Post on 30-Nov-2015
description
Konsep Desain Aircraft adalah step-step dimana aircfraft dirancang. Hal
ini bergantung pada banyak factor, seperti Customer, permintaan produsen, dan
protocol keamanan. Namun beberapa jenis Aircraft konsep desainnya diatur oleh
Otoritas kelayakan nasional. Desain Aircraft adalah hasil dari diskusi karena
banyaknya faktor persaingan dan kendala-kendala serta akses untuk desain yang
ada dan persyaratan pasar untuk memproduksi Aircraft terbaik.
Gambar. 1. AST model dalam Wind Tunnel
1. Masalah desain
1.1. Tujuan
Proses desain dimulai dengan tujuan yang telah ditetapkan.
Pesawat komersial dirancang untuk membawa penumpang atau muatan
kargo, dengan panjang dan efisiensi bahan bakar yang lebih besar
sedangkan jet tempur yang dirancang untuk melakukan manuver
kecepatan tinggi dan memberikan bantuan untuk pasukan darat. Beberapa
pesawat memiliki misi tertentu, misalnya, pesawat amfibi memiliki desain
yang unik yang memungkinkan untuk beroperasi di tanah dan air, seperti
Harrier Jump Jet, memiliki kemampuan VTOL (Vertical Take-off dan
Landing), helikopter memiliki kemampuan untuk membawa daerah lebih
luas untuk jangka waktu tertentu. Tujuannya mungkin agar sesuai dengan
kebutuhan spesifik, misalnya seperti dalam kasus bersejarah British Air
Ministry specification.
1.2. Regulasi Aircraf
Faktor penting lain yang mempengaruhi desain Aircraft ini adalah
peraturan yang diajukan oleh otoritas kelayakan penerbangan nasional.
Bandara juga dapat menerapkan pembatasan pada pesawat, misalnya,
lebar sayap maksimum yang diperbolehkan untuk pesawat konvensional
adalah 80 m untuk mencegah tabrakan antar pesawat ketika taxiing.
1.3. Faktor finansial dan pasar
Keterbatasan anggaran, kebutuhan pasar dan persainganan dalam
proses desain yang terdiri dari pengaruh non-teknis pada desain pesawat
bersama dengan faktor lingkungan. Persaingan menyebabkan perusahaan
berjuang untuk efisiensi yang lebih baik dalam desain tanpa mengurangi
kinerja pesawat dan menggabungkan teknik baru dan teknologi
1.4. Faktor lingkungan
Peningkatan jumlah pesawat juga berarti emisi karbon yang lebih
besar. Ilmuwan lingkungan telah menyuarakan keprihatinan atas
pencemaran oleh pesawat, terutama kebisingan dan emisi. Mesin pesawat
secara historis menyebabkan polusi suara dan perluasan saluran udara di
atas kota-kota yang sudah padat dan kota yang telah tercemar
menyuarakan kritik keras, sehingga diperlukan untuk membuat kebijakan
lingkungan untuk kebisingan oleh pesawat. Kebisingan juga timbul dari
badan pesawat, di mana arah aliran udara dipindahkan. Munculnya
peraturan tentang kebisingan yang ditimbulkan oleh pesawat memaksa
desainer pesawat untuk menciptakan mesih yang lebih ramah lingkungan.
Emisi dari pesawat termasuk partikel, karbon dioksida (CO2), Sulfur
dioksida (SO2), Karbon monoksida (CO), berbagai oksida nitrat dan
hidrokarbon yang tidak terbakar. Untuk memerangi polusi, ICAO
menetapkan rekomendasi pada tahun 1981 untuk mengendalikan emisi
pesawat. Baru-baru ini, bahan bakar ramah lingkungan telah
dikembangkan dan penggunaan bahan daur ulang di bidang manufaktur
telah membantu mengurangi dampak terhadap ekologi karena pesawat.
Pembatasan lingkungan juga mempengaruhi kompatibilitas lapangan
terbang. Bandara di seluruh dunia telah dibangun sesuai dengan topografi
wilayah tertentu. Pembatasan ruang, desain aspal, daerah keselamatan
ujung landasan dan lokasi yang unik dari bandara juga mempengaruhi
desain pesawat. Namun perubahan desain pesawat juga mempengaruhi
desain lapangan terbang juga, misalnya, pengenalan baru-baru pesawat
besar baru (NLAs) misalnya superjumbo Airbus A380, telah
menyebabkan bandara di seluruh dunia mendesain ulang fasilitas mereka
untuk mengakomodasi ukuran besar dan persyaratan layanan lainnya.
1.5. Keamanan
Kecepatan tinggi, tangki bahan bakar, kondisi atmosfer pada
ketinggian jelajah, bencana alam (badai, hujan es dan serangan burung)
dan human error adalah sebagian dari banyak bahaya yang mengancam
perjalanan udara. Kelaikan adalah standar menentukan pesawat yang
mana yang cocok untuk terbang. Tanggung jawab terletak pada National
Aviation Regulatory Bodies, produsen, serta pemilik dan operator.
