Aero Dina Mika

34
BAB I PENDAHULUAN Pendahuluan Indonesia sudah pernah mempunyai industri penerbangan yang ukurannya cukup besar. Aerodinamika sebagai ilmu yang mempelajari pengaruh aliran udara terhadap benda kerja yang bergerak menembus udara tersebut, merupakan ilmu pendukung yang sangat menentukan keberhasilan industri diatas. Kegiatan-kegiatan penelitian yang berhubungan dengan rancang bangun pesawat terbang dan alat-alat Bantu serta mesin penggeraknya, menjadi bahan studi banyak perguruan tinggi di Indonesia. Tetapi, begitu krisis moneter yang berkepanjangan terjadi, industri penerbangan yang tadinya begitu semarak, secara cepat menyurut untuk kemudian stagnan pada batas terendahnya. Ilmu aerodinamika-pun mulai jarang dibicarakan diperguruan tinggi, karena dianggap kurang menjamin lapangan kerja bagi para lulusan yang mengambil spesialisasi ilmu tersebut. Sementara itu, penggunaan aerodinamika sebagai ilmu terapan, sebenarnya masih banyak yang belum termanfaatkan penuh. Sebagai Negara kepulauan yang sangat besar, Indonesia masih harus mengandalakan sistem transportasi udara untuk menghubungkan pulau-pulau yang tersebar diarea yang sangat luas. Dunia transportasi udara, masih akan membutuhkan para lulusan perguruan tinggi yang memahami segi terapan (aplikasi) dari ilmu aerodinamika diatas. Selain itu pengembangan sistem

Transcript of Aero Dina Mika

Page 1: Aero Dina Mika

BAB I

PENDAHULUAN

Pendahuluan Indonesia sudah pernah mempunyai industri penerbangan yang

ukurannya cukup besar. Aerodinamika sebagai ilmu yang mempelajari pengaruh aliran udara

terhadap benda kerja yang bergerak menembus udara tersebut, merupakan ilmu pendukung

yang sangat menentukan keberhasilan industri diatas.

Kegiatan-kegiatan penelitian yang berhubungan dengan rancang bangun pesawat

terbang dan alat-alat Bantu serta mesin penggeraknya, menjadi bahan studi banyak perguruan

tinggi di Indonesia. Tetapi, begitu krisis moneter yang berkepanjangan terjadi, industri

penerbangan yang tadinya begitu semarak, secara cepat menyurut untuk kemudian stagnan

pada batas terendahnya. Ilmu aerodinamika-pun mulai jarang dibicarakan diperguruan tinggi,

karena dianggap kurang menjamin lapangan kerja bagi para lulusan yang mengambil

spesialisasi ilmu tersebut.

Sementara itu, penggunaan aerodinamika sebagai ilmu terapan, sebenarnya masih

banyak yang belum termanfaatkan penuh. Sebagai Negara kepulauan yang sangat besar,

Indonesia masih harus mengandalakan sistem transportasi udara untuk menghubungkan

pulau-pulau yang tersebar diarea yang sangat luas. Dunia transportasi udara, masih akan

membutuhkan para lulusan perguruan tinggi yang memahami segi terapan (aplikasi) dari ilmu

aerodinamika diatas. Selain itu pengembangan sistem transportasi darat dan laut semakin

membutuhkan penjabaran aerodinamika sebagai ilmu terapan yang dapat dimanfaatkan

secara nyata. Berikut ini akan disampaikan aplikasi aerodinamika dalam berbagai bidang

penelitian yang sampai saat ini blm termanfaatkan dengan optimal.

Page 2: Aero Dina Mika

BAB II

ISI

A. Pengertian

Aerodinamika diambil dari kata Aero dan Dinamika yang bisa diartikan udara dan

perubahan gerak dan bisa juga ditarik sebuah pengertian yaitu suatu perubahangerak dari

suatu benda akibat dari hambatan udara ketika benda tersebut melaju dengan kencang.

