TEORI DAN DASAR DAN KHUSUS
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
TEORI DASAR KHUSUS
A. Teori Aerodinamika
Dalam keseharian pada temperatur normal bentuk
dasar dari suatu bahan umumnya terbagi menjadi tiga sifat,
yaitu; zat padat, zat cair dan zat gas, walaupun ada pula
yang mempunyai sifat sifat ganda. Sebuah zat padat
umumnya mempunyai bentuk tertentu dan bila dilihat dari
struktur molekulnya, zat padat memiliki jarak antar-molekul
yang lebih rapat serta gaya kohesi antar-molekul yang lebih
besar dibandingkan zat lainnya sehingga zat padat tidak
mudah berubah bentuk.
Suatu benda yang terbenam dalam fluida yang bergerak, atau
sebaliknya benda tersebut bergerak terhadap fluida yang diam, mengalami
suatu gaya. Gaya-gaya yang bekerja pada benda tersebut seringkali disebut
sebagai gaya-gaya aerodinamika. Dalam semua kasus aerodinamika, gayagaya aerodinamika yang bekerja pada benda berasal hanya dari dua sumber
dasar ialah distribusi tekanan dan tegangan geser pada permukaan benda.
B. Airfoil dan Nomenklatur dan Gambar
Nomenklatur airfoil
c, panjang chord : panjang dari LE ke TE dari penampang sayap yang
sejajar dengan sumbu simetri vertikal
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
mean camber (garis camber rata-rata) : garis tengah antara permukaan atas
dan bawah
Leading edge (LE) adalah titik yang paling depan pada garis camber
rata-rata, trailing edge (TE) adalah paling belakang titik pada garis
camber rata-rata
camber : jarak maksimum antara garis camber rata-rata dan chord line,
diukur tegak lurus dengan chord line
0 camber or uncambered berarti airfoil simetris atas dan di bawah
chord line
thickness atau ketebalan : jarak antara permukaan atas dan permukaan
bawah diukur line tegak lurus dengan garis camber rata-rata
C. Peristiwa Stall
Peristiwa stall pada airfoil sangat penting dan harus diperhatikan pada
perancangan pesawat terbang, rotor helikopter, dan propeller.
Terjadinya gradien tekanan yang negatif akan menyebabkan adanya
kecenderungan lapisan batas memisahkan diri dari permukaan airfoil. Maka
apabila sudut serang bertambah besar, gradien tekanan yang negatif tersebut
menjadi semakin kuat, sehingga pada harga α tertentu (sudut serang ‘stall’)
aliran udara akan terlepas dari permukaan atas airfoil. Jika terjadi pemisahan
(separasi), besarnya gaya angkat akan turun dengan cepat dan tahanan
(drag) tiba-tiba naik, seperti yang ditunjukkan oleh titik B pada Gambar.
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
Gambar Aliran melalui airfoil dalam keadaan stol (stall)
Ada 3 jenis stol(stall), yaitu;
1. Stol kecepatan rendah, terjadi pada saat tinggal landas atau pada waktu
mendarat; dalam hal ini terjadi separasi pada sudut serang α yang tinggi
atau pada CL yang tinggi);
2. Stol terlalu cepat, “accelerated stall”, (terjadi karena kenaikan sudut
serang α secara tiba-tiba, kebanyakan dialami oleh airfoil dengan tepi
depan yang tajam)
3. Stol kecepatan tinggi, (separasi yang terjadi karena gelombang kejut).
D. NACA dan Jenis-jenisnya
Sayap merupakan suatu bagian paling penting/vital pada sebuah
pesawat terbang, sebab dari bagian inilah dihasilkan daya angkat yang
menyebabkan pesawat itu dapat terbang.
Apabila kita memotong sayap dalam arah tegak lurus terhadap
panjangnya, kita akan menjumpai suatu bentuk penampang dalam dunia
penerbangan dikenal dengan sebuah airfoil sayap. Bentuk airfoil inilah yang
nantinya akan sangat menentukan karakteristik penerbangan sebuah pesawat
terbang. Oleh karena itu, sekarang kita akan mengenal terlebih dahulu
secara kilas beberapa bentuk airfoil, terutama yang nantinya akan dipakai
pada pesawat terbang model.
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
Bentuk airfoil yang digunakan dalam aeromodeling pada
umumnya adalah serupa dengan airfoil yang dipergunakan pada pesawat
terbang yang sesungguhnya yaitu sama-sama berasal dari penelitian dan
pengembangan yang dilakukan oleh para ahli Aerodinamika di seluruh
dunia.
Model airfoil yang dikeluarkan oleh lembaga penerbangan
Amerika NACA, atau lebih dikenal sekarang dengan sebutan NASA dapat
ditunjukkan pada gambar berikut:
Untuk
sebuah
pesawat
terbang
layang
seperti
glidder,
chuckglidder dan sebagainya mengutamakan faktor melayang dengan
sebaik-baiknya, biasanya digunakan airfoil NACA 6312 (12% flat bottom),
ataupun NACA 7408.
Untuk menginginkan kelincahan, terutama untuk pesawat model
aerobatic seperti halnya control line aerobatic ataupun radio control
aerobatic, kita akan memilih airfoil NACA 0017 sampai dengan 0020.
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
Untuk pesawat terbang yang memiliki kecepatan seperti halnya
radio control race, control line racing dan beberapa pesawat terbang combat,
kita memilih jenis airfoil mungkin tipe seperti NACA 0010 misalnya.
Gambar sejarah airfoil
Pesawat model radio control yang menggunakan motor biasanya
akan kita pasangi sayap yang ber airfoil semi simetris dengan ketebalan
sekitar 12%, seperti halnya NACA 4312 ataupun NACA 4512.
Menurut bentuknya airfoil dapat dibedakan menjadi dua bagian utama
yaitu :
a. Airfoil Simetris :
CL
α
Dari kurva di atas, dapat dilihat bahwa besarnya koefisien lift
(CL) berbanding lurus dengan besar sudut serang (α) dari titik (0.0)
hingga batas koefisien lift maksimum. Setelah itu, nilai koefisien lift
semakin menurun.
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
b. Airfoil berpunggung :
CL
αL-0
α
Dari kurva di atas, dapat dilihat bahwa semakin besar koefisien
lift (CL), maka semakin besar pula sudut serang yang terjadi dari titik
(αL-0). Setelah nilai koefisien lift mencapai batas maksimum, maka
perlahan nilai koefisien lift mulai menurun.
Pada pengukuran bentuk airfoil dikenal istilah chamber dan
korda. Chamber adalah garis yang membagi dua bentuk airfoil sama rata
sedangkan korda adalah garis yang menghubungkan ujung depan airfoil
dengan ujung belakan airfoil.
Chamber
Korda
E. Gaya-gaya yang Bekerja pada Pesawat dan gambar
Dari hukum Newton yang membahas mengenai mekanika kita
mengetahui bahwa suatu benda yang semula diam akan bergerak jika ada
suatu kekuatan lain yang disebut gaya, bekerja benda tersebut. Di samping
itu Hukum Newton yang lain mengatakan bahwa benda yang diam ataupun
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
bergerak dengan kecepatan konstan adalah benda-benda yang terkena gayagaya sedemikian rupa sehingga resultan gaya yang bekerja padanya sama
dengan nol.
Pesawat terbang juga mengikuti hukum-hukum mekanika tersebut.
Sebuah
pesawat
terbang
model
maupun
pesawat
terbang
yang
sesungguhnya pada prinsipnya akan mempunyai empat komponen kekuatan
(gaya) yaitu:
1. Gaya Angkat
Gaya Lift atau biasa disebut gaya angkat adalah gaya yang
mengangkat pesawat keatas yang terjadi karena tekanan dibawah sayap
lebih besar daripada tekanan diatas sayap.
Gaya angkat ini sebagian besar ditimbulkan pada sayap pesawat
terbang dan biasanya digunakan untuk melawan gaya gravitasi bumi
yang masih menarik pesawat tersebut ke arah bawah.
Gaya angkat yang dalam hal ini dikhususkan pada gaya angkat
sayap dapat timbul jika suatu sayap pesawat terbang bergerak di dalam
suatu fluida yang dalam hal ini udara. Udara yang mengalir melalui
bagian atas sayap bergerak lebih cepat daripada udara yang mengalir di
bagian bawah sayap. Hal ini menyebabkan tekanan yang terjadi pada
bagian atas sayap lebih rendah daripada tekanan yang terjadi di bagian
bawah.
Perbedaan tekanan yang terjadi pada kedua permukaan sayap
itulah yang menyebabkan sayap mengalami gaya angkat yang arahnya
dari bagian bawah sayap ke bagian atas sayap.
Gaya angkat yang terjadi pada sebuah sayap pesawat terbang
prinsipnya akan lebih besar jika sayap yang akan digunakan untuk
menimbulkan gaya angkat tersebut lebih besar pula.
Disamping itu dari hasil penelitian, gaya angkat tersebut
dipengaruhi pula oleh sudut yang dibuat oleh penampang sayap dan
besarnya berbanding lurus dengan kuadrat kecepatan fluida yang
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
mengalir di sekitar sayap tersebut. Secara mudahnya, gaya angkat
pesawat dapat dirumuskan sebagai berikut.
L
Keterangan :
=
Cl
ρ
2
V
2
S
L = Gaya angkat sayap
Cl = Koefisien gaya angkat yang dipengaruhi
oleh sudut landa terhadap udara
ρ
= Rapat massa udara
V = Kecepatan aliran udara terhadap sayap
S
= Luas sayap
2. Gaya Weight
Gaya Weight adalah gaya tarik gravitasi bumi yang menarik
pesawat kebawah (berlawanan dengan arah gaya lift) dimana besarnya
tergantung pada massa pesawat.