The International Civil Aviation Organization menetapkan standar
internasional dan praktek yang direkomendasikan untuk badan otoritas
nasional sebagai dasar peraturan mereka. Badan otoritas nasional
menetapkan standar untuk kelayakan penerbangan, sertifikat untuk
produsen dan operator serta standar pelatihan personil.Setiap Negara
memiliki badan otoritas sendiri seperti Federal Aviation Authority di
Amerika Serikat.
Sebagian besar kritik terhadap rancangan saat ini disuarakan di atas
crashworthiness. Bahkan dengan perhatian terbesar terhadap kelayakan,
kecelakaan masih terjadi. Crashworthiness adalah evaluasi kualitatif
bagaimana pesawat selamat dari kecelakaan. Tujuan utamanya adalah
untuk melindungi penumpangnya atau barang berharga dari kerusakan
yang disebabkan oleh kecelakaan. Dalam kasus pesawat yang bagian
badan pesawatnyamengalami stres bertekanan menyediakan fitur ini,
tetapi impact kepala atau ekor, momen lentur yang besar menyebabkan
badan pesawat mengalami fracture di shell, sehingga bada pesawat
terpecah menjadi bagian-bagian yang lebih kecil. Jadi pesawat
penumpang dirancang sedemikian rupa sehingga pengaturan tempat
duduk jauh dari daerah yang mungkin sebagai awal kecelakaan, seperti di
dekat baling-baling, engine nacelle undercarriage dll. Interior kabin juga
dilengkapi dengan fitur keselamatan seperti masker oksigen yang drop-
down ketika pesawan kehilangan tekanan dalam kabin, kompartemen
bagasi dapat dikunci, sabuk pengaman, lifejackets, pintu darurat dan
lantai dengan strip bercahaya. Pesawat kadang-kadang dirancang dengan
pendaratan darurat pada air, misalnya Airbus A330 memiliki saklar yang
menutup katup dan celah di bawah pesawat memperlambat masuknya air.
2. Optimasi Desain
Perancang pesawat biasanya membuat desain kasar awal dengan
pertimbangan semua kendala pada desain mereka. Tim desain historis
dibentuk kelompok kecil, biasanya dipimpin oleh seorang Kepala
Designer yang tahu semua persyaratan desain dan tujuan dan
dikoordinasikan sesuai tim. Seperti waktu berjalan, kompleksitas pesawat
militer dan maskapai juga yang berkembang. Desain proyek maskapai
militer yang modern dari skala besar seperti itu, semua aspek desain
ditangani oleh tim yang berbeda dan kemudian dibawa bersama-sama.
Dalam penerbangan umum sejumlah besar pesawat ringan yang
dirancang dan dibangun oleh penggemar amatir.
3. CAD Aircraft
Pada tahun-tahun awal desain pesawat, desainer umumnya
menggunakan teori analisis untuk melakukan berbagai perhitungan teknik
yang masuk ke dalam proses desain bersama dengan banyak eksperimen.
Perhitungan ini adalah padat karya dan memakan waktu. Pada tahun
1940, beberapa insinyur mulai mencari cara untuk mengotomatisasi dan
menyederhanakan proses perhitungan dan banyak relasi dan formula
semi-empiris dikembangkan. Bahkan setelah penyederhanaan,
perhitungan terus menjadi luas. Dengan penemuan komputer, insinyur
menyadari bahwa mayoritas perhitungan bisa otomatis, tetapi kurangnya
visualisasi rancangan dan sejumlah besar eksperimen bidang desain
pesawat yang stagnan. Dengan munculnya bahasa pemrograman, insinyur
sekarang bisa menulis program yang dirancang untuk rancangan pesawat
terbang. Awalnya ini dilakukan dengan komputer mainframe dan
digunakan bahasa pemrograman tingkat tinggi yang diperlukan pengguna
yang fasih dalam bahasa dan mengetahui pemrograman komputer.
Dengan diperkenalkannya komputer pribadi, program desain mulai
menggunakan pendekatan yang lebih user-friendly.
Gambar 2. Desain pesawat menggunakan program
4. Aspek desain
Aspek utama dari desain pesawat adalah:
1. Aerodynamics
2. Propulsion
3. Controls
4. Mass
5. Structure
Semua desain pesawat melibatkan faktor-faktor di atas untuk mencapai
sebuah misi rancangan.
4.1. Desain sayap
Sayap dari pesawat berfungsi sebagai alat pengangkat yang
diperlukan untuk lepas landas dan jelajah sayap. Sayap geometri
mempengaruhi setiap aspek penerbangan pesawat terbang. Daerah sayap
biasanya akan ditentukan oleh persyaratan kinerja pesawat (misalnya
panjang lapangan) tapi bentuk planform, dan geometri lainnya dapat
dipengaruhi oleh faktor-faktor tata letak sayap. Sayap dapat dipasang
pada badan pesawat di posisi tinggi, rendah dan menengah. Desain sayap
tergantung pada banyak parameter seperti pemilihan aspek rasio, rasio
lancip, sudut sweepback, rasio ketebalan, profil bagian, washout dan
dihedral. Bentuk penampang sayap adalah airfoil. Konstruksi sayap
dimulai dengan rangka yang menentukan bentuk airfoil. Rangka dapat
terbuat dari kayu, logam, plastic atau bahkan komposit.