Benda yang dimaksud diatas dapat berupa kendaran bermotor (mobil,truk,bis maupun

motor) yang sangat terkait hubungannya dengan perkembangan aerodinamika sekarang

ini. Adapun hal-hal yang berkaitan dengan aerodinamika adalah kecepatan kendaraan dan

hambatan udara ketika kendaraan itu melaju.

Aerodinamika berasal dari dua buah kata yaitu aero yang berarti bagian dari udara

atau ilmu keudaraan dan dinamika yang berarti cabang ilmu alam yang menyelidiki

benda-benda bergerak serta gaya yang menyebabkan gerakan gerakan tersebut. Aero

berasal dari bahasa Yunani yang berarti udara, dan Dinamika yang diartikan kekuatan

atau tenaga. Jadi Aerodinamika dapat diartikan sebagai ilmu pengetahuan mengenai

akibat-akibat yang ditimbulkan udara atau gas-gas lain yang bergerak.

Pada tahun 1810 Sir George Canley berpendapat bahwa udara dipaksa meniup

berlawanan dengan arah gerak dari sayap dalam udara atau fluida tersebut. Kemudian

pada tahun 1871 Pranoim Wenham merencanakan airfoil yang melengkung seperti

bentuk dari sayap burung. Juga pada tahun ini Wenham yang pertama-tama membuat

terowongan angina yang digerakkan dengan tenaga uap. Penyelidikan airfoil ini

dilanjutkan oleh Wreight bersaudara dengan mengadakan percobaan-percobaan kurang

lebih 150 buah air foil disamping melengkapi alat-alat kemudi untuk mengemudikan

pesawat yang sedang terbang.dalam penyelidikan Iaanc Newton telah menemukan gaya-

gaya udara yang melalui benda yang bergerak yaitu gaya angkat (lift dan hambatan/drag).

Pada tahun 1902-1907 N Wilhelm Kutti (jerman), N.E. Janhowaki (rusia), Frederiek

W. Launohoster (Inggris) menemukan teori bagaimana terjadinya gaya angkat (lift) pada

airfoil.

Dalam Aerodinamika dikenal beberapa gaya yang bekerja pada sebuah benda dan

lebih spesifik lagi pada mobil seperti dikemukakan oleh Djoeli Satrijo(1999;53).

Page 3: Aero Dina Mika

“Tahanan Aerodinamika, gaya angkat aerodinamik , dan momen angguk aerodinamik

memiliki pengaruh yang bermakna pada unjuk kendaraan pada kecepatan sedang dan

tinggi.

Peningkatan penekanan pada penghematan bahan bakar dan pada penghematan energi

telah memacu keterkaitan baru dalam memperbaiki unjuk kerja aero dinamika pada jalan

raya”. Aerodinamika hanya berlaku pada kendaraan-kendaraan yang mencapai kecepatan

diatas 80 km/ jam saja, seperti yang diterapkan pada mobil sedan, formula 1, moto gp.

Untuk kendaraan-kendaraan yang kecepatannya dibawah 80 km/ jam aerodinamis tidak

begitu diperhatikan, seperti pada mobil-mobil keluarga, mobil land rover dan sejenisnya.

Pada kendaraan yang mempunyai kecepatan diatas 80 km/jam faktor aerodinamis

digunakan untuk mengoptimalkan kecepatannya disamping unjuk performa mesin juga

berpengaruh.

Dengan penemuan-penemuan pada tahun-tahun di atas jelaslah bahwa

aerodinamika merupakan ilmu yang masih baru, dan bukanlah suatu pengetahuan yang

abstrak seperti ilmu pasti dan mekanik karena hingga kini penyelidikan-penyelidikan

masih terus dilakukan.

            Aerodinamika sebenarnya tidak lain dari pada suatu yang mempelajari atau

menyelidiki sifat-sifat udara,reaksi-reaksi dan akibat-akibat yang timbul dari gerakan

udara terhadap benda yang dilalui oleh udara atau gerakan benda-benda di dalam udara

tersebut. Jadi aerodinamika berarti pula pengetahuan atau penyelidikan mengenai

gerakan-gerakan benda di dalam udara dimana pengertian ini sangat erat hubungannya

denganilmu penerbangan.

