PRINSIP KERJA PESAWAT TERBANG

PRINSIP KERJA PESAWAT TERBANG

Gambar 1. Pesawat  terbang tampak samping

Dalam kajian gaya angkat pada sayap pesawat terbang, setidaknya ada tiga prinsip fisika yang mendasari bekerjanya untuk gaya angkat pada sayap pesawat terbang yaitu prinsip Bernoulli, Hukum III Newton, dan efek  Coanda. Berikut ini dijelaskan tentang ketiga prinsip fisika ketika gaya angkat pada sayap pesawat terbang  sedang bekerja.

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  menciptakan  gaya  angkat  L (lift).

Sayap pesawat memiliki kontur potongan melintang yang  unik yaitu airfoil.  Pada  airfoil,  permukaan  atas  sedikit  melengkung  membentuk  kurva cembung,  sedangkan  permukaan  bawah  relatif  datar.  Bila  sekelompok  udara mengenai  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. Penjelasan  dengan  prinsip Bernoulli  ini  masih  menuai  pro-kontra, namun  penjelasan  ini  pulalah  yang digunakan Boeing untuk menjelaskan prinsip gaya angkat.

Gambar 2. Penampang dan diagram aliran angin di sekeliling sayap pesawat 

Selain itu jika kita lihat penampang melintang sayap pesawat, akan kita dapati bidang sayap pesawat tidaklah sejajar dengan tubuh pesawat, tetapi agak miring di bagian depan (yang disebut sebagai angle of attack) dengan sudut sekitar 4 derajat untuk pesawat-pesawat kecil. Dengan bentuk seperti ini, udara yang dilintasi pesawat akan sedikit ‘tertahan’ di bagian bawah sayap, yang akhirnya mendorong sayap ke atas. Efek serupa dapat kita jumpai jika kita merentangkan tangan keluar kaca jendela mobil yang melaju, dan menaikkan sisi yang menghadap arah angin sedikit. Akan ada dorongan yang cukup kuat ke atas. Prinsip-prinsip inilah, dengan sedikit kontribusi prinsip Bernoulli, yang menjadi faktor utama di balik terbangnya sebuah pesawat.

 

Gambar 3.   angle of attack dari pesawat

Penjelasan  tentang  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. Disinilah kuncinya : “Bentuk sayap yang sedemikian rupa membuat udara yang mengalir di atas ‘diarahkan’ sehingga secara umum lebih banyak udara yang dihembuskan ke arah bawah”. Dari fakta ini, sesuai hukum III Newton, dengan adanya udara yang dihembuskan ke bawah oleh sayap, udara di bawah pesawat akan ‘balas mendorong’ pesawat.

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 (lift). 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 (thrust) mesin menjadi gaya angkat L (lift).

• Gaya-gaya yang bekerja

Gaya-gaya aerodinamika ini meliputi gaya angkat (lift), gaya dorong (thrust), gaya berat (weight), dan gaya hambat udara (drag). Gaya-gaya inilah yang mempengaruhi profil terbang semua benda-benda di udara, mulai dari burung-burung yang bisa terbang mulus secara alami sampai pesawat terbang yang paling besar sekalipun.Berikut ini hal-hal yang mendefinisikan gaya-gaya tersebut dalam sebuah penerbangan yang lurus dan datar, tidak berakselerasi (stright and level, unaccelerated) adalah:

1. 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.
2. Drag, adalah gaya ke belakang, menarik mundur, dan disebabkan oleh gangguan aliran udara oleh sayap, fuselage, dan objek-objek lain. Drag kebalikan dari thrust, dan beraksi kebelakang paralel dengan arah angin relatif (relative wind).
3. 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 center of gravity dari pesawat.
4. 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.

                                                                Gambar 4. Force of Fligth

• Proses terjadinya gaya angkat pesawat terbang bergantung pada hal-hal berikut ini:

1. Sudut pertemuan antara sayap dan udara (sudut) : lift (gaya angkat) akan makin besar, bila sudut pertemuan antara sayap dan udara makin besar (sampai suatu batas tertentu).
2. Massa jenis udara: makin besar mssa jenis udara makin besar pula lift-nya.
3. Kecepatan pesawat relatif terhadap udara: makin cepat gerak pesawat makin besar pula lift-nya.
4. Desain airfoil (airfoil adalah sesuatu permukaan yang bila bergerak relatif terhadap udara memberikan suatu aksi dinamika yang berguna).

Gambar 5. Gaya Angkat Pesawat Terbang

• Gerak pesawat terbang terdiri atas 3 sumbu gerakan.

1. Sumbu Vertikal yaitu: gerakan berotasi terhadap sumbu-y yang digunakan untuk membelok ke kiri atau ke kanan. Gerakan membelok ini diatur oleh Rudder (1). Gerakan ini disebut yaw (bergoyang)
2. Sumbu Longitudinal yaitu : gerakan berotasi terhadap sumbu-x, yaitu mengguling (rolling) ke samping. Gerakan ini diatur oleh aileron (5 dan 6) dengan cara menurunkan satu aileron dan menaikkan aileron yang lain. Ini dilakukan dengan cara menarik handle a ke samping. Gerakan mengguling kesamping ini digunakan pada saat membelok untuk menjaga efek tekanan samping.
3. Sumbu lateral atau sumbu transversal: gerakan rotasi terhadap sumbu-z, yaitu gerakan hidung pesawat naik turun. Bila handle a ditarik, kedua elevator naik keatas, sehingga ekor pesawat tertekan ke bawah. Dan hidung pesawat naik. Gerakan ini disebut pitch.