mekanika fluida aerodinamikaaerodinamika adalah ilmu yang mempelajari aliran udara di sekitarsuatu objek.dengan ilmu aerodinamika ini bisa mempelajari penghitungan besar tekanan.aerodinamika adalah salah satu cabang dari mekanika fluida.

Boeing 737, salah satu jenis pesawat terbang terpopuler

pesawat terbang menggunakan prinsip aerodinamika. salah satunya adalah daya angkat yang memungkinkan pesawat terbang untuk mengudara. gaya angkat ini tercipta akibat adanya perbadaan tekanan dari fluida bergerak pada permukaan sayap pesawat, dalam hal ini fluida tersebut adalah udara.

skema gaya angkat pada sayap pesawat terbang

hubungan aerodinamika pada pesawat terbang mekanika fluida 2

external viscous flow

Berikut ini hal-hal yang mendefinisikan gaya-gaya tersebut dalam sebuah penerbangan yang lurus dan datar, tidak berakselerasi (str

ight and level, unaccelerated): 1. Trust adalah gaya dorong yang di hasilkan oleh mesin atau

powerplant/baling-baling.2. Drag adalah gaya belakang,menarik mundur dan di sebabkan

oleh aliran udara oleh sayap,fuselage dan objek-objek lain.drag kebalikan dari gaya trust karena beraksi kebelakang parallel dengan arah angin relative.(relatife wind)

3. Lift adalah gaya angkat yang melawan gaya gravitasi dan di hasilkan dari efek dinamis oleh udara yang beraksi di sayap dan beraksi tegak lurus pada arah penerbangan melalui centerof lift dari sayap.

4. Weight adalah gaya berat atau gravitasi yang di kombinasikandari berat muatan pesawat itu sendiri,awak pesawat,bahan bakar,cargo atau bagasi.weight menarik pesawat ke bawah karena gaya gravitasi ,dan weight menarik pesawat ke bawah melawan gaya lift secara vertical melalui center of gravity dari pesawat tsb.

hubungan aerodinamika pada pesawat terbang mekanika fluida 2

    Gambar Force of flight 

                                                  Gambar Penampang Sayap 1

hubungan aerodinamika pada pesawat terbang mekanika fluida 2

Udara akan mengalir melalui atas syap dan bawah sayap,dan sebenarnya bukanlah udara yang melewati sayap,tapi sayaplah pesawatlah yang maju menembus udara.tapi kita akan mengasumsikan sebuah sayap pesawat yang diam.dengan bentuk melengkung di bagianatas sayap pesawat,membuat udara yang mengalir di atas sayap membutuhkan jarak yang lebih panjang dan membuatnya mengalir lebih cepat di bandingkan aliran udara yang di bawah sayap pesawat tsb.karena aliran kecepatan udara yang lebih cepat di bagian atas sayap maka tekanan akan lebih rendah di bandingkan dengan tekanan yang ada di bagian bawah sayap,karena pengaruh aliran udara yang lebih cepat di bagian atas sayap.tekanan udara yang di bagian bawah sayap akan mengangkat sayap pesawat,gaya iniyang di sebut dengan gaya lift.

                                             Gambar Penampang Sayap 2

Jika kecepatan turun maka gaya angkat /lift akan berkurang dan pesawat akan jatuh,dalam ilmu penerbangan di sebut stall.kecepatan minimum di sebut stall speed,dan jika kecepatan pesawat melebihi rancangannya maka juga akan terjadi stall,yang biasa di sebut high speed stall.

Terbang straight/lurus dan level/datar dapat di pertahankan mulaidari terbang kecepatan rendah sampai dengan kecepatan tinggi,penerbangan harus mengatur angle of attack dan thrust dalam semua jangkauan kecepatan (speed range)jika penerbangan harus di tahan di kletinggian tertentu.

hubungan aerodinamika pada pesawat terbang mekanika fluida 2

Lift and drag yang tersedia pada bermacam-macam kecepatan pada saat pesawat terbang datar dan tidak berakselerasi,propodi CL (coefficient of lift) dan CD(coefficient of drag) dapat di hitungpada setiap angle of attack tertentu.hasil plotting/perencanaan lift/drag atau L/D pada angle of attack tertentu menunjukkan bahwa L/D bertambah maksimum kemudian berkurang pada koefisien lift dan angle of attack bertambah yang lebih besar seperti yang terlihat di gambar.perhatikan pada rasio L/D max. terjadi pada koefisien tertentu.jika pesawat beroperasi pada penerbangan yang stabil pada L/D max.maka total drag adalah minimum.angle of attach(sudut serangan/terpaan)yang lebih kecil ataupun yang lebihbesar dari yang ada di L/D max maka akan mengurangi rasio lift/drag dan konsekwensinya menambah total drag dari lift yang di berikan pada pesawat.