Adapun factor-faktor yang mempengaruhi Aerodinamika:

Page 4: Aero Dina Mika

Temperature (suhu udara)

Tekanan udara

Kecepatan udara

Kerapatan / kepadatan udara

B. Ilmu Yang Mempelajari Tentang Aerodinamika

1. Hukum Newton I

Mengatakan bahwa benda yang diam akan tetap diam sedangkan benda yang

bergerak akan tetap bergerak dalam garis lurus dan kecepatan yang tetapkecuali

suatu sebab dari luar yaitu gaya yang memaksanya merubah keadaan tersebut

Hukum ini menyatakan bahwa jika resultan gaya (jumlah vektor dari semua

gaya yang bekerja pada benda) bernilai nol, maka kecepatan benda tersebut konstan.

Dirumuskan secara matematis menjadi:

Artinya :

Sebuah benda yang sedang diam akan tetap diam kecuali ada resultan gaya yang

tidak nol bekerja padanya.

Sebuah benda yang sedang bergerak, tidak akan berubah kecepatannya kecuali ada

resultan gaya yang tidak nol bekerja padanya.

Hukum pertama newton adalah penjelasan kembali dari hukum inersia yang

sudah pernah dideskripsikan oleh Galileo. Dalam bukunya Newton memberikan

penghargaan pada Galileo untuk hukum ini. Aristoteles berpendapat bahwa setiap

benda memilik tempat asal di alam semesta: benda berat seperti batu akan berada di

atas tanah dan benda ringan seperti asap berada di langit.

Bintang-bintang akan tetap berada di surga. Ia mengira bahwa sebuah benda

sedang berada pada kondisi alamiahnya jika tidak bergerak, dan untuk satu benda

bergerak pada garis lurus dengan kecepatan konstan diperlukan sesuatu dari luar

benda tersebut yang terus mendorongnya, kalau tidak benda tersebut akan berhenti

Page 5: Aero Dina Mika

bergerak. Tetapi Galileo menyadari bahwa gaya diperlukan untuk mengubah

kecepatan benda tersebut (percepatan), tapi untuk mempertahankan kecepatan tidak

diperlukan gaya. Sama dengan hukum pertama Newton : Tanpa gaya berarti tidak ada

percepatan, maka benda berada pada kecepatan konstan.

2. Hukum Newton II

Mengatakan bahwa  perubahan banyaknya gerakan berbanding langsung

dengan gaya yang bekerja dan menurut garis kerja gaya tersebut. Selanjutnya

Hukum Newton II mengatakan bahwa benda yang bergerak akan mendapat

perlambatan.

Hukum kedua menyatakan bahwa total gaya pada sebuah partikel sama dengan

banyaknya perubahan momentum linier p terhadap waktu :

Karena hukumnya hanya berlaku untuk sistem dengan massa konstan, variabel

massa (sebuah konstan) dapat dikeluarkan dari operator diferensial dengan

menggunakan aturan diferensiasi. Maka,

Dengan F adalah total gaya yang bekerja, m adalah massa benda, dan a adalah

percepatan benda. Maka total gaya yang bekerja pada suatu benda menghasilkan

percepatan yang berbanding lurus.

Massa yang bertambah atau berkurang dari suatu sistem akan mengakibatkan

perubahan dalam momentum. Perubahan momentum ini bukanlah akibat dari gaya.

Untuk menghitung sistem dengan massa yang bisa berubah-ubah, diperlukan

persamaan yang berbeda.

Sesuai dengan hukum pertama, turunan momentum terhadap waktu tidak nol

ketika terjadi perubahan arah, walaupun tidak terjadi perubahan besaran. Contohnya

adalah gerak melingkar beraturan. Hubungan ini juga secara tidak langsung

menyatakan kekekalan momentum: Ketika resultan gaya yang bekerja pada benda

Page 6: Aero Dina Mika

nol, momentum benda tersebut konstan. Setiap perubahan gaya berbanding lurus

dengan perubahan momentum tiap satuan waktu.