Seperti telah diterangkan pada bagian terdahulu, gaya angkat
sayap bekerja untuk melawan gaya gravitasi bumi yang selalu berusaha
menarik pesawat terbang untuk mendekati bumi. Apabila pada suatu
pesawat terbang gravitasi dan gaya angkat pesawat berada pada tahap
kesetimbangan, maka pesawat terbang tersebut akan mengambang di
angkasa.
Pada pesawat terbang sedang bergerak ke atas, gaya yang
bekerja pada sayap adalah lebih besar daripada gravitasi yang bekerja
pada pesawat itu. Hal yang sebaliknya terjadi pada pesawat terbang
yang menukik ; gravitasilah yang dominan.
3. Gaya Drag
Gaya jenis lainnya yang umum juga bekerja pada sebuah
pesawat terbang ialah gaya gesekan udara, yang bekerja menghambat
gerakan pesawat terbang itu sendiri. Untuk pesawat terbang yang
bergerak melaju ke muka, gaya gesekan udara-yang sering dikenal
sebagai “Drag”-bekerja dengan arah ke belakang.
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
Gaya Drag, yaitu gaya yang dihasilkan oleh fluida (udara) yang
menghambat gerakan pesawat karena arahnya berlawanan dengan arah
gerak pesawat.
Besarnya gaya drag ini sangat menentukan apakah suatu
pesawat terbang akan dapat melaju dengan ringan dan cepat atau tidak.
Pada prinsipnya, gaya yang ditimbulkan karena gesekan udara
ini dipengaruhi oleh luas permukaan dan bentuk dari pesawat terbang itu
sendiri. Umumnya bagian yang paling luas permukaannya dari sebuah
pesawat terbang ialah sayapnya. Oleh karena itu dalam dunia
penerbangan dikenal pula perhitungan drag ini berdasarkan luas
permukaan sayap.
Gaya drag dapat dirumuskan sebagai berikut:
D
=
Cd
ρ
2
SV
2
Keterangan :
D
=
Cd =
ρ
Drag (gesekan udara)
Coefisien drag
=
S
=
Luas sayap
V
=
kecepatan relatif
rapat massa udara
Seperti telah diterangkan di bagian terdahulu, sebuah pesawat
model akan dapat terbang dengan suatu kecepatan tertentu jika gayagaya yang bekerja padanya berada dalam keadaan seimbang.
4. Gaya Tarik
Gaya Trust, yaitu gaya dorong pada pesawat yang dihasilkan
oleh mesin pesawat yang akan mendorong pesawat kearah depan
(berlawanan dengan arah gaya drag).
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
Gaya tarik atau gaya dorong (Thrust) bekerja searah dengan arah
gerakan pesawat terbang, dan bertugas untuk mempertahankan kondisi
agar pesawat dapat tetap melaju dengan kecepatan tertentu.
Gaya thrustini biasanya ditimbulkan oleh tarikan baling-baling yang
berputar dengan cepat di bagian depan atau di sayap, atau dapat pula
ditimbulkan oleh mesin jet yang menyemburkan gas buang ke arah tertentu.
Suatu pesawat dapat terbang apabila pesawat tersebut dapat
menghasilkan gaya Trust yang lebih besar daripada gaya Drag-nya sehingga
pesawat dapat bergerak dengan cepat. Dengan gerakan sayap pesawat, gaya
Trust ini diubah menjadi gaya Lift dimana gaya Lift ini harus lebih besar
daripada gaya Weight-nya. Untuk mendapatkan gaya Lift yang besar,
diperlukan pula gaya Trust yang sangat besar.
Gaya drag dan gaya lift mempunyai nilai berbanding terbalik pada
perubahan sudut serang. Semakin besar sudut serang maka nilai gaya lift
semakin besar sedangkan nilai gaya drag semakin kecil. Begitupun
sebaliknya. Semakin kecil sudut serang maka nilai gaya lift semakin kecil
sedangkan nilai gaya drag semakin besar.
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
Gambar gaya yang diterima pada pesawat
keterangan gambar:
Thrust/daya dorong:gaya ke depan yang dihasilkan oleh Mesin / baling-baling.
Drag/hambatan : gaya perlambatan, dan disebabkan oleh gangguan aliran udara oleh sayap,
pesawat, dan lain benda menonjol / aerodinamicWeight/berat:adalah gabungan dari pesawat itu
sendiri seperti para awak, bahan bakar, kargo atau bagasi. Berat menarik pesawat ke bawah karena
gaya gravitasi, hal ini bertolak belakang dengan daya angkat yang harus di pikul saat take off. Lift/
daya angkat: merupakan kemampuan pesawat untuk mengangkat dirinya terbang hal ini bertolak
belakang dengan weight/berat. diproduksi oleh efek dinamis dari udara yang bekerja pada sayap
F. Hukum Newton, Archimedes, Pascal, Bernoulli, Kontinuitas
1. Hukum Newton
Hukum Newton adalah tiga hukum fisika yang menjadi dasar
mekanika klasik. Hukum ini menggambarkan hubungan antara gaya yang
bekerja pada suatu benda dan gerak yang disebabkannya. Hukum
Newton dibedakan atas 3 hukum yaitu :
a) Hukum Newton I
Setiap benda akan tetap bergerak lurus beraturan atau tetap dalam
keadaan diam jika ada resultan, gaya (F) bekerja pada benda itu yaitu :
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
b) Hukum Newton II
Menyatakan bahwa gaya sama dengan perbedaan momentum
(massa dikali kecepatan) tiap perubahan waktu.
c) Hukum newton III
Setiap aksi pasti terdapat reaksi yang searah dan berlawanan arah.
2. Hukum archimedes
Hukum
Archimedes
mengatakan
bahwa "Jika
suatu
benda
dicelupkan ke dalam sesuatu zat cair, maka benda itu akan mendapat
tekanan keatas yang sama besarnya dengan beratnya zat cair yang
terdesak oleh benda tersebut".
Keterangan :
FA = Tekanan Archimedes (N/m3)
ρ = Massa Jenis Zat Cair (Kg/m3)
g = Gravitasi (N/Kg)
V = Volume Benda Tercelup (m3)
3. Hukum Pascal
Hukum Pascal menyatakan bahwa “tekanan yang diberikan zat
cair dalam ruang tertutup dteruskan ke segala arah dengan sama
besar”.
Perbedaan
tekanankarena
diformulakan sebagai berikut:
Dimana :
perbedaan
kenaikan
zat
cair
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
ΔP : tekanan hidrostatik (Pa)
ρ
: kepekatan zat cair (kg/m3)
g
: kenaikan permukaan laut terhadap gravitasi bumi (m/s2)
ΔH : perbedaan ketinggian fluida (m)
4. Hukum Bernoulli
Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida
yang menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada
kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran
tersebut. Prinsip ini sebenarnya merupakan penyederhanaan dari
Persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu
titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan jumlah energi
di titik lain pada jalur aliran yang sama. Prinsip ini diambil dari nama
ilmuwan
Belanda/Swiss
yang
bernama
Daniel
Bernoulli.Dalam
bentuknya yang sudah disederhanakan, secara umum terdapat dua bentuk
persamaan Bernoulli; yang pertama berlaku untuk aliran taktermampatkan (incompressible flow), dan yang lain adalah untuk fluida
termampatkan (compressible flow).
Aliran Tak-termampatkan
Aliran tak-termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan
dengan tidak berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida
di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida tak-termampatkan adalah: air,
berbagai jenis minyak, emulsi, dll. Bentuk Persamaan Bernoulli untuk
aliran tak-termampatkan adalah sebagai berikut:
di mana:
v = kecepatan fluida
g = percepatan gravitasi bumi
h = ketinggian relatif terhadap suatu referensi
p = tekanan fluida
ρ = densitas fluida
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
Persamaan di atas berlaku untuk aliran tak-termampatkan dengan
asumsi-asumsi sebagai berikut:
Aliran bersifat tunak (steady state)
Tidak terdapat gesekan (inviscid)
Dalam bentuk lain, Persamaan Bernoulli dapat dituliskan sebagai
berikut:
Aliran Termampatkan
Aliran termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan
berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang
aliran tersebut. Contoh fluida termampatkan adalah: udara, gas alam, dll.
Persamaan Bernoulli untuk aliran termampatkan adalah sebagai berikut:
di mana:
= energi potensial gravitasi per satuan massa; jika gravitasi konstan
maka
= entalpi fluida per satuan massa
Catatan:
, di mana adalah energi termodinamikaper satuan
massa, juga disebut sebagai energi internal spesifik.
5. Persamaan Kontiunitas
Massa fluida yang bergerak tidak berubah ketika mengalir. Fakta
ini membimbing kita pada hubungan kuantitatif penting yang disebut
persamaan kontinuitas.
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
Gambar Laju Aliran Massa
Volume fluida yang mengalir pada bagian pertama, V 1,
yang
melewati luasan A1 dengan laju v1 selama rentang waktu ∆t adalah A 1v1
∆t . Dengan mengetahui hubungan Volume dan Massa jenis, maka laju
aliran massa yang melalui luasan A1 adalah:
Keadaan yang sama terjadi pada bagian kedua. Laju aliran massa
yang melewati A2selama rentang waktu ∆t adalah:
Volume fluida yang mengalir selama rentang waktu ∆t pada luasan
A1 akan memiliki jumlah yang sama dengan volume yang mengalir pada
A2. Dengan demikian:
Atau
ρ.A.V = konstan (tetap)
G. Definisi
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
Secara umum anatomi pesawat terbang:
a. Propeller (baling-baling) adalah bagian dari pesawat yang mendorong
badan pesawat sehingga terjadi gaya thrust.
b. Engine adalah mesin pesawat yang memutar propeller sebagai pembangkit
tenaga untuk mendorong pesawat.
c. Fuselas (fuselage) adalah badan pesawat terbang yang berfungsi membawa
awak pesawat dan muatan yaitu barang dan penumpang.
d. Sayap (wing) adalah bagian pesawat yang berfungsi menghasilkan gaya
angkat. Wing terdiri atas beberapa bagian berikut :
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
1. Wingtip (winglet), merupakan bidang tambahan pada pesawatpesawat tertentu untuk mengurangi terjadinya turbulensi (aliran
vortex).