4.2. Badan Pesawat
Badan pesawat adalah bagian dari pesawat yang berisi kokpit,
kabin penumpang atau kargo.
4.3. Propulsi
Propulsi pesawat dapat dicapai dengan mesin yang dirancang
khusus pesawat, sepeda motor atau mesin mobil salju, mesin listrik atau
bahkan kekuatan otot manusia. Parameter utama dari desain mesin adalah:
1. Tenaga maksimum mesin pendorong yang tersedia
2. Konsumsi bahan bakar
3. Massa mesin
4. Geometri mesin
Daya dorong yang disediakan oleh mesin harus menyeimbangkan
kecepatan jelajah dan percepatan yang lebih besar. Persyaratan mesin
bervariasi sesuai dengan jenis pesawat. Misalnya, pesawat komersial
menghabiskan lebih banyak waktu di kecepatan jelajah dan perlu efisiensi
mesin lebih. Jet tempur kinerja tinggi membutuhkan akselerasi sangat
tinggi dan karena itu memiliki persyaratan daya dorong sangat tinggi.
Gambar 3. Mesin pesawat
4.4. Berat
Berat pesawat adalah faktor umum yang menghubungkan semua
aspek desain pesawat seperti aerodinamika, struktur, dan propulsi secara
bersamaan. Berat sebuah pesawat berasal dari berbagai faktor seperti
berat kosong, payload, muatan yang digunakan, dll. Berbagai berat
digunakan untuk menghitung pusat massa dari seluruh pesawat. Pusat
massa harus sesuai dalam batas yang ditentukan, dan ditetapkan oleh
produsen.
4.5. Struktur
Struktur pesawat tidak hanya berfokus pada kekuatan, kekakuan,
ketahanan (fatigue), ketangguhan, stabilitas, tetapi juga pada fail-safe,
ketahanan korosi, pemeliharaan dan kemudahan manufaktur. Struktur
harus mampu menahan tekanan yang disebabkan oleh kabin bertekanan,
jika dilengkapi, turbulensi dan mesin atau getaran rotor.
5. Proses desain dan simulasi
5.1. Desain Conceptual
Langkah pertama perancangan sketsa melibatkan berbagai
konfigurasi pesawat yang harus memenuhi spesifikasi desain yang
diminta. Dengan menggambar satu set konfigurasi, perancang berusaha
untuk mencapai konfigurasi desain yang memuaskan memenuhi semua
persyaratan serta berjalan seiring dengan faktor-faktor seperti
aerodinamika, propulsi, kinerja penerbangan, sistem struktur dan kontrol.
Ini disebut optimasi desain . Aspek fundamental seperti bentuk pesawat,
konfigurasi sayap dan letak, ukuran mesin dan jenis semua ditentukan
pada tahap ini. Kendala-kendala desain seperti yang disebutkan di atas
semua diperhitungkan pada tahap ini juga. Produk akhir adalah tata letak
konseptual konfigurasi pesawat di atas kertas atau layar komputer,
ditinjau oleh para insinyur dan desainer lainnya.
Gambar 4. Desain Konseptual Breguet 673
5.2. Tahap desain awal
Rancangan desain sampai dalam tahap desain konseptual ini
kemudian diperbaiki dan dimaksimalkan untuk masuk ke dalam
parameter desain. Pada tahap ini, pengujian terowongan angin (wind
tunnel testing) dan perhitungan komputasi fluida dinamis dari medan
aliran di sekitar pesawat terbang tersebut dilakukan. Analisis struktural
dan kontrol utama juga dilakukan dalam fase ini. Jika ada kekurangan
aerodinamis dan ketidakstabilan structural harus diperbaiki dan desain
akhir diselesaikan. Kemudian setelah finalisasi desain, kunci keputusan
ada pada produsen atau individu yang merancang apakah untuk benar-
benar akan dilakukan proses produksi pesawat. Pada tahap ini beberapa
desain, meskipun sangat mampu terbang dan kinerja yang bagus,
mungkin harus disisihkan dari produksi karena tidak ekonomis.
5.3. Tahap detail desain
Fase ini hanya berkaitan dengan aspek fabrikasi dari pesawat yang
akan diproduksi. Hal ini menentukan jumlah, desain dan letak rangka,
spar, bagian dan struktur elemen lainnya. Semua aspek aerodinamis,
struktural, propulsi, kontrol dan aspek kinerja telah dibahas dalam tahap
desain awal dan hanya proses manufaktur tetap. Simulator penerbangan
untuk pesawat juga dikembangkan pada tahap ini.
KONSEP DESAIN
PROSES DESAIN AIRCRAFT
Oleh:
Shandi Hasnul Farizal
03101005079
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SRIWIJAYA
2013CV BN