Hukum kedua ini perlu perubahan jika relativitas khusus diperhitungkan,

karena dalam kecepatan sangat tinggi hasil kali massa dengan kecepatan tidak

mendekati momentum sebenarnya.

3. Hukum Newton III

Mengatakan bahwa aksi sama besar dan berlawanan arah dengan reaksi.

Artinya gaya yang dilaksanakan oleh dua benda terhadap sesamanya sama besar dan

berlawanan arahnya.

Benda apapun yang menekan atau menarik benda lain mengalami tekanan atau

tarikan yang sama dari benda yang ditekan atau ditarik. Kalau anda menekan sebuah

batu dengan jari anda, jari anda juga ditekan oleh batu. Jika seekor kuda menarik

sebuah batu dengan menggunakan tali, maka kuda tersebut juga "tertarik" ke arah

batu: untuk tali yang digunakan, juga akan menarik sang kuda ke arah batu sebesar ia

menarik sang batu ke arah kuda.

Hukum ketiga ini menjelaskan bahwa semua gaya adalah interaksi antara

benda-benda yang berbeda, maka tidak ada gaya yang bekerja hanya pada satu benda.

Jika benda A mengerjakan gaya pada benda B, benda B secara bersamaan akan

mengerjakan gaya dengan besar yang sama pada benda A dan kedua gaya segaris.

Seperti yang ditunjukan di diagram, para peluncur es (Ice skater) memberikan gaya

satu sama lain dengan besar yang sama, tapi arah yang berlawanan. Walaupun gaya

yang diberikan sama, percepatan yang terjadi tidak sama. Peluncur yang massanya

lebih kecil akan mendapat percepatan yang lebih besar karena hukum kedua Newton.

Dua gaya yang bekerja pada hukum ketiga ini adalah gaya yang bertipe sama.

Misalnya antara roda dengan jalan sama-sama memberikan gaya gesek.

Secara sederhananya, sebuah gaya selalu bekerja pada sepasang benda, dan

tidak pernah hanya pada sebuah benda. Jadi untuk setiap gaya selalu memiliki dua

ujung. Setiap ujung gaya ini sama kecuali arahnya yang berlawanan. Atau sebuah

ujung gaya adalah cerminan dari ujung lainnya.

Page 7: Aero Dina Mika

Secara matematis, hukum ketiga ini berupa persamaan vektor satu dimensi,

yang bisa dituliskan sebagai berikut. Asumsikan benda A dan benda B memberikan

gaya terhadap satu sama lain.

Dengan

Fa,b adalah gaya-gaya yang bekerja pada A oleh B, dan

Fb,a adalah gaya-gaya yang bekerja pada B oleh A.

Newton menggunakan hukum ketiga untuk menurunkan hukum kekekalan

momentum, namun dengan pengamatan yang lebih dalam, kekekalan momentum

adalah ide yang lebih mendasar (diturunkan melalui teorema Noether dari relativitas

Galileo dibandingkan hukum ketiga, dan tetap berlaku pada kasus yang membuat

hukum ketiga newton seakan-akan tidak berlaku. Misalnya ketika medan gaya

memiliki momentum, dan dalam mekanika kuantum.

C. Gaya-Gaya Yang Bekerja Pada Mobil Yang Bergerak (Kecepatan 80km/Jam)

Page 8: Aero Dina Mika

Dari gambar diatas dapat dilihat gaya –gaya hambat yang bekerja pada mobil seperti:

a. Gaya lift up.

Yaitu gaya angkat keatas pada mobil sebagai akibat pengaruh dari:

1. Speed.

2. Bentuk sirip.

3. Stream line.

4. Aerodinamika desain.

b. Down Force.

Yaitu gaya tekan kebawah pada mobil akibat pengaruh dari:

1. Konstruksi chasis

2. Desain konstruksi mobil

3. Penempatan beban pada mobil

4. Penambahan aksesories pada mobil

5. Bentuk telapak(kembangan ban)

6. Penempatan titik berat

7. Bobot berat dan bobot penumpang

8. Penempatan spoiler (front spoiler dan rear spoiler)

c. Gaya Turbulen.