Gambar Angle of Attack, DegreesGaya angkat/lift pada suatu permukaan sayap akan terjadi jika terdapat perbedaan tekanan antara permukaan atas dan permukaan bawah.perbedaan ini akan terjadi di dpanjang span/masa,kecuali pada ujung sayap.pada ujung sayap ini akan terjadi proses ekualisasi tekanan,sehingga aliran udara mngaalami rotasi di hubungan aerodinamika pada pesawat terbang mekanika fluida 2

sekitar ujung sayap.dengan demikian secara efektif.aliran di sekitar sayap adalah aliran 3D.Rotasi ujung sayap di sebut wingtip vortex(pusaran ujung sayap) yang seiring dengan gerak maju pesawat,pusaran akan bergerak ke belakang sayap dan sekaligus ke bawah sayap.vortex ini akan mempengaruhi sayap dalam artian mengimbas ke bawah komponen kecepatan aliran di sekitar sayap tersebut.kecepatan imbas ke bawah ini disebut downwash.

                                                     Gambar Ilustrasi downwashDengan adanya downwash dan vortex,maka aka nada sudut serang local yang lebih rendah daripada sudut serang geometric.

hubungan aerodinamika pada pesawat terbang mekanika fluida 2

                                               Gambar Akibat Downwash

Karakteristik yang makin membedakan airfoil dengan sayap adalah sudut serang efektif /efectif angle of attack yang bergantung pada distribusi downwash sepanjang span.Sementara downwash itu sendiri bergantung pada distribusi lift spanjang span.besarnya lift per unit span (satuan masa) itu sendiri bervariasi sebagai fungsi dari jarak pada sayap,karena :

Panjang chord yang bervariasi sepanjang span sayap. Sayap bisa saja di puntir untuk mendapatkan angle of attack

yang berbeda pada tiap airfoilnya. Bentuk airfoil yang berbeda sepanjang span.

COMPRESSIBLE FLOWPada bab ini ,yang akan di bahas adalah shock wave/gelombang kejut pada sayap pesawat.Gelombang kejut adalah gelombang yang berasal dari yang sangat cepat di karenakan adanya kenaikan tekanan.

hubungan aerodinamika pada pesawat terbang mekanika fluida 2

Grafik hubungan antara gelombang kejut dengan waktu temperature,dan densitas secara mendadak dalam waktu bersamaan.seperti gelombang pada umumnya,gelombang kejut juga membawa energy dan dapat menyebar melalui medium cair,padat ataupun gas.dari grafik di atas terlihat gelombang kejut terjadi secara mendadak dan sangat cepat dalam waktu yang sangat singkat,lalu di ikuti dengan pengembangan (pengurangan tekanan) seiring bertambahnya waktu.Gelombang kejut terjadi diakibatkan karena kecepatan sumber bunyi lebih cepat dari kecepatan bunyi itu sendiri. . Suatu benda, misal pesawat terbang menembus udara dengan kecepatan beberapa ratus km/jam. Kecepatan cukup rendah ini memungkinkan molekul-molekul udara tetap stabil ketika harus menyibak udara untuk member jalan pesawat terbang.namun saat kecepatan sebuah pesawat tersebut menjadi sebanding dengan kecepatan molekul-molekul menjadikan molekul-molekul tersebut tidak sempat menghindar dan bertumpuk di tepi-tepi depan pesawat dan akan terdorong bersamanya.

hubungan aerodinamika pada pesawat terbang mekanika fluida 2

Gambar gelombang subsonik (a) sumber bunyi diam (b) sumber bunyi bergerak ; (c) gelombang kejut dengan kecepatan supersonic.

