AERODINAMIKA PESAWAT TERBANG

Aerodinamika Pesawat Terbang Pada prinsipnya, pada saat pesawat mengudara, terdapat 4 gaya utama yang bekerja pada pesawat, yakni gaya dorong (thrust T), hambat (drag D), angkat (liftL), dan berat pesawat (weight W). Pada saat pesawat sedang menjelajah (cruise) pada kecepatan dan ketinggian konstan, ke-4 gaya tersebut berada dalam kesetimbangan: T = D dan L = W. Sedangkan pada saat pesawat take off dan landing, 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 take off. Gagal take off bisa disebabkan karena kurangnya daya mesin (karena berbagai hal: kerusakan mekanik, human error, gangguan eksternal, dsb), ataupun gangguan sistem pada pesawat. Dibalik Terbangnya Sebuah Pesawat Sebagian besar pesawat komersial saat ini menggunakan mesin turbofan. Turbofan berasal dari dua kata, yakni turbin dan fan. Komponan fan merupakan pembeda antara mesin ini dengan turbojet. Pada mesin turbojet, udara luar dikompresi oleh kompresor hingga mencapai tekanan tinggi. Selanjutnya udara bertekanan tinggi tersebut masuk ke dalam ruang bakar untuk dicampurkan dengan bahan bakar (avtur). Pembakaran udara bahan bakar tersebut akan meningkatkan temperatur dan tekanan fluida kerja. Fluida bertekanan tinggi ini selanjutnya dilewatkan melalui turbin dan keluar pada nosel dengan kecepatan sangat tinggi. Perbedaan kecepatan udara masuk dan fluida keluar dari mesin mencitpakan gaya dorong T (Hukum III Newton: Aksi dan Reaksi). Gaya dorong T ini dimanfaatkan untuk bergerak dalam arah horizontal dan sebagian diubah oleh sayap pesawat menjadi gaya angkat L. Fan pada mesin turbofan berfungsi memberikan tambahan laju udara yang memasuki mesin melalui bypass air. Udara segar ini akan bertemu dengan campuran udara bahan bakar yang telah terbakar di ujung luar mesin. Salah satu keuntungan penggunaan turbofan adalah dia mampu meredam kebisingan suara pada turbojet. Namun karena turbofan memiliki susunan komponen yang relatif kompleks, maka mesin jenis ini sangat rentan terhadap gangguan FOD (Foreign Object Damage) dan pembentukan es di dalam mesin. Masuknya FOD (seperti burung) ke dalam mesin bisa menyebabkan kejadian fatal pada pesawat. Sayap: Mengubah T menjadi L Hingga saat ini, setidaknya ada 3 penjelasan yang diterima untuk fenomena munculnya gaya angkat pada sayap: prinsip Bernoulli, Hukum III Newton, dan efek Coanda. Sayap pesawat memiliki kontur potongan melintang yang unik: airfoil. Pada airfoil, permukaan atas sedikit melengkung membentuk kurva cembung, sedangkan permukaan bawah relatif datar. Bila sekelompok udaramengenai kontur airfoil ini, maka ada kemungkinan bahwa udara bagian atas akan memiliki kecepatan lebih tinggi dari bagian bawah: hal ini disebabkan karena udara bagian atas harus melewati jarak yang lebih panjang (permukaan atas airfoil adalah cembung) dibandingkan udara bagian bawah. Prinsip Bernoulli menyatakan bahwa semakin tinggi kecepatan fluida (untuk ketinggian yang relatif sama), maka tekanannya akan mengecil. Dengan demikian akan terjadi perbedaan tekanan antara udara bagian bawah dan atas sayap: hal inilah yang mencipakan gaya angkat L. Penjelasan dengan prinsip Bernoulli ini masih menuai pro kontra; namun penjelasan ini pulalah yang digunakan Boeing untuk menjelaskan prinsip gaya angkat. Penjelasan menggunakan Hukum III Newton menekankan pada prinsip perubahan momentum manakala udara dibelokkan oleh bagian bawah sayap pesawat. Dari prinsip aksi reaksi, muncul gaya pada bagian bawah sayap yang besarnya sama dengan gaya yang diberikan sayap untuk membelokkan udara. Sedangkan penjelasan menggunakan efek Coanda menekankan pada beloknya kontur udara yang mengalir di bagian atas sayap. Bagian atas sayap pesawat yang cembung memaksa udara untuk mengikuti kontur tersebut. Pembelokan kontur udara tersebut dimungkinkan karena adanya daerah tekanan rendah pada bagian atas sayap pesawat (atau dengan penjelasan lain: pembelokan kontur udara tersebut menciptakan daerah tekanan rendah). Perbedaan tekanan tersebut menciptakan perbedaan gaya yang menimbulkan gaya angkat L. Meski belum ada konsensus resmi mengenai mekanisme yang paling akurat untuk