2. Low Speed Aileron, sebagai kemudi gerak bank dan roll dalam
kondisi gerakan pesawat yang lambat atau dalam kondisi terbang
dimana hanya dibutuhkan sedikit bank.
3. High Speed Aileron, digunakan dalam kondisi dimana memerlukan
respon gerak yang cepat dari aileron terhadap pergerakan bank
pesawat.
4. Flap track fairing, adalah batang/fairing yang dipasang untuk jalan
atau track dari flap agar ketika flap itu dikeluarkan maka akan
mengikuti tracknya.
5. Krüger flaps, yaitu flap yang terletak pada leading edge, yang
fungsinya sebagai penambah luas sayap dan memperbesar lift
namun juga sekaligus memperbesar drag.
6. Slats, merupakan flap yang terletak di leading edge dengan fungsi
yang sama.
7. Three slotted inner flaps, flap yang letaknya mendekati wing root.
8. Three slotted outer flaps, flap yang letaknya mendekati wingtip.
9. Spoilers, fungsinya ialah untuk mengurangi gaya lift sesaat setelah
mendarat.
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
10. Spoilers Air-brakes, spoiler yang berfungsi untuk mengurangi lift
dan memperbesar drag sehingga pesawat seperti direm karena
gerak pesawat tertahan oleh drag yang dihasilkan.
e. Ekor (tail) adalah bagian pesawat yang terdiri dari komponen struktur
dengan permukaan horizontal dan vertical befungsi sebagai stabilisator.
f. Elevator adalah bagian dari pesawat yang berfungsi untuk menaikkan atau
menurunkan hidung pesawat.
g. Rudder adalah bagian dari pesawat yang berfungsi membelokkan pesawat
kekanan atau kekiri.
h. Stabilizer adalah bagian dari pesawat yang menjaga agar pesawat stabil
terhadap arah angin.
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
H. Artikel Tentang Koefisien Lift
Helikopter adalah sebuah pesawat yang mengangkat dan terdorong oleh
satu atau lebih rotor (propeller) horizontal besar. Helikopter diklasifikasikan
sebagai pesawat sayap-berputar untuk membedakannya dari pesawat sayap-tetap
biasa lainnya. Kata helikopter berasal dari bahasa Yunani helix (spiral)
dan pteron (sayap). Helikopter yang dijalankan oleh mesin diciptakan oleh
penemu Slovakia Jan Bahyl.
Dibandingkan dengan pesawat sayap-tetap lainnya, helikopter lebih
kompleks dan lebih mahal untuk dibeli dan dioperasikan, lumayan lambat,
memiliki jarak jelajah dekat dan muatan yang terbatas. Sedangkan keuntungannya
adalah gerakannya; helikopter mampu terbang di tempat, mundur, dan lepas
landas dan mendaratsecara vertikal. Terbatas dalam fasilitas penambahan bahan
bakar dan beban/ketinggian, helikopter dapat terbang ke lokasi mana pun, dan
darat di mana pun dengan lapangan sebesar rotor dan setengah diameter.
Landasan helikopter disebut helipad.
Prinsip kerja Helikopter
Helikopter bisa terbang karena gaya angkat yang dihasilkan oleh aliran
udara yang dihasilkan dari bilah-bilah baling-baling rotornya. Baling-baling itu
yang mengalirkan aliran udara dari atas ke bawah. Aliran udara tersebut
sedemikian deras sehingga mampu mengangkat benda seberat belasan ton.
Teorinya sebenarnya cukup sederhana namun prakteknya rumit.
Airfoil
Pada dasarnya, prinsip dasar terbang dari pesawat bersayap tetap (fixed
wing) dengan helikopter yang dikenal juga pesawat bersayap putar pada dasarnya
tetap. Kuncinya ada pada dua kekuatan besar yang bekerja terpadu, menghasilkan
gaya angkat dan daya dorong yang besar.
Pada pesawat bersayap tetap Kekuatan pertama dihasilkan oleh aliran
udara di permukaan sayapnya yang membentuk sudut datang tertentu dengan flap
yakni sayap kecil di belakang sayap yang posisinya ditegakkan. Sehingga aliran
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
udara mengalir deras ke belakang bisa diarahkan balik ke atas. Udara yang
mengalir di permukaan sayap bagian bawah menekan permukaan sayap yang
relatif datar itu ikut menekan ke atas menimbulkan gaya angkat dan menyebabkan
pesawat terangkat ke atas. Paling kurang 15 persen dari seluruh gaya yang
dihasilkan, dipergunakan untuk mengangkat badan pesawat ke atas.
Kekuatan besar lainnya adalah gaya dorong yang dihasilkan aliran udara
yang ada di permukaan sayap bagian atas yang bentuknya relatif lengkung. Ketika
aliran udara yang dihasilkan oleh mesin mengalir ke belakang dan melalui sayap
utama maka aliran udara itu terpecah. Aliran udara yang mengalir di atas
permukaan sayap bagian atas lebih deras dari aliran udara yang menerpa di
permukaan sayap bagian bawah. Tetapi tekanan udara yang mengalir deras di atas
permukaan sayap atas, relatif lebih kecil dibanding dengan tekanan udara di
permukaan sayap bagian bawah yang justru alirannya kurang deras. Perbedaan
tekanan udara ini yang menyebabkan sayap pesawat terangkat ke atas. Untuk
membayangkan seberapa besar gaya angkat itu, secara teori menyebutkan bahwa
perbedaan tekanan udara sebesar 2.5 ounce per inci persegi dapat menghasilkan
gaya angkat 20 pound per kaki persegi ( 1 kaki = 20 cm). Bisa dihitung, kalau luas
sayap pesawat 1000 kaki persegi maka gaya angkat yang dihasilkan akan
mencapai 10 ton.
Pada helikopter, fungsi sayap digantikan oleh baling-baling yang setiap
baling-balingnya meski berukuran lebih kecil dari sayap pesawat biasa, namun
ketika diputar, curvanya relatif sama dengan sayap pesawat. Untuk mendapatkan
gaya angkat, baling-baling rotor harus diarahkan pada posisi tertentu sehingga
dapat membentuk sudut datang yang besar. Prinsipnya sama dengan pesawat
bersayap tetap, pada helikopter ada dua gaya besar yang saling memberi
pengaruh. Aliran udara yang bergerak ke depan baling-baling menekan balingbaling sehingga bilah baling-baling terdorong balik ke belakang menghasilkan
suatu gaya angkat kecil. Tetapi ketika ketika aliran udara bergerak cepat melewati
bagian atas dan bawah bilah-bilah baling-baling, tekanan udara yang besar di
antara baling-baling otomatis akan mengembang ke seluruh permukaan yang
bertekanan lebih rendah, menyebabkan baling-baling terdorong ke atas dan
helikopter pun terangkat. Yang perlu diingat, meski bilah-bilah baling-baling itu
hanya beberapa lembar, namun dalam keadaan berputar cepat, ia akan membentuk
suatu permukaan yang rata dan udara yang menekannya ke atas menimbukan
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
tekanan besar yang akhirnya menghasilkan gaya angkat yang besar pula. Prinsip
ini sama dengan fungsi propeler pada pesawat bermesin turboprop dan sama pula
dengan "kitiran" mainan anak-anak itu.
Beberapa helikopter yang digunakan dalam perang, seperti Mi-26
Hind misalnya dilengkapi dengan sayap kecil yang disebut canard, fungsi
pertamanya untuk meringankan beban rotor utama dan yang kedua untuk
meningkatkan laju kecepatan dan memperpanjang jangkauan jelajah. Fungsi lain
adalah sebagai gantungan senjata, rudal dan lain-lainnya. Dengan menambahkan
sayap pendek ini, maka perbedaan fungsional antara pesawat tetap dengan
helikopter menjadi samar. Pesawat bersayap tetap juga ada yang mampu terbangmendarat
secara
vertikal
(Vertical
Take-off
Landing/VTOL).Contonya, Harrier dari jenis Sea Harrier atau AV-8 Harrier.
Kelebihan pesawat bersayap tetap, terutama soal terbangnya karena
pesawat berjenis ini memiliki platform yang lebar sehingga relatif lebih stabil saat
melakukan penerbangan. Soal menerbangkannya, itu persoalan mengatur kemudi
guling pada sayap dan stabilizer tegak dan datar yang ada pada ekornya. Tetapi
pada Helikopter tidaklah demikian. Ketika bilah-bilah baling-baling rotornya
menghasilkan gaya angkat rotornya sendiri sendiri bekerja memindahkan udara di
atasnya ke bawah sebanyak banyaknya. Disaat itu berat udara yang dipindahkan
mengurangi berat helikopter sehingga helikopter itu terangkat. Dan bila helikopter
itu terangkat, berarti terjadi keseimbangan berat antara udara yang dipindahkan
dari atas ke bawah dengan bobot helikopternya. Untuk mengoperasikan helikopter
itu ada alat kemudi yang biasa disebutcollective pitch dan cyclic pitch masingmasing berfungsi sebagai pengatur gaya angkat dan pendorong helikopter untuk
melaju ke depan. Begitu sederhana cara kerjanya, tetapi mentransformasikannya
dalam sebuah teknologi sungguh pekerjaan yang sangat rumit.
Tail rotor
Begitu pula halnya dengan konfigurasi rotor, bukan hanya sekedar bisa
berputar lalu terbang dan mengambang. Sebab setap baling-baling diputar akan
selalu menimbulkan tenaga putaran yang disebut dengan istilah umum torque.
Untuk menghilangkan atau menangkal tenaga putar yang bisa menyebabkan
badan helikopter itu berputar, maka perlu dipasang antitorque.
