Gaya-Gaya yang Bekerja Pada Pesawat
1. Empat Gaya Dasar pada Pesawat
Apabila kita membahas mengenai pesawat terbang maka kita tidak akan jauh dari membahas tentang ilmu fisika yang selalu setia menyertai dan menyebabkan pesawat yang kita tumpangi dapat terbang tinngi di angkasa. Mulai dari pesawat tanpa mesin hingga pesawat komersial sebesar A380 perlu memperhatikan aspek yang berkaitan dengan ilmu fisika.
Ilmu fisika yang membahas tentang bagaimana cara pesawat dapat terbang sangat sekali beragam, dimulai dari Wright Bersaudara merancang pesawat yang membuka pintu dunia terhadap luasnya dunia aviasi (penerbangan) hingga designer airbus dan boeing berlomba – lomba membuat design pesawat yang sangat efisien.
Lancar dan bagusnya suatu penerbangan mulai dari penerbangan kecil hingga suatu penerbangan berkelas besar tentulah dipengaruhi oleh banyak sekali faktor dan hal berperan disana. Namun lancar dan bagusnya suatu penerbangan bergantung kepada kemampuan manusia yang ada untuk merencanakan dan berkoordinasi dengan tenaga (power) dan kendali pesawat yang ada untuk mengubah gaya dari 4 gaya yang paling dasar, yaitu gaya dorong (thrust), gaya tahan atau hambat (drag), gaya angkat (lift), dan gaya berat (weight).
Keseimbangan dari gaya-gaya tersebutlah yang harus dapat dikendalikan oleh para penerbang. Makin baik pemahaman dari gaya-gaya dan cara mengendalikannya, makin baik pula keterampilan seorang penerbang.
Berikut ini akan dijelaskan mengenai pembahasan dari hal-hal yang mendefinisikan gaya-gaya tersebut dalam sebuah penerbangan yang lurus dan datar, dan tidak berakselerasi (stright and level, unaccelerated).
1.1. Gaya Dorong (Thrust)
 |
| Ilustrasi Gaya dorong atau thrust. |
Gaya dorong ini dipengaruhi oleh hukum newton 2 dan 3 yang mengatakan bahwa percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang bekerja pada benda berbanding lurus dengan besarnya gaya dan berbanding terbalik dengan masa benda dan jika benda pertama mengerjakan gaya terhadap benda kedua, maka benda kedua akan mengerjakan gaya terhadap benda pertama yang besarnya sama, tetapi arahnya berlawanan.
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 (sudut serang airfoil) dan thrust dalam semua jangkauan kecepatan (speed regim) jika pesawat harus ditahan di ketinggian tertentu (level flight).
 |
| Ilustrasi aliran udara (airflow) dan angle of attack. |
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 saat pesawat mulai terbang lebih lambat pesawat akan mempertahankan ketinggiannya jika penerbang memberikan thrust dan angle of attack yang sesuai.
1.2. Gaya Tahan atau Hambat (Drag)
 |
| Ilustrasi Gaya dorong atau thrust. |
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 permukaan 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 semakin optimal.
Semakin streamline badan pesawat maka pengurangan parasite drag semakin optimal.
Skin friction adalah jenis parasite drag yang paling sulit 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.
Bentuk sebuah objek adalah faktor yang penting dalam parasite drag. Selain itu, Indicated Airspeed (kecepatan yang ditunjukkan oleh indikator) adalah sama pentingnya ketika kita berbicara tentang parasite drag.
Sifat aerodinamik sayap dalam penerbangan yang datar menghasilkan gaya angkat yang dibutuhkan, tapi 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. 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.
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.
1.3. Gaya Angkat (Lift)
 |
| Ilustrasi Gaya angkat atau 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.
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 (stabil) maka lift harus dikurangi pada saat kecepatannya ditambah. Normalnya hal ini dilakukan dengan mengurangi angle of attack, yaitu menurunkan hidung pesawat.
 |
| Untuk mengurangi angle of attack dapat dilakukan dengan menundukkan 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”)
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.
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. Contohnya 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.