menjelaskan munculnya fenomena gaya angkat, yang jelas sayap pesawat berhasil mengubah sebagian gaya dorong T mesin menjadi gaya angkat L. Kontrol Gerak Pesawat Pesawat terbang memiliki kemampuan bergerak dalam tiga sumbu, yakni pitch, roll, dan yaw. Gerak naik turunnya hidung pesawat dikontrol oleh elevator, gerak naik turunnya sayap pesawat dikontrol oleh aileron, sedangkan gerak berbelok dalam bidang horizontal dikontrol oleh rudder yang berada di sirip (fin) pesawat. Selain itu, di bagian belakang sayap juga terdapat flap yang berfungsi membantu meningkatkan gaya angkat pada saat take off maupun mengurangi gaya angkat pada saat landing (air brake). Pada saat menjelajah (cruise) flap ini akan masuk ke dalam sayap untuk mengurangi gaya hambat D pesawat. Kecelakaan pesawat pada saat take off Sebagian besar kecelakaan pesawat pada saat take off terjadi karena kegagalan fungsi mesin yang muncul karena berbagai sebab. Kegagalan fungsi mesin tersebut bisa disebabkan karena kerusakan pada komponen mesin itu sendiri, kerusakan pada daerah di dekat mesin yang berimbas pada mesin, kebocoran dan terbakarnya tanki bahan bakar, ataupun kerusakan sistem kontrol pesawat, ataupun human error. Di bawah ini akan diberikan gambaran kasus kecelakaan pesawat pada saat take off. Roket Roket merupakan wahana dirgantara yang dapat digunakan pada berbagai misi yang dikehendaki, di antaranya adalah untuk kepentingan ilmiah dan pertahanan wilayah. Roket terdiri dari berbagai sistem yang menyertainya antara lain nose cone, sistem muatan, sirip dan motor roket. Geometri roket atmosfer secara umum dibagi dalam 4 bagian : Hidung (Nose), Bagian paling depan yang biasanya diisi hulu ledak muatan ilmiah atau peralatan indera/kendali Tabung silindris (cylinder), Badan utama roket yang biasanya diisi bahan bakar dan peralatan bakarnya Ekor (tail), Bagian paling belakang berisi saluran sumber pembakaran (nozzle) mekanisme pengendalian Sirip (fin/stabilizer), Alat kendali aerodinamik, yang berfungsi sebagai pemberi kemudi maupun kestabilan Bentuk Nose Cone Roket Ogival Tangent Ogive HAACK Series Von Carman Ogive Secant Ogive Parabolik Kerucut Conic Biconic Eliptical Ada tiga jenis bentuk ekor roket Kerucut konvergen Kerucut divergen (flares) Parabolik konvergen Mobil Aerodinamika berkaitan dengan motorsport. Meski aerodinamika di mobil reli tidak terlalu signifikan, pemasangan perangkat seperti ini tidak sembarangan. Semua ada hitungan dan fungsinya. Apalagi hal ini juga diatur oleh Badan Otomotif Internasional FIA lewat peraturannya yang ketat. Mamang diakui aerodinamika di mobil reli tidak sepenting seperti di mobil-mobil balap Grand Prix. Apalagi bentuk mobil reli yang sekarang mengikuti bentuk mobil aslinya yang diproduksi secara masal. Tidak seperti mobil F1 atau yang lainnya. Tapi bukan berarti mobil reli mangabaikan masalah aerodinamika. Body shell dan aerodinamika mobil-mobil WRC (WRCar) yang digunakan saat ini sangat berbeda dengan WRCar era 1908-an dan 1990-an. Hal itu disebabkan peraturan FIA yang mengatur segi bobot kendaraan dan dimensi spoiler yang boleh dipakai telah berubah. Selain juga disebabkan pemahaman orang akan fungsi aerodinamika pada WRCar telah meningkat seiring kemajuan teknologi. Artinya, semakin kencang laju mobil, maka mobil membutuhkan dukungan aerodinamika yang baik dan tepat. Dari keseluruhan aerodinamika WRCar buat bagian depan dan belakang, yang paling diperhatikan adalah bagian depan. Bagian depan adalah bagian mobil yang lebih dulu membelah angina ketika mobil melaju dalam kecepatan tinggi. Makanya untuk menciptakan keseimbangan di bagian depan, para mekanik WRCar paling concern pada bagian bumper. Tingkat aerodinamika pada bagian WRCar sangat vital. Pasalnya, FIA menerapkan regulasi untuk sistem pendingin mesin. Kalau mengikut aturan FIA, sistem pendinginan belum mampu bekerja secara maksimal untuk mendinginkan mesin. Makanya mobil harus mangandalkan udara sebagai alat pembantu pendinginan. Caranya dengan memodifikasi bentuk bumper semaksimal mungkin. Bentuk bumper yang baik dengan tingkat aerodinamika yang tepat bisa membantu mendinginkan radiator dan