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
Antitorque ini dapat berupa tail rotor atau rotor ekor yang dipasang pada
ekor pesawat yang juga berfungsi sebagai rudder. Konfigurasi ini dapat dilihat
pada helikopter umumnya seperti Bell-412, Bell-205 atau UH-1 Huey, atau NBO105, dan AS-330 Puma atau AS-335 Super Puma, AH-64 APACHE atau Mi-24
HIND. Selain menggunakan tail rotor, masih ada beberapa desai yang lain.
Misalnya yang menggunakan sistem tandem seperti yang digunakan pada
helikopter Boeing CH-47 Chinook atau CH-46 Sea Knight. Kedua rotor tersebut
yang bersama-sama berukuran besar masing-masing ditempatkan di depan dan di
belakang badan helikopter. Keduanya simetris namun memiliki putaran yang
berlawanan arah . Maksudnya untuk saling meniadakan efek putaran yang
ditimbulkan satu sama lain, intermesh dalam bahasa populernya. Cara lain adalah
dengan konfigurasi egg-beater. Konfigurasi rancang bangun seperti ini digunakan
pada helikopter Ka-25 Kamovbuatan Rusia atau Kaman HH-43 Husky. Kedua
baling-baling yang sama besarnya itu diletakkan dalam satu poros, terpisah satu
sama lain dimana yang satu diletakkan diatas rotor lainnya. Keduanya berputar
berlawanan arah. Maksudnya untuk menghilangkan efek putaran atau torque.
Selain ketiga cara diatas, dibuat juga konfigurasi tanpa rotor ekor.
Helikopter ini desebut NOTAR (No Tail Rotor) ini memiliki sistem yang sedikit
berbeda dengan sistem yang ada dimana memanfaatkan semburan gas panas dari
mesin utama yang disalurkan melalui tabung ekor. Contohnya adalah helikopter
MD-902 Explorer.
Rotor Aktif atau Tilt Rotor dan Sayap Aktif atau Tilt Wing
Tinggal landas dan mendarat ala helikopter tetapi berkarakter terbang
macam pesawat bersayap tetap merupakan konsep yang dianut oleh helikopter
jenis ini. Cara paling mudah adalah menggabungkan konsep kerja pesawat
helikopter dengan pesawat bersayap tetap dalam satu wujud.
Prinsip kerjanya secara teknis bila rotor utama diarahkan ke atas maka
gerakan vertikal yang dilakukan helikoter dapat dilakukan sedangkan saat rotor
diarahkan ke depan atau ke belakang (sebagai pursher atau pendorong) maka
karakter terbang seperti pesawat tetap dapat diperoleh. Gerakan rotor seperti ini
tidak perlu melibatkan sayap.
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
Sebenarnya pengembangan rotor aktif ini masih diliputi kegamangan,
masalahnya adalah sistem tadi bisa saja disebut pesawat bersayap tetap karena
memiliki sayap yang berlumayan besar, sekaligus memiliki ekor pesawat yang
berkonfigurasi dengan pesawat bersayap tetap biasa. Akhirnya konsep ini disebut
dengan konsep hybrid. Contoh helikopter ini adalah V-22 Osprey. Selain konsep
rotor aktif, ada pula konsep sayap aktif, dimana yang digerakkan bukanlah rotor
seperti pada rotor aktif melainkan sayap pesawatnya. Sementara mesin tetap pada
kedudukannya. Contoh helikopter ini adalah TW-68 yang dirancang oleh Ishida
Corporation, Jepang, Rancangan ini disebut-sebut sebut sebagai memiliki
rancangan yang lebih ringkas dibandingkan dengan rotor aktif hanya sayangnya
keberlanjutannya tidak begitu terdengar.
Kursi Lontar pada Helikopter
Dibandingkan pada pesawat biasa khususnya pesawat tempur, pesawat
helikopter umumnya tidak dilengkapi dengan kursi lontar. Hal ini disebabkan
karena masalah menghadapi rotor helikopter saat meluncurkan kursi lontar
sekaligus umumnya helikopter terbang lebih rendah sehingga lebih rentan. Namun
demikian pada helikopter Rusia, Kamov Ka-50 Hokum yang menggunakan kursi
lontar yang dirancang khusus seperti Zvesda K-37-800. Langkah kerjanya adalah
ketika kursi lontar diaktifkan, maka rotor diledakkan dan lepas dari
kedudukannya, kemudian kedua sisi atas kaca kokpit membuka dan roket penarik
aktif yang menarik pilot dan kirsinya keluar dari badan heli. Meski dirasa rumit,
Helikopter masa depan akan dilengkapi dengan kursi lontar
Penemuan Helikopter
Sebenarnya, perjalanan helikopter menjadi bentuk yang dikenal pada saat
ini memakan kurun waktu yang cukup panjang. Dalam perjalanannya, juga
melibatkan perkembangan teknologi dan juga para penemu serta pengembang
helikoter.
Helikopter pertama yang menerbangkan manusia adalah Helikopter
Breguet-Richet, tahun 1907. Heli ini terbang di Douai, Perancis pada 29
September 1907. Helikopter ini masih memperoleh bantuan dari empat orang
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
yang memegangi keempat kakinya. Upaya ini tidak memperoleh catatan baik
sebagai helikopter pertama yang terbang bebas. Walaupun demikian, helikopter
ini membuktikan keberhasilan teori terbang vertikal yang saat itu masih dianggap
sebagai teori. Ini merupakan mesin pertama yang bisa terbang dengan sendirinya
membawa seorang pilot secara vertikal sebagai akibat daya angkat sayap
putarnya. Heli ini menggunakan mesin Antoinette berkekuatan 50 hp.
Terbang heli sesungguhnya dilakukan oleh Paul Cornu menggunakan heli
bermesin ganda Antoinette 24 hp di Lisieux, Perancis pada 13 November 1907.
Penerbangan berlangsung 20 detik hingga ketinggian 0,3 Meter. Sedangkan
Helikopter berjenis Gyroplane pertama diraih oleh C4 Autogiro buatan Juan de la
Cierva. Autogiro terbang pertama pada 9 Januari 1923. Rahasia sukses pada
pengadopsian sistem flapping hinges joint the blades to the rotor head. Sementara
helikopter yang sukses terbang pertama dilakukan oleh jenis Fock Wulf FW61berotor ganda yang didesain oleh Professor Heinrich Focke pada tahun 19331934. Helikopter ini melakukan terbang perdananya pada 26 Juni 1936 dan
ditenagai oleh mesin Siemens-Halske Sh 14A bertenaga 160 hp. Heli ini
diterbangkan oleh Ewald Rohlfs. Heli ini mencatat rekor terbang sejauh 122,35
km dan lama terbang satu jam 20 menit 49 detik. Pada waktu lain ia terbang
hingga ketinggian 3427 meter dan rekor kecepatan 122 km/jam.
Pionir pengembang teknologi Helikopter
Leonardo da Vinci (1452-1519)
Leonardo da Vinci sebenarnya mengembangkan konsep terbang vertikal
yang sebelumnya merupakan mainan anak-anak dari dataran Cina, tidak jelas
sebenarnya sejak kapan mainan anak-anak ini dikembangkan disana dan siapa
inisiatornya atau penemunya. Pada tahun 1483 Leonardo da Vinci
mengembangkan konsep sekrup terbang.
Sir Goerge Cayley (1773-1857)
Sir George Cayley dikenal sebagai insinyur dan inovator dalam navigasi
udara dan aerodinamika. Salah satu yang dikenalkannya adalah istilah angle of
attack dalam dunia penerbangan. Dalam sejarah, dia merupakan sosok yang
mengembangkan pesawat sayap tetap dan pesawat layang atau glider namun
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
demikian dia mengembangkan sayap putar atau helikopter. Helikopter yang
diperkenalkannya merupakan kompilasi dari bahan kayu, bulu, gabus dan kawat.
Pada 1842, Cayley mendesain helikopter lebih baik , khususnya ketika
mengetahui bahwa putaran baling-baling dapat menimbulkan petaka sehingga
memerlukan penangkalnya. Teori penangkal ini juga dikemukakan olehnya. Agar
bisa terbang, helikpter ini menempatkan dua rotor yang bergerak berlawanan arah.
Meski helikopter rancangannya belum berwujud dengan helikopter yang
mengudara, konsep helikopternya dipakai oleh Kamov dari Rusia dan Focke
dari Jerman.
Nikolai Egorovich Zhikovsky (1847-1921)
Zhukovsky mengawali karier di dunia penerbangan dengan menekuni
matematika, hidrodinamika dan aerodinamika. Zhukovsky kemudian
menemukan terowongan
angin pertama
di
dunia
untuk
menguji
teknologi aerodinamika. Terjun dalam pengembangan helikopter pada tahun 1910
dan pada Perang Dunia I mengembangkan banyak pesawat terbang dan helicopter
Juan de la Cierva (1895-1936)
Cierva mengembangkan helikopter setelah pesawat pembom bersayap
ganda buatannya jatuh pada tahun 1919, alasannya adalah kestabilan helikopter
dianggapnya lebih tinggi. Dalam membangun rancangan helikopternya, Cierva
mengabaikan berbagai teori yang berkembang sebelumnya, dengan menggunakan
rancangan-rancangan baru buatannya yang didasarkan pada teori yang
dikembangkannya lewat berbagai eksperimen. Hasinya adalah Autogiro yang
merupakan konsep pesawat gado-gado antara pesawat terbang umumnya sehingga
bisa melakukan terbang landas secara vertikal, yang setengah pesawat terbang dan
setengah helikopter. Autogiro Cierva terbang pada 1923. Lima tahun kemudian
Cierva melakukan penerbangan keliling Eropa dengan Autogiro sejauh lebih dari
5000 km seraya berpromosi. Upayanya tidak sia-sia karena Autogiro
rancangannya banyak diminati sejumlah industri di Eropa. Cierva meninggal
dalam kecelakaan Autogiro diCroydon pada tahun 1936.