Gaya yang terjadi dibagian belakang mobil yang berupa hembusan angin dari depan

membentuk pusaran angin dibagian belakang mobil.

d. Gaya gesek kulit.

Disebabkan oleh gaya geser yang timbul pada permukaan –permukaan luar kendaraan

melalui aliran udara.

e. Ground Clearance.

Yaitu gaya yang bekerja dibagian bawah mobil yang berpengaruh juga pada lift up.

Page 9: Aero Dina Mika

D. Aerodinamika Dalam Dunia Otomotif.

Dalam dunia otomotif, aerodinamika merupakan ilmu terapan dalam:

1. Analisa Hambatan Gerak

Target untuk membuat produk-produk otomotif lebih hemat bahan baker adalah

dengan mengurangi hambatan aerodinamika yang terjadi, baik karena factor

bentuknya, maupun memperlancar aliran udara disekitar roda, sehingga tidak menjadi

beban baru.

Rancangan berbagai bentuk alat-alat Bantu seperti spoiler; wind cheater dan pengarah

aliran dibawah bodi merupakan objek-objek penelitian, mengingat bahwa produk-

produk kendaraan bermotor yang ada sekarang sebagaian besar adalah rancangan

pabrik-pabrik pembuatnya di luar negeri.

2. Stabilitas Gerakan.

Kenyamanan dan keamanan gerak produk otomotif serta kemudahan dalam

pengendaliannya, membutuhkan stabilitas yang tinggi. Untuk itu pengaruh daya lekat

kendaraan dijalan maupun tingkat kestabilan yang mantab, merupakan factor

penentunya. Selain itu kendaraan-kendaraan besar seperti pengangkut container yang

berlalu lalang di jalan-jalan raya dengan kecepatan tinggi, harus mulai difikirkan

dilengkapi dengan berbagai luasan tambahan untuk mengurangi besarnya gelombang

yang ditinggalkan kendaraan tersebut, agar tidak membahayakan kendaraan lain yang

disalip maupun yang berjalan dibelakangnya.

3. Sistem Pendingin Mesin

Posisi radiator dan rancangannya yang memudahkan aliran udara pendingin

menembus melaluinya, akan menjamin umur kendaraan yang lebih tinggi. Rancangan

kisi-kisi dibagian depan kendaraan bermotor yang memungkinkan aliran udara lebih

bebas mencapai luasan-luasan radiator yang memerlukan terjadinya pemindahan

panas dari luasan-luasan tersebut, sekarang menjadi penting, terutama dengan

terjadinya global warming.

Rancangan grill dibagian depan kendaraan bermotor yang tadinya hanyalah sabagai

sarana penarik (unsur keindahan), sekarang mulai difikirkan sebagai penyempurna

system pendinginan mesin.

4. Gas Buang

Page 10: Aero Dina Mika

Arah pembuangan dari gas buang yang cepat menjauh dari kendaraan yang

memproduksinya, akan mengamankan penumpang dari keracunan gas tersebut. Posisi

dari fan untuk pendingin udara dalam kabin, harus cukup terpisah dari daerah pipa-

pipa buang, sehingga apabila terjadi kebocoran ada pipa-pipa tersebut kabin

penumpang tidak terkontaminasi.

5. Proses Pembakaran (Combustion)

Pembakaran yang sempurna mungkin terjadi apabila piston dan kepala silinder dapat

menimbulkan turbulensi tinggi, sehingga pembakaran sempurna dapat terjadi,

walaupun pada kecepatan rendah. Ini menyangkit emisi gas buang yang semakin lama

semakin menjadi syarat keramahan produk otomotif terhadap lingkungan hidup.

E. Aerodinamika Lingkungan Hidup (Environmental Aerodynamics)

Sebagai Negara yang berada di daerah khatulistiwa dengan keterikan sinar matahari

yang optimal, gerakan udara dalam bentuk angin sangat berpengaruh terhadap.