Penumpukan udara bertekanan ini secara cepat menghasulkan “kejutan udara”atau gelombang kejut yang berwujud dentuman keras.gelombang bunyi tersebut memancar ke segala arah dan dapat terdengar sebagai sebuah ledakan oleh orang-orang yang di bawah/darat.dentuman tersebut biasa di sebut dengan sonic boom.sonic boom ini mempunyai energy yang cukup besar sehingga dapat memcahkan gelas,ataupun kaca jendela.

Kecepatan suara

Sperti yang kita ketahui tergantung pada suatu kepadatan dan kerenggangan materinya.secara garis besar dalam suatu medium (bukan hanya udara) kecepatan suara di tentukan dengan persamaan :

c = E/r

c adalah kecepatan suara pada suatu medium (m/s)

E adalah Modulus Young ( modulus elastisitas) ( N/m2)

r adalah massa jenis medium ( kg/m3)

hubungan aerodinamika pada pesawat terbang mekanika fluida 2

persamaan tersebut mempunyai arti semakin tinggi kepadatan udara,maka akan semakin kecil kecepatan suaranya.suara akan merambat lebih cepat di udara hangat bila di bandingkan dengan udara dingin,karena semakin tinggi tekanan,semakin tinggi pula kepadatan udara.dan hal ini terjadi pada tempat yang bersuhu rendah ataupun tinggi.karena itu di butuhkan waktu lebih lama untuk gelombang suara untuk mencapai suatu titik tertentu.oleh karena itu pesawat supersonic beroprasi paling baik di ketinggianyang suhu udaranya sangat dingin.karena mereka tidak perlu melajuterlalu kencang untuk melampaui kecepatan suatu bunyi.pada ketinggian 9km di atas permukaan laut udara sangat dingin dan tipis sehingga kecepatan bunyi hanya 1100km/jam.

Bilangan Mach

Perbandingan antara kecepatan sumber bunyi dengan kecepatan suara didefinisikan sebagai bilangan mach(M) yang di tujukan untuk memberikan parameter/tolak ukur kecepatan suatu benda terhadap kecepatan suara yang di laluinya,dan di rumuskan sebagai berikut :

M = v/c

M adalah bilangan Machv adalah kecepatan benda ( m/s)c adalah kecepatan suara dalam medium tertentu (m/s)

bila kita mengambil contoh dari penjelasan di atas, maka bila diasumsikan kecepatan pesawat tetap dan kecepatan suara semakin kecil, maka bilangan Mach akan semakin besar sehingga memungkinkan pesawat tersebut melaju dengan kecepatan supersonic lebih cepat dari pada bergerak dari pada bila bergerak dengan ketinggian 2km dengan kecepatan suara sebesar 1211km.

hubungan aerodinamika pada pesawat terbang mekanika fluida 2

Tabel harga kecepatan suara untuk atmosfer standar berdasarkan U.S. Standard Atmosphere,1962.

Gambar cara menentukan bilangan Mach dengan metode Mach Angel

METHOD Airfoil NACA (National Advisory Committee for Aeronautics)

hubungan aerodinamika pada pesawat terbang mekanika fluida 2

Naca airfoil adalah salah satu bentuk bodi aerodinamika sederhanayang berguna untuk memberikan gaya angkat tertentu terhadap suatubodi lainnya dan dengan bantuan matematis sangat mungkin untuk memprediksi seberapa besar gaya angkat yang di hasilkan oleh suatu bodi airfoil.geometri airfoil memiliki pengaruh besar terhadap karakteristik aerodinamika dengan parameter penting berupa CL,dan kemudian akan terkait dengan lift (gaya angkat yangdi hasilkan).sekitar sampai perang dunia II,airfoil yang banyak di gunakan adalah hasil riset dari Gottingen.selama pireode ini banyak pengajuan airfoil dilakukan berbagai Negara,namun hasil NACA yang paling terkemuka.pengujian yang di lakukan oleh NACA lebih sistematik dengan membagi efek kelengkungan dan ditribusi ketebalan atau thickness serta pengujian di lakukan pada bilanganreynold yang lebih tinggi di banding yang lain.hal ini sering di rangkum oleh beberapa parameter seperti : ketebalan maximum,maximum bentuk melengkung,posisi maximum ketebalan,posisimaximum bentuk melengkung,dan hidung jari-jari.

