serang tinggi dan kecepatan rendah, juga berharga sangatkecil. Meskipun pemakaian leading edge slot, menghasilkan CLmax yang lebih besar dari pada trailing edge flap namun ada beberapa kerugian :

Pada kecepatan rendah dan sudut serang tinggi gaya seret sangat kecil, sehingga tidak menguntungkan untuk proses pendaratan.
Pada sudut serang rendah dan kecepatan tinggi, slat di depan leading edge cenderungmerusak aliran udara di atas sayap sehingga meningkatkan gaya seret.
CLmax tercapai hanya saat sudut serang tinggi, sehingga posisi pesawat saat lepas landas ataupun mendarat sangat tegak. Posisi ini akan memperburuk pandangan ( visibilitas ) pilot.
Guna mengurangi kerugian tersebut, diciptakan slot otomatis dimana pada sudut serang tinggi akan terbuka, sedang pada sudut serang rendah alat tertarik ke airfoil sehingga slot akan tertutup.

Baca Juga : Gaya-Gaya yang Bekerja Pada Pesawat

II. FLAP CONTROL SYSTEM

Hidraulik Airbus A310-200/300 Hydraulic System Schematic

Boeing 777-200/300 Hydraulic System Schematic

Cara Kerja Flap Dan Slat Pada Pesawat Boeing Leading edge flaps dan slats dikendalikan oleh trailing edge flap system. Saat trailing edge flap retracted, leading edge flap dan slat dontrol valve dalam keadaan tertutup. Dengan control valve pada posisi ini, leading edge dan slat actuators pada posisi retract/menarik kembali oleh fluida bertekanan system B. saat trailing edge flaps dalam keadaan extend/diperpanjang, control valve bergerak pada posisi yang intermediate. Pada posisi tersebut, leading edge flaps akan fully extend dan leading edge slats extend/diperpanjang sampai posisi yang intermediate. Extension/perpanjangan dari trailing edge flaps akan memuka control valve. Fluida bertekanan disalurkan pada leading edge slats sementara leading edge flaps sedang dalam keadaan extend. Jika fluida bertekanan pada system B jatuh dibawah 2000 psi, flap dan slat actuator blocking valves akan secara hidrolik mengunci actuators pada posisi dimana terjadi kurangnya tekanan. Aksi penguncian ini bertujuan untuk mencegah aerodynamic blowback dari flap dan slat. Retraction/penarikan dari trailing edge flap juga menarik leading edge flaps dan slat. Jika trailing edge bergerak pada posisi tertentu, leading edge flap dan slat bergerak pada posisi intermediate. Retract menarik leading edge slat ke posisi intermediate, sementara leading edge flaps fully extended. Hydraulic system power transfer unit akan secara otomatis aktif jika system B engine driven pump gagal, dan pesawat berada pada air mode dan trailing edge flaps tidak bekerja dengan baik. Standby hydraulic system akan extend/memperpanjang leading edge flap dan slat jika tekanan hidrolik system B hilang. Tekanan hidrolik standby system membuka standby system blocking valve pada tiap leading edge flap dan slat actuator dan extend memperpanjang leading edge secara bersamaan.

Electronic System

Berikut ini akan dijelaskan operasi dari power control unit (PCU) dan slat flap control computer (SFCC) pada operasi normal pada pesawat airbus. Karena control flap dan slat sama, maka hanyflap yang dijelaskan disini. Setiap valve block terdiri dari tiga solenoid valve. Dua diantaranya disebut directional valve, mengatur valvespool untuk retract ataupun extension, sedangkan solenoid enable mengontrol Pressure Off Brake (POB). Mengerakkan lever slat dan flap, membuat command sensor unit (CSU) mengeluarkan perintah sinyal posisi baru pada tiap SFCC. Posisi yang dikehendaki dan posisi sesungguhnya yang diketahui dari Feedback position Pick-Off Unit (FPPU) dibandingkan di SFCC. Jika berbeda,makan tiap jalur akan menghasilkan sinyal perintah. Sinyal perintah tersebut berguna untuk mengaktifkan valve block PCU. Saat flap mencapai posisi yang diinginkan, tiap solenoid valve mengurangi enrge dan POB diaktifkan. Motor berhenti dan POB digunakan untuk mengunci flap sampai adanya perintah perubahan posisi. Indicator flap terletak pada bagian kiri depan panel instrument kokpit. Indicator tersebut menerima sinyal elektrik dari dua microswitches pada flap yang beroperasi berdasarkan posisi flap dan mendeteksi posisi flap.

Baca Juga : Electrical Cable