1. Semua system transportasi, baik darat laut maupun udara, sehingga mempengaruhi

rancang bangun jalur-jalur pacu bandara udara; dermaga-dermaga pelabuhan laut

serta jalan-jalan raya kecepatan tinggi (high way).

Sifat-sifat angin lokal yang terjadi karena adanya perubahan tekanan udara setempat

sebagai akibat dari pemanasan oleh matahari, menyebabkan terjadinya angin-angin

rebut setempat (gust) yang dapat mengacaukan lalu lintas udara maupun laut.

Memodelkan terjadinya turbulensi local adalah kegiatan penelitian yang saat ini

banyak dilaksanakan dengan memanfaatkan CFD. Model komputasi ini perlu

ratifikasi lewat ujicoba di terowongan angin, guna menentukan tingkat turbulensi

yang dapat timbul setempat.

Page 11: Aero Dina Mika

2. Sistem fentilasi kota, agar penduduk yang menghuni kota tersebut tidak mudah sesak

nafas, dan gas-gas buang kendaraan yang melalui jalan-jalan dikota tidak

terakumulasi di luasan-luasan tertentu. Selain itu, rancangan kompleks industri dan

konstruksi cerobong asapnya-pun harus diperhitungkan terhadap propagasi gas

buangnya, agar dengan cepat dapat menyebar dengan aman tanpa memberikan efek

negative kepada penghuni perumahan di sekitar kompleks tersebut. Penempatan

papan reklame maupun bangunan pencakar langit, tidak boleh mengakibatkan sistem

fentilasi udara kota tidak terganggu.

Untuk memperoleh bukti factual secara eksperimentasi di laboratorium, model

bangunan dan tata letaknya yang merupakan duplikasi kondisi fisik nyata, dianalisa di

terowongan angin, guna mengetahui kemungkinan terjadinya aliran-aliran udara yang

tidak langsung terurai, tetapi terkumulasi di daerah-daerah yang terkungkung

(terbatasi bangunan-bangunan maupun luasan yang dapat menjadi blockade aliran

yang lewat).

Harus pula diingat bahwa perubahan arah angin yang terjadi di Indonesia setiap

bulannya dapat merubah kondisi aliran udara setempat, dari lancer menjadi tidak

lancer dan sebaliknya.

Visualisasi aliran di terowongan angin dengan menggunakan asap akan dapat

memberikan gambaran fisik nyata perubahan yang terjadi untuk tempat-tempat

terisolasi setiap enam bulannya. Walaupun fungsi pepohonan sebagai penyedia

oksigen bebas disiang hari sangat dibutuhkan, tetapi apabila penyebaran dari

oksigennya yang terjadi disiang hari tidak optimal, maka fungsi jalur-jalur hijaupun

kurang efektif. Dengan uji coba di terowongan angin, penyempurnaan tata letak jalur

hijau serta pengaruh penyebaran oksigennya dapat lebih dioptimalkan.

3. Pengaruh pasang surut air laut dan gerak aliran udara akan menjadi factor penentu

pada perancangan kota dekat pantai.

Kemungkinan terjadinya pasang air laut yang dapat mengganggu kenyamanan kota

pantai, juga merupakan akibat dari fluktuasi tekanan udara akibat radiasi matahari

yang cukup trik itu.

Page 12: Aero Dina Mika

Imbas dari global warming akan berpengaruh terhadap aliran udara yang melalui

daerah-daerah tertentu, serta kemungkinan menimbulkan angin-angin rebut setempat

sudah harus diperhitungkan lebih rinci.

F. Kegiatan Penelitian Aerodinamika

Pada industri penerbangan, terowongan angina (wind tunnel) selalu dimanfaatkan

untuk menganalisa rancangan-rancangan bentuk benda-benda terbang, seperti pesawat

terbang; peluru kendali serta roket.