Suatu airfoil terdiri dari :

Permukaan atas(upper surface) Permukaan bawah)lower surface) Mean camber line adalah tempat kedudukan titik-titik antara

permukaan atas dengan bawah airfoil yang di ukur tegak lurusterhadap mean camber line itu sendiri.

Leading edge adalah titik paling depan pada mean camber line,dan biasanya berbentuk lingkaran dengan jari-jari mendekati 0,02c.

Trailing edge adalah titik paling belakang pada mean camber line.

Camber adalah jarak maksimum mean camber line dan garis chord yang di ukur tegak lurus terhadap garis chord.

Ketebalan (thickness) adalah jarak antara permukaan atas danbawah yang di ukur tegak lurud terhadap garis chord.

hubungan aerodinamika pada pesawat terbang mekanika fluida 2

Gambar 2.7 NACA airfoil geometry

Karakteristik airfoil

Gaya angkat pada airfoil bergantung pada koefisien gaya angkat yang di hasilkan airfoil tersebut .koefisien gaya angkat (CL) di pengaruhi oleh disain bentuk camber dari airfoil.gaya angkat yangdi hasilkan oleh airfoil berfariasi secara linier dengan sudut serang (ὰ) tertentu.kemiringan garis di sebut dengan 0 a yang di sebut dengan lift slope.pada daerah ini aliran udara bergerak dengan mulus dan masih menempel pada hampit seluruh permukaan airfoil . bertambah besarnya α, aliran udara cenderunguntuk separasi dari permukaan atas airfoil.membentuk ulakan besar“dead air” di belakang airfoil. Pada aliran separasi ini, aliran urdara berputar dan sebagian aliranbergerak ke arah yang berlawanan dengan aliran freestream disebut juga reversed flow.aliran yang berpisah merupakan efek dari viskositas. Konsekuensi dari perpisahan aliranpada α tinggi adalah pengurangan gaya angkat atau CL dan bertambah besarnya gaya hambat akibat pressure drag(gaya belakang), kondisi ini disebut kondisi stall .Harga maksimum dari CL berada pada tepat sebelum kondisi stall yabg dilambangkandengan Max CL.Max CL merupakan aspek paling penting pada performance airfoil ,karena menentukan stall dari pesawat udara khususnya pada saat fasa terbang kritis yaitu terbang tinggal landas dan mendarat.

hubungan aerodinamika pada pesawat terbang mekanika fluida 2

Gambar 2.8 Proses terbentuknya gaya angkatBerikut ini adalah proses terbentuknya gaya angkat:

Aliran udara mengalir melalui airfoil terpecah dua menjadi aliran di atas dandi bawah permukaan airfoil.

di trailing egde kedua aliran bersatu lagi.namun karena perbedaan sudut arah datangnya kedua aliran tersebut,maka akan membentuk suatu pusaran yang di sebut starting vortex dengan arah putaran berlawanan arah putar jarum jam.

Karena momentum putar awal aliran adalah nol, maka menurut hokum kekekalan momentum,harus timbul pusaran yang melawan arah putar starting vortex ini.pusaran ini berputar searah jarum jam mengelilingi airfoil dan dinamakan bound vortex.

Starting vortex akan bergeser ke belakang karena gerak maju pesawat.

hubungan aerodinamika pada pesawat terbang mekanika fluida 2

Akibat adanya bound vortex ini, aliran di atas permukaan akan mendapat tambahan kecepatan,dan aliran di bawah permukaan akan mendapatkan pengurangan kecepatan.