intercooler. Selain itu membantu memotong (bypass) angina yang melewati ruang mesin. Volume udara dan kecepatan udara yang masuk dari depan dapat berfungsi mendinginkan intercooler. Wakhasil, intercooler yang dipasang bias berukuran lebih besar. Ada lagi perangkat yang terdapat di dekat bumper, yaitu air conduct, yang letaknya di bagian bawah bumper. Perangkat ini membantu mendinginkan system rem sehingga suhunya tetap terjaga. Meski rem berkali-kali digunakan dalam keadaan kecepatan tinggi, sistemnya dapat bekerja dengan baik. Untuk mendapatkan area pendinginan yang lebih luas untuk mesin, fog lamp yang dipasang di bumper harus berukuran kecil. Bentuk rumah fog lamp pun hemispherical jarena terbukti membantu tingkat aerodinamika mabil. Bumper yang digunakan pada WRCar lebar-lebar. Fungsinya untuk menyesuaikan lebar kendaraan sehingga hambatan udara yang ditimbulkan oleh bagian depan dapat diminimalisasi. Biasanya untuk mengetahui baik tidaknya cara kerja bumper, mobil harus melalui pangujian di wind tunnel (terowongan angina) sehingga diketahui kecepatan aerodinamika yang dibutuhkan. Bahan dasar pembuatan bumper terbuat dari flexible soft carbon. Bahkan ini anti pecah dan tidak gampang mengalami perubahan bentuk jika mobil bertabrakan. Dulu sebelum bahan ini digunakan, bumper WRCar terbuat dari karet. Setelah bagian depan, modifikasi batu dilakukan untuk bagian belakang. Biasanya modifikasi belakang dilakukan untuk menyeimbangkan aerodinamika didepan. Umumnya yang paling diperhatikan di bagian belakang adalah rear deck spoiler. Bentuk bagian ini selalu berubah-ubah sesuai regulasi FIA. Regulasi yang berlaku saat ini mengharuskan pamakaian rear deck spoiler yang lebih kecil. Agar bias menyesuaikan dengan regulasi baru tersebut, sejumlah mobil WRC mengandalkan jumlah wing. Dari hasil penambahan itu, down force bagian belakang mobil semakin mencengkram. Tapi ada juga yang menambhakan vertical rectifying plate (plat vertical pada wing belakang). Ini bertujuan untuk meningkatkan stabilitas kendaraan pada kecepatan menengah di tikungan saat kendaraan melakukan sliding. Dengan alat ini, mobil tidak akan out saat menmikung dengan kecepat tinggi Asumsi kontinuitas Hukum-hukum kekekalan Aerodinamika taktermampatkan Aliran subsonik Aerodinamika termampatkan Aliran transonik Aliran supersonik Aliran hipersonik Terminologi yang berkaitan Rezim aliran mampat dan mampat menghasilkan banyak fenomena terkait, seperti lapisan batas dan turbulensi. Lapisan Batas Konsep lapisan batas adalah penting dalam banyak masalah aerodinamis. Viskositas dan gesekan cairan di udara didekati sebagai signifikan hanya dalam lapisan tipis ini. Prinsip ini membuat aerodinamika yang jauh lebih penurut matematis. Turbulensi Dalam aerodinamika, turbulensi ditandai dengan kacau, perubahan properti stokastik dalam aliran. Ini termasuk difusi rendah momentum, konveksi momentum tinggi, dan variasi cepat tekanan dan kecepatan dalam ruang dan waktu. Arus yang tidak turbulen disebut aliran laminar. Aerodinamika dalam lapangan lain Aerodinamika adalah penting dalam sejumlah aplikasi lain selain teknik kedirgantaraan. Ini adalah faktor yang signifikan dalam setiap jenis desain kendaraan, termasuk mobil. Hal ini penting dalam prediksi kekuatan dan momen dalam berlayar. Hal ini digunakan dalam desain komponen mekanik seperti hard drive kepala. Insinyur struktur juga menggunakan aerodinamis, dan khususnya aeroelasticity, untuk menghitung beban angin dalam desain bangunan besar dan jembatan. Perkotaan aerodinamis berusaha untuk membantu perencana kota dan desainer meningkatkan kenyamanan dalam ruang outdoor, menciptakan iklim mikro perkotaan dan mengurangi efek dari polusi perkotaan. Bidang aerodinamis lingkungan mempelajari cara sirkulasi atmosfer dan mekanik pesawat mempengaruhi ekosistem. Aerodinamis dari bagian-bagian internal penting dalam pemanasan / ventilasi, pipa gas, dan mesin otomotif di mana pola aliran rinci sangat mempengaruhi kinerja mesin. Orang yang melakukan turbin angin menggunakan desain aerodinamis. Beberapa persamaan aerodinamis yang digunakan sebagai bagian dari prediksi cuaca numerik.