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