NACA Seri 4 DigitSekitar tahun 1932, NACA melakukan pengujian beberapa bentuk airfoil,yang di kenal dengan NACA seri 4 digit.distribusi kelengkungan dan ketebalan NACA seri empat ini di berikan berdasarkan suatu persamaan.distribusi ini tidak di pilih berdasarkan teori,tetapi di formulasikan berdasarkan pendekatan bentuk sayap yang efektif yang di gunakan suatu saat. seperti yang dikenal adalah airfoil Clark Y. pada airfoil NACA seri 4 digit pertama adalah menyatakan persen maksimum chamber terhadap chord.digit kedua menyatakan persepuluh posisi maksimum chamber pada chord dari leading edge.sedangkan dua digit yang lain menyatakan persen ketebalan airfoil terhadap chord.contoh :airfoil NACA 2412 memiliki maksimum chamber 0.02 terletak pada 0.4c dari leading edge dan memiliki ketebalan maksimum 12% chord atau 0.12c .airfoil yang tidak memiliki kelengkungan , dimana chamber line dan chord berhimpit disebut airfoil simetrik. Contohnya adalah NACA 0012 yang merupakan airfoil simetrik dengan ketebalan maksimum 0.12c.

Gambar . NACA 4 digit

Computational Fluid Dynamic (CFD)

hubungan aerodinamika pada pesawat terbang mekanika fluida 2

Perkembangan teknologi yang serba terkomputerisasi, telah memberi banyak kemudahan salah satunya dalam medapat informasi dari analisa yang mempunyai tingkat kerumitan yang tinggi bila di lakukan secara manual compututational fluid dynamic(CFD) salah satu cara penggunaan computer untuk menghasilkan informasi tentang bagaimana aliran fluida.CFD menggabungkan beberapa ilmu dasar teknologi diantaranya adalah matematika ,ilmu computer ,teknik dan fisika.semua ilmu disiplin tersebut di gunakan untuk pemodelan atau simulasi aliran fluida.prinsip CFD adalah metode penghitungan yang mengkhususkan pada fluida,di mana sebuah kontrol dimensi,luas serta volume dengan memanfaatkan komputasi computer maka dapat di lakukan penghitungan pada tiap elemen-elemennya.hal yang paling mendasar mengapa konsep CFD banyak di gunakan pada dunia industri adalah dengan CFD dapat di lakukan analisa terhadap suatu system dengan mengurangi biaya eksperimentdan tentunya waktu yang panjang dalam suatu eksperiment tersebut atau dalam proses design engineering tahap yang di lakukan menjadi lebih pendek.hal lain yang medasari pemakaian konsep CFD adalah pemahaman lebih dalam pemahaman karakteristik aliran fluida dengan melihat hasil berupa grafik ,vector,kontur bahkan animasi.

Struktur Program CFDDalam proses kerjanya CFD melibatkan berbagai macam software atau program.sayap pesawatpada bab ini membahas tentang proses simulasi dan hasil dari simulasi sayap pesawat.tujuan dari simulasi ini adalah menganalisa aliran fluida eksternal tekanan dan kecepatan pada sayap pesawat,selain itu analisa ini juga bertujuan untuk pengurangan tahanan angin(air drag) dan pengurangan koefisien tahanan(drag coeffition) pada bagian sayap pesawat untuk mengurangi tekanan pada sayap pesawat.

Sayap   Pesawat   Dengan   Software   Solidwork sebelum menganalisa aliran fluida yang terlebih dahulu kita lakukan adalah menggambar CAD atau bentuk dari benda yang akan disimulasikan dan disini

hubungan aerodinamika pada pesawat terbang mekanika fluida 2

benda yang akan di simulasikan adalah sebuah sayap pesawat dengansoftware solidwork agar lebih cepat,di banding menggunakan perangkat lain yang sejenis.selain tampilan dari solidwork yang mudah di pahami,perangkat lunak ini juga memiliki beberapa fasilitas pendukung.oleh karena itu,penggambaran komonen tersebutdi lakukan dengan perangkat lunak solidwork.selain itu,perangkat lunak ini juga di sertai dengan fasilitas pendukung untuk menganalisa dan mensimulasikan gerakan.cosmoswork digunaka untuk menganalisa kecepatan,tekanan,tegangan,frekuensi,tekanan suhu danyang lainnya.cosmoswork di gunakan untuk membuat gerakan dari benda,membuat simulasi serta menganimasikannya.selain itu cosmoswork juga dapat menganalisa beban untuk kasus analisa struktur.

sedangkan cosmoswork digunakan untuk menganalisa aliran fluida baik dalam maupun luar,tekanan,kecepatan dan lainnya.