1.4. Gaya Berat (Weight)
 |
| Ilustrasi Gaya berat atau 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.
 |
| Pengujian Center of Gravity yang sederhana dengan mencari titik seimbang. |
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, tapi penting untuk mengerti aerodinamika penerbangan.
Jika lift berkurang dibandingkan dengan weight maka pesawat akan kehilangan ketinggian. Ketika lift lebih besar dari weight maka ketinggian pesawat akan bertambah.
2. Tahapan yang Dialami selama Penerbangan
Gaya- gaya dalam suatu penerbangan akan mengalami tahap tahap sebagai berikut:2.1. Taxi
Pada saat di bandara, pesawat melakukan taxi (bergerak di darat) dengan mengikuti garis kuning dari apron (tempat parkir pesawat) dan memasuki runway (landas pacu) dan mengambil posisi untuk take-off.2.2. Take Off
Lepas landas atau lebih dikenal dengan Take Off adalah tahap penerbangan di mana suatu pesawat terbang pada suatu transisi dari berjalan di landasan taksi untuk terbang di udara, pada umumnya diatas suatu landasan pacu.2.3. Airborne
 |
| Saat berusaha Take-off |
2.4. Accent/Climb
Accent/Climb adalah tahapan dimana pesawat bergerak makin tinggi untuk mencapai suatu ketinggian tertentu.2.5. Crusing/Steady Flight
Tahapan penerbangan dimana pesawat tersebut diusahakan tetap terbang pada suatu kecepatan dann ketinggian tertentu. |
| Pesawat ketika mempertahankan steady flight. |
2.6. Decent
Tahapan dimana pesawat terbang bergerak semakin rendah untuk mendekati landasan.2.7. Touch Down
Tahapan saat pesawat berusaha menyentuh landasan dalam sudut yang relatif kecil.2.8. Landing
Bagian terakhir dari suatu penerbangan, di mana suatu penerbangan pesawat terbang kembali ke landasan. |
| Saat berusaha Landing |
3. Kedudukan Equilibrium
Kedudukan Equilibrum disebut juga kedudukan keseimbangan. Untuk mempertahankan agar pesawat dapat tetap terbang lurus dan mendatar, dan dalam keadaan seimbang maka;
D (drag)
L (lift)
W (weight)
Pada gambar di bawah ditunjukkan hubungan yang salah dan yang benar. Dalam pengambaran umum sering digambarkan seolah-olah keempat gaya haruslah sama. Padahal yang diharuskan adalah thrust = drag dan lift = wight, bukan thrust = drag = lift = weight.
 |
| Ilustrasi hubungan yang kurang tepat. |
 |
| Ilustrasi hubungan yang tepat. |
4. Tail Plan
Pada jarak tertentu di belakang sayap diletakkan tail wing untuk menghasilkan lift ke atas atau ke bawah yang berguna untuk mengimbangi momen yang disebabkan oleh keempat gaya utama.Bila keempat gaya utama keseimbangannya telah baik dengan sendirinya, tugas tail plane semata-mata hanya merupakan penghasil gaya yang stand by saja. Oleh karena itu, pemasangannya dibuat sedemikian rupa, sehingga tidak menghasilkan suatu gaya pada keadaan normal. Oleh karena itu biasanya bentuk airfoil untuk horizontal stabilizer dibuat yang simetris.
 |
| Tail Plane |
5. Efek dari Down Wash
Aliran udara yang melalui sayap utama terbagi dua, yaitu yang melalui atas dan melalui bawah sayap. Karena bentuk sayap bagian atas lebih cembung, maka aliran udara mula-mula serong ke atas kemudian membelok serong ke bawah. Aliran udara yang serong ke bawah ini disebut down wash. |
| Down Wash, yaitu alirah udara yang turun pada bagian atas sayap. |
Pada umumnya letak mesin pesawat amfibi diletakkan jauh di atas fuselage (badan pesawat) untuk menghindari permukaan air. Oleh karena itu, letak titik tangkap thrust jauh di atas titik tangkap drag. Hal ini menimbulkan momen negatif, yaitu pesawat akan cenderung beresiko berputar ke arah yang berlawanan dengan putaran jarum jam. Maka untuk mengimbanginya, tail plane dibuat airfoil terbalik (permukaan bawah lebih cembung dari atas) agar menimbulkan extra negative lift yang arahnya ke bawah dan hal ini juga untuk mengimbangi akibat dari down wash.