Igor Ivanovich Sikorsky (1889-1972)
Sikorsky menaruh minat pada penerbangan dengan merancang berbagai
pesawat model di antaranya berupa helikopter sejak usia dini. Pada awalnya dia
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
masuk Naval Academy di St. Petersburg yang kemudian mengundurkan diri dan
pergi ke Paris untuk mendalami ilmu teknik dan penerbangan. Setelah dari Paris,
dia kembali ke Kiev, Ukraina dan mengembangkan helikopter namun
gagal. Revolusi Bolshevik memaksaSikorsky hijrah ke Paris dan selanjutnya
menetap di Amerika Serikat.
Pada tahun 1939 dia menerbangkan helikopter pertamanya VS-300 dan
selama pengembangannya, helikopternya mencatat berbagai rekor penerbangan.
Sampai memasuki abad ke-21 ada sekitar 40.000 helikopter buatan Sikorsky
terbang diberbagai belahan dunia ini.
Sikorsky S-76C milik LG Electronics, Korea Selatan
Mikhail Mill (1909-1970)
Seperti halnya Sikorsy, Mill menaruh minat pada penerbangan diusia dini.
Dia memenangkan kompetisi pesawat model pada usia 12 tahun. Ia kemudian
masuk ke Insitut Aviasi diNovocherkassk dan mengembangkan autogiro
pertamanya dengan pengawasan dan bimbingan Kamov dan Skrzhinsky. Setelah
lulus pada 1931, dia masuk ke pusat aerodinamika Rusia TsAGi, dan disinilah
melakukan penelitian pada aerodinamika helikopter dengan penekanan pada
stabilitas dan desain rotor.
Pada tahun 1947, Mil diangkat menjadi kepala desain helikopter yang baru
dan memunculkan helikopter GM-1 yang dikenal menjadi Mi-1 Hare. Sukses
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
Hare menuntun pengembangan helikopter selanjutnya yang sangat terkenal
seperti Mi-4, Mil Mi-6 Hook, Mi-8 dan lain-lain.
Yum Soemarsono (1916-1999)
Yum Soemarsono dikenal sebagai bapak helikopter Indonesia. Berbeda
dengan penemu dan pengembang helikopter lainnya, dia mengembangkan
helikopter sendiri berdasarkan pengalaman dan intuisi serta keterampilannya yang
tidak diperoleh dari pendidikan tinggi. Rancangannya berupa Rotor Stabilizer
dibuatnya hanya berdasarkan intuisi.
Helikopter pertama rancangannya adalah RI-H yang selesai pada tahun
1948 namun tidak sempat diterbangkannya karena lokasi pembuatannya
di Gunung Lawu dibom Belanda pada saat Revolusi Kemerdekaan Indonesia. Heli
kedua adalah YSH yang dirancang bersama Soeharto dan Hatmidji, selesai pada
tahun 1950 dan melayang setinggi 10 cm di lapangan Sekip Yogyakarta.
Sementara Helikopter ketiga adalah Seomarcopter yang berhasil terbang
ketinggian 3 meter sejauh 50 meter dengan mesin berdaya 60 hp pada 1954.
Helikopter ke empat adalah Kepik yang ironisnya mengalami kecelakaan dan
menyebabkan kehilangan tangan kirinya dan sekaligus menewaskan asistennya,
Dali. Nama kepik sendiri adalah nama pemberian presiden Republik Indonesia
pertama Soekarno.
Kehilangan tangan kirinya membuatnya menemukan suatu alat yang
dinamakan throttle collective device untuk mengganti tangan kirinya yang putus,
sehingga penerbang cacat masih mampu menerbangkan helikopter. Alat ini
digunakan untuk mengangkat dan memutar collective, salah satu kemudi yang
terletak pada sisi kiri penerbang. Semula hanya didesain untuk helikopter jenis
Hiller, namun kemudian dikembangkannya untuk dipakai pada helikopter Bell
47G dan Bell 47J2A, hadiah dari Solichin GP. Meski alat ini kemudian diminati
oleh pabrik helikopter Bell di Amerika Serikat, tidak ada kejelasan selanjutnya
mengenai pengembangan alat ini dan sekaligus juga hak patennya. Beliau
meninggal pada 5 Maret 1999.
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
TEORI DASAR KHUSUS
A. Teori Aerodinamika
Dalam keseharian pada temperatur normal bentuk
dasar dari suatu bahan umumnya terbagi menjadi tiga sifat,
yaitu; zat padat, zat cair dan zat gas, walaupun ada pula
yang mempunyai sifat sifat ganda. Sebuah zat padat
umumnya mempunyai bentuk tertentu dan bila dilihat dari
struktur molekulnya, zat padat memiliki jarak antar-molekul
yang lebih rapat serta gaya kohesi antar-molekul yang lebih
besar dibandingkan zat lainnya sehingga zat padat tidak
mudah berubah bentuk.
Suatu benda yang terbenam dalam fluida yang bergerak, atau
sebaliknya benda tersebut bergerak terhadap fluida yang diam, mengalami
suatu gaya. Gaya-gaya yang bekerja pada benda tersebut seringkali disebut
sebagai gaya-gaya aerodinamika. Dalam semua kasus aerodinamika, gayagaya aerodinamika yang bekerja pada benda berasal hanya dari dua sumber
dasar ialah distribusi tekanan dan tegangan geser pada permukaan benda.
B. Airfoil dan Nomenklatur dan Gambar
Nomenklatur airfoil
c, panjang chord : panjang dari LE ke TE dari penampang sayap yang
sejajar dengan sumbu simetri vertikal
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
mean camber (garis camber rata-rata) : garis tengah antara permukaan atas
dan bawah
Leading edge (LE) adalah titik yang paling depan pada garis camber
rata-rata, trailing edge (TE) adalah paling belakang titik pada garis
camber rata-rata
camber : jarak maksimum antara garis camber rata-rata dan chord line,
diukur tegak lurus dengan chord line
0 camber or uncambered berarti airfoil simetris atas dan di bawah
chord line
thickness atau ketebalan : jarak antara permukaan atas dan permukaan
bawah diukur line tegak lurus dengan garis camber rata-rata
C. Peristiwa Stall
Peristiwa stall pada airfoil sangat penting dan harus diperhatikan pada
perancangan pesawat terbang, rotor helikopter, dan propeller.
Terjadinya gradien tekanan yang negatif akan menyebabkan adanya
kecenderungan lapisan batas memisahkan diri dari permukaan airfoil. Maka
apabila sudut serang bertambah besar, gradien tekanan yang negatif tersebut
menjadi semakin kuat, sehingga pada harga α tertentu (sudut serang ‘stall’)
aliran udara akan terlepas dari permukaan atas airfoil. Jika terjadi pemisahan
(separasi), besarnya gaya angkat akan turun dengan cepat dan tahanan
(drag) tiba-tiba naik, seperti yang ditunjukkan oleh titik B pada Gambar.
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
Gambar Aliran melalui airfoil dalam keadaan stol (stall)
Ada 3 jenis stol(stall), yaitu;
1. Stol kecepatan rendah, terjadi pada saat tinggal landas atau pada waktu
mendarat; dalam hal ini terjadi separasi pada sudut serang α yang tinggi
atau pada CL yang tinggi);
2. Stol terlalu cepat, “accelerated stall”, (terjadi karena kenaikan sudut
serang α secara tiba-tiba, kebanyakan dialami oleh airfoil dengan tepi
depan yang tajam)
3. Stol kecepatan tinggi, (separasi yang terjadi karena gelombang kejut).
D. NACA dan Jenis-jenisnya
Sayap merupakan suatu bagian paling penting/vital pada sebuah
pesawat terbang, sebab dari bagian inilah dihasilkan daya angkat yang
menyebabkan pesawat itu dapat terbang.
Apabila kita memotong sayap dalam arah tegak lurus terhadap
panjangnya, kita akan menjumpai suatu bentuk penampang dalam dunia
penerbangan dikenal dengan sebuah airfoil sayap. Bentuk airfoil inilah yang
nantinya akan sangat menentukan karakteristik penerbangan sebuah pesawat
terbang. Oleh karena itu, sekarang kita akan mengenal terlebih dahulu
secara kilas beberapa bentuk airfoil, terutama yang nantinya akan dipakai
pada pesawat terbang model.
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
Bentuk airfoil yang digunakan dalam aeromodeling pada
umumnya adalah serupa dengan airfoil yang dipergunakan pada pesawat
terbang yang sesungguhnya yaitu sama-sama berasal dari penelitian dan
pengembangan yang dilakukan oleh para ahli Aerodinamika di seluruh
dunia.
Model airfoil yang dikeluarkan oleh lembaga penerbangan
Amerika NACA, atau lebih dikenal sekarang dengan sebutan NASA dapat
ditunjukkan pada gambar berikut:
Untuk
sebuah
pesawat
terbang
layang
seperti
glidder,
chuckglidder dan sebagainya mengutamakan faktor melayang dengan
sebaik-baiknya, biasanya digunakan airfoil NACA 6312 (12% flat bottom),
ataupun NACA 7408.
Untuk menginginkan kelincahan, terutama untuk pesawat model
aerobatic seperti halnya control line aerobatic ataupun radio control
aerobatic, kita akan memilih airfoil NACA 0017 sampai dengan 0020.
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
Untuk pesawat terbang yang memiliki kecepatan seperti halnya
radio control race, control line racing dan beberapa pesawat terbang combat,
kita memilih jenis airfoil mungkin tipe seperti NACA 0010 misalnya.
Gambar sejarah airfoil
Pesawat model radio control yang menggunakan motor biasanya
akan kita pasangi sayap yang ber airfoil semi simetris dengan ketebalan
sekitar 12%, seperti halnya NACA 4312 ataupun NACA 4512.
Menurut bentuknya airfoil dapat dibedakan menjadi dua bagian utama
yaitu :
a. Airfoil Simetris :
CL
α
Dari kurva di atas, dapat dilihat bahwa besarnya koefisien lift
(CL) berbanding lurus dengan besar sudut serang (α) dari titik (0.0)
hingga batas koefisien lift maksimum. Setelah itu, nilai koefisien lift
semakin menurun.