Pada industri otomotif, penelitian tentang hambatan gerak; stabilitas kendaraan;

system pendinginan mesin serta keamanan gerak kendaraan pada roda-rodanya

merupakan obyek penelitian yang perlu memanfaatkan terowongan angin secara detail.

Penggunaan terowongan angina dalam bidang lingkungan hidup adalah untuk:

1. Rancang bangun kompleks industri yang tidak membahayakan lingkungan hidup di

sekitarnya.

2. Rancangan konstruksi jalan raya kecepatan tinggi yang tidak menyebabkan terjadinya

angina-angin silang yang memotong arus lalu lintas, dan dapat menyebabkan

terjadinya kecelakaan bagi para pengguna jalan.

3. Rancangan penempatan lampu-lampu lalu lintas yang tidak berakibat terjadinya

akumulasi gas buang kendaraan-kendaraan yang melaluinya di tempat-tempat

tertentu.

4. Analisa lokasi dari luasan-luasan penghalang aliran udara, seperti papan reklame;

bangunan yang saling rapat satu dengan lainnya serta pencakar langit yang saling

menghalangi, perlu dievaluasi dengan model diterowongan angina, agar fentilasi

udara yang terjadi kemudian tidak membahayakan ataupun mengurangi kenyamanan

penghuni yang tinggal di areal tersebut.

5. Rancang bangun wind turbin dan efektifitasnya untuk menyerap energi aliran udara

yang melaluinya perlu dilaksanakan dengan bantuan terowongan angin, agar

kecepatan kerja optimal untuk rancangan kerja tertentu dapat tercapai.

Ini membuktikan bahwa terowongan angin yang sampai saat ini masih terbatas

penggunaannya untuk industri penerbangan saja, sesungguhnya masih belum

termanfaatkan penuh. Tuntutan dunia otomotif yang hemat bahan bakar; lingkungan

hidup yang ramah dan bebas polusi serta sumber energi terbarukan adalah pengguna-

pengguna jasa terowongan angin yang jauh lebih besar jumlahnya.

Page 13: Aero Dina Mika

G. Penerapan Aerodinamika Pada Kehidupan Sehari-Hari

1. 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 (lift L),

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 relative kompleks,

maka mesin jenis ini sangat rentan terhadap gangguan FOD (Foreign Object Damage)

Page 14: Aero Dina Mika

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 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.

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.

Page 15: Aero Dina Mika

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, dibagian 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.

2. Roket

Roket merupakan wahana dirgantara yang dapat digunakan pada berbagai misi

yang dikehendaki, diantaranya adalah untuk kepentingan ilmiah dan pertahanan

wilayah. Roket terdiri dari berbagai sistem yang menyertainya antara lain nose cone,

sistem muatan, sirip dan motor roket.

Page 16: Aero Dina Mika

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

a. Ogival

Tangent Ogive

HAACK Series

Von Carman Ogive

Secant Ogive

Page 17: Aero Dina Mika

b. Parabolik

c. Kerucut

Conic

Biconic

Page 18: Aero Dina Mika

d. Eliptical

Ada tiga jenis bentuk ekor roket

a. Kerucut konvergen

b. Kerucut divergen (flares)

c. Parabolik konvergen

Page 19: Aero Dina Mika

3. 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. Memang diakui aerodinamika pada

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.

Bentuk bumper yang baik dengan tingkat aerodinamika yang tepat bisa

membantu mendinginkan radiator dan intercooler. Selain itu membantu memotong

Page 20: Aero Dina Mika

(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 mobil. Bahan dasar

pembuatan bumper terbuat dari flexible soft carbon. Bahkan ini anti pecah dan tidak

gampang mengalami perubahan bentuk jika mobil bertabrakan.

