Gaya Dorong Roket

2.2. Gaya Dorong Roket

Gas hasil pembakaran yang berakumulasi dalam ruang bakar, dipancarkan keluar melalui nosel. Reaksi kimia terjadi di ruang bakar. Pembakaran propelan di tabung motor roket terjadi karena adanya penyalaan mula disebut igniter.Reaksi kimia akan menghasilkan gas dengan suhu dan tekanan tinggi. Energi yang terkandung dalam gas akan diubah menjadi energi kinetic oleh nosel pada waktu gas melalui nosel. Dengan demikian gas akan meninggalkan nosel dengan kecepatan tinggi sehingga tercipta momentum yang menimbulkan gaya dorong.Gaya dorong yang dihasilkan merupakan akumulasi gas hasil pembakaran, tergantung pada laju aliran masa gas (m) dan kecepatan aliran gas

yang keluar nosel V e . Disamping parameter tersebut diatas besarnya gaya dorong masih dipengaruhi oleh tekanan statis disekelilingnya motor roket (P a ). Tekanan dan luas dibagian seksi nosel P e dan A e . Gaya dorong sebagai :

F = mV e + ( P e − P a ) A e

Prosiding Seminar Nasional Perkembangan Riset dan Teknologi di Bidang Industri ke 16 ISBN: 978-979-95620-6-7

T R T P | 133

Dimana ; m -Laju aliran massa, V e – Kecepatan aliran gas melalui nosel ; A e –Luas penampang seksi luar, P a – Tekanan statis keliling roket dan P e – Tekanan statis dibagian seksi keluar eksit nosel. Dari persamaan tersebut, bahwa gaya dorong besarnya dipengaruhi oleh dua komponen utama, yaitu mV e yang dikenal dengan “momentum thrust” dan (P e –P a )A e disebut “pressure – thrust”. Momentum thrust ditimbulkan oleh sumber tenaga (propelan). Gaya dorong optimum dicapai, apabila faktor (P e – P a ) sama dengan nol atau P e =P a sehingga hanya faktor mV e yang berpengaruh.Laju aliran massa (m) sangat dipengaruhi oleh kecepatan pembakaran (r ) dan massa jenis propelan ( ρ ) sehingga :

m= A R ; m =A

Dengan A b luas permukaan bakar propelan, n indek pembakaran, a konstanta yang besarnya tergantung pada temperatur awal pembakaran, r kecepatan pembakaran dan ρ adalah massa jenis propelan. Besarnya kecepatan aliran gas yang keluar nosel dinyatakan oleh persamaan (2-4) berikut :

Dengan T dan P e adalah temperatur dan tekanan pembakaran,P e – tekanan seksi keluar nosel. Hubungan gaya dorong (F) dan tekanan pembakaran P e dapat dinyatakan dalam suatu persamaan yang lebih sederhana, dimana besarnya gaya dorong F berbanding langsung dengan tekanan pembakaran P e

r = koefisien gaya dorong. C 2.3.Tekanan dan Laju Pembakaran Propelan

dan luas kerongkongan nosel A t dinyatakan : F = C r P e A t ,

Laju pembakaran propelan padat diukur pada arah yang tegak lurus pada permukaan pembakaran. Pada laju pembakaran yang lebih tinggi propelan menjadi lebih energik dan waktu pembakaran akan menjadi lebih pendek.

Terdapat hubungan yang erat antara laju pembakaran dan tekanan pembakaran yang dinyatakan sbb r = aP n

r adalah laju pembakaran, a konstanta dan n adalah eksponen pembakaran. Harga a tergantung dari temperatur propelan waktu akan mengalami proses pembakaran. Temperatur awal yang lebih tinggi memberikan harga a yang lebih besar dan selanjutnya memberikan laju pembakaran yang lebih tinggi. Oleh karena itu, apabila temperatur awal propelan lebih tinggi, laju pembakaran menjadi lebih besar dan waktu pembakarannya menjadi lebih pendek, sedangkan tekanan pembakaran dan gaya dorong juga membesar karena jumlah massa gas persatuan waktu yang dihasilkan menjadi lebih besar. Pengaruh temperatur awal propelan terhadap laju pembakaran propelan padat disebut kepekaan panas

atau kepekaan temperatur propelan padat. Apabila C d adalah faktor aliran massa dan luar kerongkongan nosel A t , maka jumlah massa gas yang keluar melalui nosel adalah :

m = C d Pe A t …………………………….

(2 - 7)

⎥ Dari persamaan (2) dn (7) didapat persamaan (2-8) berikut : ⎣ C d A t ⎦

Untuk K =

maka K k P e dengan k =

dan C D = I/C*

C* adalah kecepatan karakteristik yang merupakan parameter untuk membandingkan atau menilai reaksi yang terjadi dalam proses pembakaran dan juga merupakan parameter untuk mengukur energi

yang terkandung dalam gas hasil reaksi pembakaran. Besarnya P e dipengaruhi oleh K, yang tergantung throat diameter.