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
b. Airfoil berpunggung :
CL
αL-0
α
Dari kurva di atas, dapat dilihat bahwa semakin besar koefisien
lift (CL), maka semakin besar pula sudut serang yang terjadi dari titik
(αL-0). Setelah nilai koefisien lift mencapai batas maksimum, maka
perlahan nilai koefisien lift mulai menurun.
Pada pengukuran bentuk airfoil dikenal istilah chamber dan
korda. Chamber adalah garis yang membagi dua bentuk airfoil sama rata
sedangkan korda adalah garis yang menghubungkan ujung depan airfoil
dengan ujung belakan airfoil.
Chamber
Korda
E. Gaya-gaya yang Bekerja pada Pesawat dan gambar
Dari hukum Newton yang membahas mengenai mekanika kita
mengetahui bahwa suatu benda yang semula diam akan bergerak jika ada
suatu kekuatan lain yang disebut gaya, bekerja benda tersebut. Di samping
itu Hukum Newton yang lain mengatakan bahwa benda yang diam ataupun
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
bergerak dengan kecepatan konstan adalah benda-benda yang terkena gayagaya sedemikian rupa sehingga resultan gaya yang bekerja padanya sama
dengan nol.
Pesawat terbang juga mengikuti hukum-hukum mekanika tersebut.
Sebuah
pesawat
terbang
model
maupun
pesawat
terbang
yang
sesungguhnya pada prinsipnya akan mempunyai empat komponen kekuatan
(gaya) yaitu:
1. Gaya Angkat
Gaya Lift atau biasa disebut gaya angkat adalah gaya yang
mengangkat pesawat keatas yang terjadi karena tekanan dibawah sayap
lebih besar daripada tekanan diatas sayap.
Gaya angkat ini sebagian besar ditimbulkan pada sayap pesawat
terbang dan biasanya digunakan untuk melawan gaya gravitasi bumi
yang masih menarik pesawat tersebut ke arah bawah.
Gaya angkat yang dalam hal ini dikhususkan pada gaya angkat
sayap dapat timbul jika suatu sayap pesawat terbang bergerak di dalam
suatu fluida yang dalam hal ini udara. Udara yang mengalir melalui
bagian atas sayap bergerak lebih cepat daripada udara yang mengalir di
bagian bawah sayap. Hal ini menyebabkan tekanan yang terjadi pada
bagian atas sayap lebih rendah daripada tekanan yang terjadi di bagian
bawah.
Perbedaan tekanan yang terjadi pada kedua permukaan sayap
itulah yang menyebabkan sayap mengalami gaya angkat yang arahnya
dari bagian bawah sayap ke bagian atas sayap.
Gaya angkat yang terjadi pada sebuah sayap pesawat terbang
prinsipnya akan lebih besar jika sayap yang akan digunakan untuk
menimbulkan gaya angkat tersebut lebih besar pula.
Disamping itu dari hasil penelitian, gaya angkat tersebut
dipengaruhi pula oleh sudut yang dibuat oleh penampang sayap dan
besarnya berbanding lurus dengan kuadrat kecepatan fluida yang
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
mengalir di sekitar sayap tersebut. Secara mudahnya, gaya angkat
pesawat dapat dirumuskan sebagai berikut.
L
Keterangan :
=
Cl
ρ
2
V
2
S
L = Gaya angkat sayap
Cl = Koefisien gaya angkat yang dipengaruhi
oleh sudut landa terhadap udara
ρ
= Rapat massa udara
V = Kecepatan aliran udara terhadap sayap
S
= Luas sayap
2. Gaya Weight
Gaya Weight adalah gaya tarik gravitasi bumi yang menarik
pesawat kebawah (berlawanan dengan arah gaya lift) dimana besarnya
tergantung pada massa pesawat.
Seperti telah diterangkan pada bagian terdahulu, gaya angkat
sayap bekerja untuk melawan gaya gravitasi bumi yang selalu berusaha
menarik pesawat terbang untuk mendekati bumi. Apabila pada suatu
pesawat terbang gravitasi dan gaya angkat pesawat berada pada tahap
kesetimbangan, maka pesawat terbang tersebut akan mengambang di
angkasa.
Pada pesawat terbang sedang bergerak ke atas, gaya yang
bekerja pada sayap adalah lebih besar daripada gravitasi yang bekerja
pada pesawat itu. Hal yang sebaliknya terjadi pada pesawat terbang
yang menukik ; gravitasilah yang dominan.
3. Gaya Drag
Gaya jenis lainnya yang umum juga bekerja pada sebuah
pesawat terbang ialah gaya gesekan udara, yang bekerja menghambat
gerakan pesawat terbang itu sendiri. Untuk pesawat terbang yang
bergerak melaju ke muka, gaya gesekan udara-yang sering dikenal
sebagai “Drag”-bekerja dengan arah ke belakang.
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
Gaya Drag, yaitu gaya yang dihasilkan oleh fluida (udara) yang
menghambat gerakan pesawat karena arahnya berlawanan dengan arah
gerak pesawat.
Besarnya gaya drag ini sangat menentukan apakah suatu
pesawat terbang akan dapat melaju dengan ringan dan cepat atau tidak.
Pada prinsipnya, gaya yang ditimbulkan karena gesekan udara
ini dipengaruhi oleh luas permukaan dan bentuk dari pesawat terbang itu
sendiri. Umumnya bagian yang paling luas permukaannya dari sebuah
pesawat terbang ialah sayapnya. Oleh karena itu dalam dunia
penerbangan dikenal pula perhitungan drag ini berdasarkan luas
permukaan sayap.
Gaya drag dapat dirumuskan sebagai berikut:
D
=
Cd
ρ
2
SV
2
Keterangan :
D
=
Cd =
ρ
Drag (gesekan udara)
Coefisien drag
=
S
=
Luas sayap
V
=
kecepatan relatif
rapat massa udara
Seperti telah diterangkan di bagian terdahulu, sebuah pesawat
model akan dapat terbang dengan suatu kecepatan tertentu jika gayagaya yang bekerja padanya berada dalam keadaan seimbang.
4. Gaya Tarik
Gaya Trust, yaitu gaya dorong pada pesawat yang dihasilkan
oleh mesin pesawat yang akan mendorong pesawat kearah depan
(berlawanan dengan arah gaya drag).
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
Gaya tarik atau gaya dorong (Thrust) bekerja searah dengan arah
gerakan pesawat terbang, dan bertugas untuk mempertahankan kondisi
agar pesawat dapat tetap melaju dengan kecepatan tertentu.
Gaya thrustini biasanya ditimbulkan oleh tarikan baling-baling yang
berputar dengan cepat di bagian depan atau di sayap, atau dapat pula
ditimbulkan oleh mesin jet yang menyemburkan gas buang ke arah tertentu.
Suatu pesawat dapat terbang apabila pesawat tersebut dapat
menghasilkan gaya Trust yang lebih besar daripada gaya Drag-nya sehingga
pesawat dapat bergerak dengan cepat. Dengan gerakan sayap pesawat, gaya
Trust ini diubah menjadi gaya Lift dimana gaya Lift ini harus lebih besar
daripada gaya Weight-nya. Untuk mendapatkan gaya Lift yang besar,
diperlukan pula gaya Trust yang sangat besar.
Gaya drag dan gaya lift mempunyai nilai berbanding terbalik pada
perubahan sudut serang. Semakin besar sudut serang maka nilai gaya lift
semakin besar sedangkan nilai gaya drag semakin kecil. Begitupun
sebaliknya. Semakin kecil sudut serang maka nilai gaya lift semakin kecil
sedangkan nilai gaya drag semakin besar.
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
Gambar gaya yang diterima pada pesawat
keterangan gambar:
Thrust/daya dorong:gaya ke depan yang dihasilkan oleh Mesin / baling-baling.
Drag/hambatan : gaya perlambatan, dan disebabkan oleh gangguan aliran udara oleh sayap,
pesawat, dan lain benda menonjol / aerodinamicWeight/berat:adalah gabungan dari pesawat itu
sendiri seperti para awak, bahan bakar, kargo atau bagasi. Berat menarik pesawat ke bawah karena
gaya gravitasi, hal ini bertolak belakang dengan daya angkat yang harus di pikul saat take off. Lift/
daya angkat: merupakan kemampuan pesawat untuk mengangkat dirinya terbang hal ini bertolak
belakang dengan weight/berat. diproduksi oleh efek dinamis dari udara yang bekerja pada sayap
F. Hukum Newton, Archimedes, Pascal, Bernoulli, Kontinuitas
1. Hukum Newton
Hukum Newton adalah tiga hukum fisika yang menjadi dasar
mekanika klasik. Hukum ini menggambarkan hubungan antara gaya yang
bekerja pada suatu benda dan gerak yang disebabkannya. Hukum
Newton dibedakan atas 3 hukum yaitu :
a) Hukum Newton I
Setiap benda akan tetap bergerak lurus beraturan atau tetap dalam
keadaan diam jika ada resultan, gaya (F) bekerja pada benda itu yaitu :
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
b) Hukum Newton II
Menyatakan bahwa gaya sama dengan perbedaan momentum
(massa dikali kecepatan) tiap perubahan waktu.
c) Hukum newton III
Setiap aksi pasti terdapat reaksi yang searah dan berlawanan arah.
2. Hukum archimedes
Hukum
Archimedes
mengatakan
bahwa "Jika
suatu
benda
dicelupkan ke dalam sesuatu zat cair, maka benda itu akan mendapat
tekanan keatas yang sama besarnya dengan beratnya zat cair yang
terdesak oleh benda tersebut".
Keterangan :
FA = Tekanan Archimedes (N/m3)
ρ = Massa Jenis Zat Cair (Kg/m3)
g = Gravitasi (N/Kg)
V = Volume Benda Tercelup (m3)
3. Hukum Pascal
Hukum Pascal menyatakan bahwa “tekanan yang diberikan zat
cair dalam ruang tertutup dteruskan ke segala arah dengan sama
besar”.