      Dalam dunia balap mobil seperti formula 1  aerodinamika memegang peranan

penting karena mobil ini melaju dengan sangat kencang melawan angin.  Oleh karena

itu semua eleman pakar ahli selalu menganggap ilmu mekanika fluida sangat penting

untuk dikaji dan terus dikembangkan untuk kepentingan pengetahuan, bisnis, dan

estetika. 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

Page 21: Aero Dina Mika

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

Aerodinamika mobil formula1 pada mobil balap dengan sebutan jet darat ini

aerodinamika memegang peranan penting, maka tidak mengherankan bila desain bodi

mobil F1 ini memiliki hidung lancip dan badannya dipenuhi lekukan sedemikian rupa

serta memiliki semacam sayap di ujung belakang bodi mobil hal itu dimaksudkan agar

udara bisa mengalir dengan lancar saat mobil ini melaju dan juga aliran udara ini

dimanfaatkan untuk menambah daya tekan mobil ke jalan atau istilahnya downforce

yang cukup sehingga tidak mudah terlempar keluar lintasan saat melalui tikungan

dengan kecepatan tinggi.

Untuk aerodinamika mobil umum, ilmu aerodinamika dimanfaatkan untuk

mendesain mobil agar menghasilkan bentuk yang memiliki hambatan udara

seminimal mungkin sehingga berujung pada pemakaian bahan bakar yang lebih irit.

Memang pengaruhnya sih tidak begitu besar untuk mobil yang digunakan harian tapi

dengan desain bodi mobil yang aerodinamis maka bila dilihat dari kacamata seni

maka desain mobil yang aerodinamis ini akan lebih futuristik dan bernilai artistik

tinggi dibanding mobil dengan desain bodi yang kaku.

Sehingga akan lebih menarik jika dipandang mata hal inilah yang menarik

konsumen untuk memilikinya akibatnya bisa mendongkrak penjualan maka ujung-

ujungnya mendatangkan keuntungan bagi perusahaan juga. Dan desain bodi mobil-

mobil sekarang mayoritas sudah aerodinamis terutama mobil keluaran terbaru yang

bergenre sport dan memiliki segmen pasar yang dituju kaum muda. Sebab kaum muda

Page 22: Aero Dina Mika

akan bangga pada mobil miliknya yang keren dan dengan unsur bodi yang

aerodinamislah keinginan itu bisa dipenuhi.

BAB IIIPENUTUP

KESIMPULAN1. Pengertian Aerodinamika

Aerodinamika merupakan ilmu alam yang menyelidiki benda-benda bergerak serta

gaya yang menyebabkan gerakan-gerakan tersebut.

2. Hukum-Hukum yang Mendasari Aerodinamika:

Page 23: Aero Dina Mika

Hukum Newton I

Mengatakan bahwa benda yang diam akan tetap diam sedangkan benda yang

bergerak akan tetap bergerak dalam garis lurus dan kecepatan yang tetapkecuali

suatu sebab dari luar yaitu gaya yang memaksanya merubah keadaan tersebut

Hukum Newton II

Mengatakan bahwa  perubahan banyaknya gerakan berbanding langsung dengan

gaya yang bekerja dan menurut garis kerja gaya tersebut. Selanjutnya Hukum

Newton II mengatakan bahwa benda yang bergerak akan mendapat perlambatan.

Hukum Newton III

Mengatakan bahwa aksi sama besar dan berlawanan arah dengan reaksi. Artinya gaya yang dilaksanakan oleh dua benda terhadap sesamanya sama besar dan berlawanan arahnya

3. Gaya-Gaya Yang Bekerja Pada Mobil Yang Bergerak (Kecepatan 80km/Jam)

a. Gaya lift up.

b. Down Force.

c. Gaya Turbulen.

d. Gaya gesek kulit.

e. Ground Clearance.

Page 24: Aero Dina Mika

REFERENSI

Arismunandar Wiranto. 2000. Pengantar Turbin Gas dan Propulsi. Jakarta: Dirjen Dikti

Depdiknas.

O’Brien Robert. 1986. Mesin. Jakarta : Tira Pustaka.

Peterson Roger Tory. 1983. Burung. Jakarta : Tira Pustaka.

Stever H. Guyford & Haggaerty James J. 1986. Penerbangan. Jakarta : Tira Pustaka.

http://www.blog-nuzil.com/2012/10/gaya-aerodinamika-pada-mobil.html