Program-program yang terlibat dalam CFD terbagi dua yaitu;1) Software utama

Yang dapat digunakan sebagai software utama di CFD adalah Solidwork

2) Software pendukungyang termasuk dalam software pendukung di CFD adalah exceed,GAMBIT dan program-program CAD/CAE.seperti :Autocad,CATIA,NASTRAN,ProEngineering,Cosmoswork dan lain-lain.

Tahapan Kerja Dalam CFDSebelum analisa dalam CFD dilaksanakan, terlebih dahulu dibuat desain awal benda,teknisnya adalah membuat model dengan program-program CAD/CAE atau dapat di buat pula dengan program cosmos solidwork langsung sebelum di lakukan pendefinisian.

Gaya Permukaan

hubungan aerodinamika pada pesawat terbang mekanika fluida 2

Model solusi yang digunakan dalam simulasi adalah k-ε STD.dengan memasukkan harga project areas(default) ke dalam references valuemaka di peroleh harga sebagai berikut :

Results and DiscussionKecepatanKoefisien angkat

Koefisien Angkat

100 km/jam 0.87300km/jam 0.64500km/jam 0.32700km/jam 0.22900km/jam 0.11Tabel.Koefisien Angkat (CL)

Dari kecepatan yang sudah ditentukan maka telah didapat nilai keofisien angkat (CL),dari kecepatan 100km/jam di dapatkan nilai koefisien angkat 0.87.kecepatan 300km/jam didapatkan nilai koefisien angkat 0.64 lalu dengan kecepatan 500km/jam did apatkan nilai koefisien angkla 0.32.begitu juga dengan kecepatan 700km/jamdi dapatkan nilai koefisien angkat (CL) 0.22 dan kecepatan 900km/jam di dapatkan nilai koefisien angkat 0.11.dari sini dapat di simpulkan jika kecepatan bertambah maka nilai koefisien angkat akan semakin berkurang.

Kecepatan koefisien tahanan

Koefisien Angkat

100 km/jam 0.067300km/jam 0.051500km/jam 0.040700km/jam 0.035900km/jam 0.022Tabel .Koefisien Tahanan (CD)

hubungan aerodinamika pada pesawat terbang mekanika fluida 2

Dari kecepatan yang sudah ditentukan maka telah didapat nilai koefisien tahanan(CD),dari kecepatan 100km/jam didapatkan nilai koefisien tahanan 0.067.kecepatan 300km/jam didapatkan nilai koefisien tahanan 0.051 lalu kecepatan 500km/jam didapat nilai koefisien tahanan 0.040 di karenakan tekanan anginnya rendah.begitu juga dengan kecepatan 700km/jam didapat nilai koefisien tahanan (CD) 0.035 dan dengan kecepatan 900km/jam didapat koefisien tahanan(CD) 0.022.di sini nilai koefisien tahanan(CD)pada kecepatan 100,300,500,700 sampai 900km/jam semakin menurun dikarenakan tekanan pada kecepatan ini sangat tinggi.

hubungan aerodinamika pada pesawat terbang mekanika fluida 2

hubungan aerodinamika pada pesawat terbang mekanika fluida 2

Concluding Remarkberdasarkan analisa yang di lakukan dengan program CFD menunjukkan fluktuasi(perubahan) nilai tekanan yang terjadi padabagian sayap pesawat.salah satu faktornya disebabkan oleh perubahan kecepatan di antaranya sebagai berikut :1)Kecepatan 100 km/jam didapat nilai tekanan yang tinggi yaitu 101785 Pa sedangkan  nilai tekanan terendahnya 101376 Pa.2)Kecepatan 300 km/jam didapat nilai tekanan yang tinggi yaitu 105322 Pa sedangkan  nilai tekanan terendahnya 102849 Pa.3)Kecepatan 500 km/jam didapat nilai tekanan yang tinggi yaitu 112303 Pa sedangkan  nilai tekanan terendahnya 108442 Pa.4)Kecepatan 700 km/jam didapat nilai tekanan yang tinggi yaitu123985 Pa sedangkan nilai tekanan terendahnya 120095 Pa.5) Kecepatan 900 km/jam didapat nilai tekanan yang tinggi yaitu 140018 Pa sedangkan nilai tekanan terendahnya 135753 Pa.