 |
| Contoh pesawat amfibi. |
RANGKUMAN
1. Lancar dan bagusnya suatu penerbangan bergantung kepada kemampuan manusia yang ada untuk merencanakan dan berkoordinasi dengan tenaga (power) dan kendali pesawat yang ada untuk mengubah gaya dari 4 gaya yang paling dasar, yaitu gaya dorong (thrust), gaya tahan atau hambat (drag), gaya angkat (lift), dan gaya berat (weight).
2. Gaya Dorong atau yang dikenal dengan istilah thrust adalah gaya dorong yang diciptakan oleh kerja mesin yang mendorong udara kebelakang agar pesawat dapat melaju ke depan.
3. Thrust tercipta oleh kinerja mesin pesawat yang menciptakan propulsi dan mendorong pesawat.
4. Gaya Tahan atau Hambat atau yang dikenal dengan istilah drag adalah gaya yang menarik kebelakang, menarik mundur, dan menjadi hambatan terhadap lajunya pesawat yang disebabkan oleh aliran udara oleh sayap, fuselage, dan objek objek lain.
5. Drag terdiri dari dua jenis, yaitu parasite drag dan induced drag.
6. Gaya Angkat atau yang dikenal dengan istilah Lift adalah gaya angkat yang terjadi pada pesawat.
7. Lift dihasilkan oleh efek dinamis dari udara yang bereaksi di sayap pesawat.
8. Gaya Berat atau yang dikenal dengan weight adalah gaya yang merupakan kombinasi berat dari muatan pesawat itu sendiri, awak pesawat, bahan bakar, dan kargo atau bagasi.
9. Weight menarik pesawat ke arah bawah yang karena faktor gravitasi.
10. Tahapan-tahapan yang dialami selama penerbangan:
a) Take Off
b) Airborne
c) Accent/Climb
d) Crusing/Steady
e) Flight
f) Decent
g) Touch Down
h) Landing
11. Takeoff adalah tahap penerbangan di mana suatu pesawat terbang pada suatu transisi dari berjalan di landasan taksi untuk terbang di udara, pada umumnya diatas suatu landasan pacu.
12. Airborne adalah tahapan dimana landing gear meninggalkan landasan sampai betul-betul seluruh landing gear berada di udara.
13. Accent/Climb adalah tahapan dimana pesawat bergerak makin tinggi untuk mencapai suatu ketinggian tertentu.
14. Crusing/Steady Flight adalah tahapan penerbangan dimana pesawat tersebut diusahakan tetap terbang pada suatu kecepatan dan ketinggian tertentu.
15. Decent adalah tahapan dimana pesawat terbang bergerak semakin rendah untuk mendekati landasan.
16. Touch Down adalah tahapan saat pesawat berusaha menyentuh landasan dalam sudut yang relatif kecil.
17. Landing adalah bagian terakhir dari suatu penerbangan, di mana suatu penerbangan pesawat terbang kembali ke landasan.
18. Kedudukan Equilibrum disebut juga kedudukan keseimbangan.
19. Untuk mempertahankan pesawat dalam keadaan lurus dan mendatar, dan dalam keadaan yang seimbang, maka:
a. Drag = Thrust
b. Weight = Lift
20. Tail Plane adalah ekor pesawat. Yaitu bagian sayap pada ekor dari sebuah pesawat udara.
21. Tail Plane berfungsi untuk menghasilkan lift ke atas atau ke bawah yang berguna untuk mengimbangi momen yang disebabkan oleh keempat gaya utama.
22. Down Wash adalah aliran udara yang serong kebawah (turun) setelah melewati airfoil cembung bagian atas.
Komentar
Posting Komentar