Perbedaan
tekanankarena
diformulakan sebagai berikut:
Dimana :
perbedaan
kenaikan
zat
cair
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
ΔP : tekanan hidrostatik (Pa)
ρ
: kepekatan zat cair (kg/m3)
g
: kenaikan permukaan laut terhadap gravitasi bumi (m/s2)
ΔH : perbedaan ketinggian fluida (m)
4. Hukum Bernoulli
Prinsip Bernoulli adalah sebuah istilah di dalam mekanika fluida
yang menyatakan bahwa pada suatu aliran fluida, peningkatan pada
kecepatan fluida akan menimbulkan penurunan tekanan pada aliran
tersebut. Prinsip ini sebenarnya merupakan penyederhanaan dari
Persamaan Bernoulli yang menyatakan bahwa jumlah energi pada suatu
titik di dalam suatu aliran tertutup sama besarnya dengan jumlah energi
di titik lain pada jalur aliran yang sama. Prinsip ini diambil dari nama
ilmuwan
Belanda/Swiss
yang
bernama
Daniel
Bernoulli.Dalam
bentuknya yang sudah disederhanakan, secara umum terdapat dua bentuk
persamaan Bernoulli; yang pertama berlaku untuk aliran taktermampatkan (incompressible flow), dan yang lain adalah untuk fluida
termampatkan (compressible flow).
Aliran Tak-termampatkan
Aliran tak-termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan
dengan tidak berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida
di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida tak-termampatkan adalah: air,
berbagai jenis minyak, emulsi, dll. Bentuk Persamaan Bernoulli untuk
aliran tak-termampatkan adalah sebagai berikut:
di mana:
v = kecepatan fluida
g = percepatan gravitasi bumi
h = ketinggian relatif terhadap suatu referensi
p = tekanan fluida
ρ = densitas fluida
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
Persamaan di atas berlaku untuk aliran tak-termampatkan dengan
asumsi-asumsi sebagai berikut:
Aliran bersifat tunak (steady state)
Tidak terdapat gesekan (inviscid)
Dalam bentuk lain, Persamaan Bernoulli dapat dituliskan sebagai
berikut:
Aliran Termampatkan
Aliran termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan
berubahnya besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang
aliran tersebut. Contoh fluida termampatkan adalah: udara, gas alam, dll.
Persamaan Bernoulli untuk aliran termampatkan adalah sebagai berikut:
di mana:
= energi potensial gravitasi per satuan massa; jika gravitasi konstan
maka
= entalpi fluida per satuan massa
Catatan:
, di mana adalah energi termodinamikaper satuan
massa, juga disebut sebagai energi internal spesifik.
5. Persamaan Kontiunitas
Massa fluida yang bergerak tidak berubah ketika mengalir. Fakta
ini membimbing kita pada hubungan kuantitatif penting yang disebut
persamaan kontinuitas.
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
Gambar Laju Aliran Massa
Volume fluida yang mengalir pada bagian pertama, V 1,
yang
melewati luasan A1 dengan laju v1 selama rentang waktu ∆t adalah A 1v1
∆t . Dengan mengetahui hubungan Volume dan Massa jenis, maka laju
aliran massa yang melalui luasan A1 adalah:
Keadaan yang sama terjadi pada bagian kedua. Laju aliran massa
yang melewati A2selama rentang waktu ∆t adalah:
Volume fluida yang mengalir selama rentang waktu ∆t pada luasan
A1 akan memiliki jumlah yang sama dengan volume yang mengalir pada
A2. Dengan demikian:
Atau
ρ.A.V = konstan (tetap)
G. Definisi
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
Secara umum anatomi pesawat terbang:
a. Propeller (baling-baling) adalah bagian dari pesawat yang mendorong
badan pesawat sehingga terjadi gaya thrust.
b. Engine adalah mesin pesawat yang memutar propeller sebagai pembangkit
tenaga untuk mendorong pesawat.
c. Fuselas (fuselage) adalah badan pesawat terbang yang berfungsi membawa
awak pesawat dan muatan yaitu barang dan penumpang.
d. Sayap (wing) adalah bagian pesawat yang berfungsi menghasilkan gaya
angkat. Wing terdiri atas beberapa bagian berikut :
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
1. Wingtip (winglet), merupakan bidang tambahan pada pesawatpesawat tertentu untuk mengurangi terjadinya turbulensi (aliran
vortex).
2. Low Speed Aileron, sebagai kemudi gerak bank dan roll dalam
kondisi gerakan pesawat yang lambat atau dalam kondisi terbang
dimana hanya dibutuhkan sedikit bank.
3. High Speed Aileron, digunakan dalam kondisi dimana memerlukan
respon gerak yang cepat dari aileron terhadap pergerakan bank
pesawat.
4. Flap track fairing, adalah batang/fairing yang dipasang untuk jalan
atau track dari flap agar ketika flap itu dikeluarkan maka akan
mengikuti tracknya.
5. Krüger flaps, yaitu flap yang terletak pada leading edge, yang
fungsinya sebagai penambah luas sayap dan memperbesar lift
namun juga sekaligus memperbesar drag.
6. Slats, merupakan flap yang terletak di leading edge dengan fungsi
yang sama.
7. Three slotted inner flaps, flap yang letaknya mendekati wing root.
8. Three slotted outer flaps, flap yang letaknya mendekati wingtip.
9. Spoilers, fungsinya ialah untuk mengurangi gaya lift sesaat setelah
mendarat.
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
10. Spoilers Air-brakes, spoiler yang berfungsi untuk mengurangi lift
dan memperbesar drag sehingga pesawat seperti direm karena
gerak pesawat tertahan oleh drag yang dihasilkan.
e. Ekor (tail) adalah bagian pesawat yang terdiri dari komponen struktur
dengan permukaan horizontal dan vertical befungsi sebagai stabilisator.
f. Elevator adalah bagian dari pesawat yang berfungsi untuk menaikkan atau
menurunkan hidung pesawat.
g. Rudder adalah bagian dari pesawat yang berfungsi membelokkan pesawat
kekanan atau kekiri.
h. Stabilizer adalah bagian dari pesawat yang menjaga agar pesawat stabil
terhadap arah angin.
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
H. Artikel Tentang Koefisien Lift
Helikopter adalah sebuah pesawat yang mengangkat dan terdorong oleh
satu atau lebih rotor (propeller) horizontal besar. Helikopter diklasifikasikan
sebagai pesawat sayap-berputar untuk membedakannya dari pesawat sayap-tetap
biasa lainnya. Kata helikopter berasal dari bahasa Yunani helix (spiral)
dan pteron (sayap). Helikopter yang dijalankan oleh mesin diciptakan oleh
penemu Slovakia Jan Bahyl.
Dibandingkan dengan pesawat sayap-tetap lainnya, helikopter lebih
kompleks dan lebih mahal untuk dibeli dan dioperasikan, lumayan lambat,
memiliki jarak jelajah dekat dan muatan yang terbatas. Sedangkan keuntungannya
adalah gerakannya; helikopter mampu terbang di tempat, mundur, dan lepas
landas dan mendaratsecara vertikal. Terbatas dalam fasilitas penambahan bahan
bakar dan beban/ketinggian, helikopter dapat terbang ke lokasi mana pun, dan
darat di mana pun dengan lapangan sebesar rotor dan setengah diameter.
Landasan helikopter disebut helipad.
Prinsip kerja Helikopter
Helikopter bisa terbang karena gaya angkat yang dihasilkan oleh aliran
udara yang dihasilkan dari bilah-bilah baling-baling rotornya. Baling-baling itu
yang mengalirkan aliran udara dari atas ke bawah. Aliran udara tersebut
sedemikian deras sehingga mampu mengangkat benda seberat belasan ton.
Teorinya sebenarnya cukup sederhana namun prakteknya rumit.
Airfoil
Pada dasarnya, prinsip dasar terbang dari pesawat bersayap tetap (fixed
wing) dengan helikopter yang dikenal juga pesawat bersayap putar pada dasarnya
tetap. Kuncinya ada pada dua kekuatan besar yang bekerja terpadu, menghasilkan
gaya angkat dan daya dorong yang besar.
Pada pesawat bersayap tetap Kekuatan pertama dihasilkan oleh aliran
udara di permukaan sayapnya yang membentuk sudut datang tertentu dengan flap
yakni sayap kecil di belakang sayap yang posisinya ditegakkan. Sehingga aliran
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
udara mengalir deras ke belakang bisa diarahkan balik ke atas. Udara yang
mengalir di permukaan sayap bagian bawah menekan permukaan sayap yang
relatif datar itu ikut menekan ke atas menimbulkan gaya angkat dan menyebabkan
pesawat terangkat ke atas. Paling kurang 15 persen dari seluruh gaya yang
dihasilkan, dipergunakan untuk mengangkat badan pesawat ke atas.
Kekuatan besar lainnya adalah gaya dorong yang dihasilkan aliran udara
yang ada di permukaan sayap bagian atas yang bentuknya relatif lengkung. Ketika
aliran udara yang dihasilkan oleh mesin mengalir ke belakang dan melalui sayap
utama maka aliran udara itu terpecah. Aliran udara yang mengalir di atas
permukaan sayap bagian atas lebih deras dari aliran udara yang menerpa di
permukaan sayap bagian bawah. Tetapi tekanan udara yang mengalir deras di atas
permukaan sayap atas, relatif lebih kecil dibanding dengan tekanan udara di
permukaan sayap bagian bawah yang justru alirannya kurang deras. Perbedaan
tekanan udara ini yang menyebabkan sayap pesawat terangkat ke atas. Untuk
membayangkan seberapa besar gaya angkat itu, secara teori menyebutkan bahwa
perbedaan tekanan udara sebesar 2.5 ounce per inci persegi dapat menghasilkan
gaya angkat 20 pound per kaki persegi ( 1 kaki = 20 cm). Bisa dihitung, kalau luas
sayap pesawat 1000 kaki persegi maka gaya angkat yang dihasilkan akan
mencapai 10 ton.