di mana nilai tertinggi dari hasil analisa tersebut terjadi pada kecepatan 900km/jam dengan tekanan tertinggi yaitu 140028 Pa sedangkan pada nilai tekanan terendahnya 101376 Pa pada kecepatan 100km/jam.tekanan tertinggi (di tunjukkan dengan warna merah)terjadi pada bagian depan sayap pesawat di mana daerah tersebut adalah frontal area.maka dari itu semakin tinggi kecepatan peswat maka tekanan terhadap bagian permukaan sayap pesawat akan berbeda.

hubungan aerodinamika pada pesawat terbang mekanika fluida 2

Kinerja Pesawat Terbang (Aircraft Performance)Kinerja Pesawat Terbang

(Aircraft Performance)

Kinerja Pesawat terbang tergantung pada hubungan antara gaya-gayayang bekerja pada pesawat itu. Gaya-gaya dasar yang bekerja padapesawat terbang adalah Lift ( gaya angkat), Weight ( gayaberat ), Thrust ( gaya dorong ) dan Drag ( gaya hambat ). Jikagaya-gaya tersebut dalam keadaan setimbang, maka pesawat akantetap terjaga pada kecepatan yang tetap dan pada ketinggian yangtetap pula. Jika ada gaya luar yang bekerja pada perubahanpesawat, maka kinerja pesawat terbang juga akan mengalamiperubahan.

Penerbangan Lurus dan Rata ( Straight and Level Flight )

Straight and LevelBila suatu pesawat terbang berada pada keadaan steady level flight,yaitu terbang dengan ketinggian dan kecepatan tetap (tidakmengalami percepatan), maka pesawat tersebut harus berada padaposisi setimbang (equilibrium). Artinya lift yang dihasilkan

hubungan aerodinamika pada pesawat terbang mekanika fluida 2

harus sama dengan berat yang dihasilkan oleh pesawat terbang, danthrust harus sama dengan drag. Thrust yang sama dengan dragterjadi jika thrust available (thrust yang dihasilkan olehengine) sama dengan thrust required (thrust yang dibutuhkan untukmelawan drag). Jika kondisi-kondisi ini saling bertemu, makapesawat akan terbang pada ketinggian dan kecepatan yang tetap.

Kinerja Saat Terbang Mendaki (Climb Performance)

climb performancePesawat terbang modern dipergunakan sebagian besar sebagaipesawat transportasi, observasi dan penghubung suatu tempat ketempat yang lain. Jadi tidak seperti pesawat tempur yangmelakukan maneuver saat climbing. Yang akan dibahas disini adalahhubungan aerodinamika pada pesawat terbang mekanika fluida 2

terbang mendaki dengan kecepatan tetap (steady velocity climb). Padasteady velocity climb, pesawat berada pada kondisi setimbangdimana semua gaya yang bekerja pada garis arah terbang ( flightpath ) dalam keadaan seimbang. Gaya-gaya yang bekerja disepanjangflight path adalah thrust yang bekerja kedepan, dan drag serta Wsin y, yang bekerja ke belakang. Untuk mendapatkan steady velocityclimb, semua gaya tersebut harus diseimbangkan.

 Hubungan Antara Rate of Climb dan PowerRate of climb adalah kecepatan mendaki, yang merupakan komponenflight velocity (True Airspeed). Thrust Horsepower dari pesawatyang menghasilkan power (power-producing aircraft) adalah samadengan efisiensi dari propeller dikalikan dengan shaft horsepower(SHP). Oleh karena itu Thrust Horsepower (THP) adalah poweravailable yang bervariasi terhadap perubahan velocity.

Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa pada saat climbing,thrust yang diperlukan adalah lebih besar daripada drag dan akanmakin besar dengan bertambahnya angle of climb. Dan pada saatclimbing yang vertical, maka climb angle akan menjadi 90o. artinyathrust yang diperlukan saat vertical climb akan sangat besaruntuk mengatasi drag dan weight yang bekerja pada satu garis.

GlidingGliding adalah terbang meluncur dengan sudut tertentu denganengine yang dimatikan (power off gliding). Untuk mendapatkankondisi gliding dengan kecepatan tetap (steady glide), maka gaya-gaya yang bekerja pada pesawat pada saat gliding, yaitu lift,drag dan weight (berat pesawat) harus dalam keadaan setimbang.Dengan demikian, total reaction yang bekerja pada sayap, yang

hubungan aerodinamika pada pesawat terbang mekanika fluida 2

merupakan resultan dari lift dan drag, harus benar-benar sama danberlawanan arah terhadap weight. Sementara lift tetap tegak lurusterhadap glide path (arah terbang gliding), sedangkan dragbekerja ke belakang sejajar dengan glide path.

Gliding Angle (sudut luncur)

formula (source:NASA)Dengan perhitungan geometri yang sederhana dapat ditemukan bahwasudut yang dibentuk oleh lift dan total reaction adalah samadengan sudut α yang dibentuk oleh glide path dengan bidanghorizontal. Sudut inilah yang disebut dengan Gliding Angel.

Dapat diperhatikan pada gambar tersebut bahwa D/L= Tan α. Hal iniberarti bahwa jika harga D/L berkurang (L/D naik), maka glidingangle akan mekin kecil (rata). Dari penjelasan ini dapat kitaambil beberapa kesimpulan, yaitu :

a.      Gliding angle berbanding lurus dengan L/D ratio( perbandinga Lift per drag ). Disinilah sebenarnya letak dariefisiensi rekayasa suatu pesawat terbang, yaitu bagaimanamerancang suatu pesawat terbang dengan menghasilkan lift yangbesar tetapi dragnya kecil. Dengan mengutangi drag, berarti kitamemperkecil gliding angle.

b.      Jika penerbang berusaha untuk glide dengan angle of attacklebih besar maupun lebih kecil dari angle of attack yang

hubungan aerodinamika pada pesawat terbang mekanika fluida 2

memberikan harga L/D terbesar, maka path of descent (arah luncurpesawat) akan lebih curam.

Pengaruh Wind terhadap Glide of AngleJika dilihat dari ground, suatu pesawat terbang yang glidingmelawan wind (angin) akan terlihat seperti sedang gliding lebihcuram dan kenyataanya memang akan gliding dengan sudut lebihcuram. Bila gliding dengan tail wind, pesawat akan gliding lebihmendatar daripada sudut sebenarnya yang diukur relative dariudara.

Pengaruh Berat (Weight) Saat GlidingAda yang mengatakan bahwa pesawat yang berat akan gliding dengansudut yang lebih curam daripada pesawat yang lebih ringan, tetapisebenarnya tidaklah demikian, karena gliding angle tergantungpada ratio L/D dan tidak tergantung pada berat. Jika weightbertambah, maka total reaction yang bekerja pada pesawat akandiperbesar untuk menyeimbangkan pertambahan weight tersebut,yaitu dengan cara memperbesar lift dan drag dengan perbandinganyang tetap, sehingga glide angle akan tetap. Lift dan dragtersebut dapat diperbesar jika factor speed diperbesar. Thrustdiperoleh dari komponen weight yang bekerja disepanjang glidepath. Ini berarti thrust akan bertambah jika weight bertambah.Berarti dapat kita simpulkan bahwa weight tidak berpengatuhterhadap glide angle, tetapi terhadap speed.

Kerugian gliding dengan sudut yang kecilJanganlah kita menganggap gliding angle yang kecil selalumenguntungkan. Bila suatu pesawat terbang sedang approach keairfield yang kecil dengan obstacle disekelilingnya, makadisarankan untuk mencapai ground sesegera mungkin setelah

hubungan aerodinamika pada pesawat terbang mekanika fluida 2

obstacle dilewati. Dalam hal ini, gliding angle yang terlalukecil akan menjadi hal yang merugikan.Gliding angle dapat diperbesar dengan cara mengurangi ratio L/D.Pengurangan ratio L/D ini dapat dilakukan dengan :

a.      Memperkecil angle of attack. Akibatnya adalah airspeedbertambah.

b.      Memperbesat angle of attack, yang berakibat airspeed terlalurendah.

c.       Mempergunakan airbreak. Peggunaan airbreak merupakan factoryang cukup memuaskan, baik dengan memperbesar lift (flapditurunkan), atau spoiler jika drag yang kita perbesar.

hubungan aerodinamika pada pesawat terbang mekanika fluida 2