Pada helikopter, fungsi sayap digantikan oleh baling-baling yang setiap
baling-balingnya meski berukuran lebih kecil dari sayap pesawat biasa, namun
ketika diputar, curvanya relatif sama dengan sayap pesawat. Untuk mendapatkan
gaya angkat, baling-baling rotor harus diarahkan pada posisi tertentu sehingga
dapat membentuk sudut datang yang besar. Prinsipnya sama dengan pesawat
bersayap tetap, pada helikopter ada dua gaya besar yang saling memberi
pengaruh. Aliran udara yang bergerak ke depan baling-baling menekan balingbaling sehingga bilah baling-baling terdorong balik ke belakang menghasilkan
suatu gaya angkat kecil. Tetapi ketika ketika aliran udara bergerak cepat melewati
bagian atas dan bawah bilah-bilah baling-baling, tekanan udara yang besar di
antara baling-baling otomatis akan mengembang ke seluruh permukaan yang
bertekanan lebih rendah, menyebabkan baling-baling terdorong ke atas dan
helikopter pun terangkat. Yang perlu diingat, meski bilah-bilah baling-baling itu
hanya beberapa lembar, namun dalam keadaan berputar cepat, ia akan membentuk
suatu permukaan yang rata dan udara yang menekannya ke atas menimbukan
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
tekanan besar yang akhirnya menghasilkan gaya angkat yang besar pula. Prinsip
ini sama dengan fungsi propeler pada pesawat bermesin turboprop dan sama pula
dengan "kitiran" mainan anak-anak itu.
Beberapa helikopter yang digunakan dalam perang, seperti Mi-26
Hind misalnya dilengkapi dengan sayap kecil yang disebut canard, fungsi
pertamanya untuk meringankan beban rotor utama dan yang kedua untuk
meningkatkan laju kecepatan dan memperpanjang jangkauan jelajah. Fungsi lain
adalah sebagai gantungan senjata, rudal dan lain-lainnya. Dengan menambahkan
sayap pendek ini, maka perbedaan fungsional antara pesawat tetap dengan
helikopter menjadi samar. Pesawat bersayap tetap juga ada yang mampu terbangmendarat
secara
vertikal
(Vertical
Take-off
Landing/VTOL).Contonya, Harrier dari jenis Sea Harrier atau AV-8 Harrier.
Kelebihan pesawat bersayap tetap, terutama soal terbangnya karena
pesawat berjenis ini memiliki platform yang lebar sehingga relatif lebih stabil saat
melakukan penerbangan. Soal menerbangkannya, itu persoalan mengatur kemudi
guling pada sayap dan stabilizer tegak dan datar yang ada pada ekornya. Tetapi
pada Helikopter tidaklah demikian. Ketika bilah-bilah baling-baling rotornya
menghasilkan gaya angkat rotornya sendiri sendiri bekerja memindahkan udara di
atasnya ke bawah sebanyak banyaknya. Disaat itu berat udara yang dipindahkan
mengurangi berat helikopter sehingga helikopter itu terangkat. Dan bila helikopter
itu terangkat, berarti terjadi keseimbangan berat antara udara yang dipindahkan
dari atas ke bawah dengan bobot helikopternya. Untuk mengoperasikan helikopter
itu ada alat kemudi yang biasa disebutcollective pitch dan cyclic pitch masingmasing berfungsi sebagai pengatur gaya angkat dan pendorong helikopter untuk
melaju ke depan. Begitu sederhana cara kerjanya, tetapi mentransformasikannya
dalam sebuah teknologi sungguh pekerjaan yang sangat rumit.
Tail rotor
Begitu pula halnya dengan konfigurasi rotor, bukan hanya sekedar bisa
berputar lalu terbang dan mengambang. Sebab setap baling-baling diputar akan
selalu menimbulkan tenaga putaran yang disebut dengan istilah umum torque.
Untuk menghilangkan atau menangkal tenaga putar yang bisa menyebabkan
badan helikopter itu berputar, maka perlu dipasang antitorque.
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
Antitorque ini dapat berupa tail rotor atau rotor ekor yang dipasang pada
ekor pesawat yang juga berfungsi sebagai rudder. Konfigurasi ini dapat dilihat
pada helikopter umumnya seperti Bell-412, Bell-205 atau UH-1 Huey, atau NBO105, dan AS-330 Puma atau AS-335 Super Puma, AH-64 APACHE atau Mi-24
HIND. Selain menggunakan tail rotor, masih ada beberapa desai yang lain.
Misalnya yang menggunakan sistem tandem seperti yang digunakan pada
helikopter Boeing CH-47 Chinook atau CH-46 Sea Knight. Kedua rotor tersebut
yang bersama-sama berukuran besar masing-masing ditempatkan di depan dan di
belakang badan helikopter. Keduanya simetris namun memiliki putaran yang
berlawanan arah . Maksudnya untuk saling meniadakan efek putaran yang
ditimbulkan satu sama lain, intermesh dalam bahasa populernya. Cara lain adalah
dengan konfigurasi egg-beater. Konfigurasi rancang bangun seperti ini digunakan
pada helikopter Ka-25 Kamovbuatan Rusia atau Kaman HH-43 Husky. Kedua
baling-baling yang sama besarnya itu diletakkan dalam satu poros, terpisah satu
sama lain dimana yang satu diletakkan diatas rotor lainnya. Keduanya berputar
berlawanan arah. Maksudnya untuk menghilangkan efek putaran atau torque.
Selain ketiga cara diatas, dibuat juga konfigurasi tanpa rotor ekor.
Helikopter ini desebut NOTAR (No Tail Rotor) ini memiliki sistem yang sedikit
berbeda dengan sistem yang ada dimana memanfaatkan semburan gas panas dari
mesin utama yang disalurkan melalui tabung ekor. Contohnya adalah helikopter
MD-902 Explorer.
Rotor Aktif atau Tilt Rotor dan Sayap Aktif atau Tilt Wing
Tinggal landas dan mendarat ala helikopter tetapi berkarakter terbang
macam pesawat bersayap tetap merupakan konsep yang dianut oleh helikopter
jenis ini. Cara paling mudah adalah menggabungkan konsep kerja pesawat
helikopter dengan pesawat bersayap tetap dalam satu wujud.
Prinsip kerjanya secara teknis bila rotor utama diarahkan ke atas maka
gerakan vertikal yang dilakukan helikoter dapat dilakukan sedangkan saat rotor
diarahkan ke depan atau ke belakang (sebagai pursher atau pendorong) maka
karakter terbang seperti pesawat tetap dapat diperoleh. Gerakan rotor seperti ini
tidak perlu melibatkan sayap.
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
Sebenarnya pengembangan rotor aktif ini masih diliputi kegamangan,
masalahnya adalah sistem tadi bisa saja disebut pesawat bersayap tetap karena
memiliki sayap yang berlumayan besar, sekaligus memiliki ekor pesawat yang
berkonfigurasi dengan pesawat bersayap tetap biasa. Akhirnya konsep ini disebut
dengan konsep hybrid. Contoh helikopter ini adalah V-22 Osprey. Selain konsep
rotor aktif, ada pula konsep sayap aktif, dimana yang digerakkan bukanlah rotor
seperti pada rotor aktif melainkan sayap pesawatnya. Sementara mesin tetap pada
kedudukannya. Contoh helikopter ini adalah TW-68 yang dirancang oleh Ishida
Corporation, Jepang, Rancangan ini disebut-sebut sebut sebagai memiliki
rancangan yang lebih ringkas dibandingkan dengan rotor aktif hanya sayangnya
keberlanjutannya tidak begitu terdengar.
Kursi Lontar pada Helikopter
Dibandingkan pada pesawat biasa khususnya pesawat tempur, pesawat
helikopter umumnya tidak dilengkapi dengan kursi lontar. Hal ini disebabkan
karena masalah menghadapi rotor helikopter saat meluncurkan kursi lontar
sekaligus umumnya helikopter terbang lebih rendah sehingga lebih rentan. Namun
demikian pada helikopter Rusia, Kamov Ka-50 Hokum yang menggunakan kursi
lontar yang dirancang khusus seperti Zvesda K-37-800. Langkah kerjanya adalah
ketika kursi lontar diaktifkan, maka rotor diledakkan dan lepas dari
kedudukannya, kemudian kedua sisi atas kaca kokpit membuka dan roket penarik
aktif yang menarik pilot dan kirsinya keluar dari badan heli. Meski dirasa rumit,
Helikopter masa depan akan dilengkapi dengan kursi lontar
Penemuan Helikopter
Sebenarnya, perjalanan helikopter menjadi bentuk yang dikenal pada saat
ini memakan kurun waktu yang cukup panjang. Dalam perjalanannya, juga
melibatkan perkembangan teknologi dan juga para penemu serta pengembang
helikoter.
Helikopter pertama yang menerbangkan manusia adalah Helikopter
Breguet-Richet, tahun 1907. Heli ini terbang di Douai, Perancis pada 29
September 1907. Helikopter ini masih memperoleh bantuan dari empat orang
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
yang memegangi keempat kakinya. Upaya ini tidak memperoleh catatan baik
sebagai helikopter pertama yang terbang bebas. Walaupun demikian, helikopter
ini membuktikan keberhasilan teori terbang vertikal yang saat itu masih dianggap
sebagai teori. Ini merupakan mesin pertama yang bisa terbang dengan sendirinya
membawa seorang pilot secara vertikal sebagai akibat daya angkat sayap
putarnya. Heli ini menggunakan mesin Antoinette berkekuatan 50 hp.
Terbang heli sesungguhnya dilakukan oleh Paul Cornu menggunakan heli
bermesin ganda Antoinette 24 hp di Lisieux, Perancis pada 13 November 1907.
Penerbangan berlangsung 20 detik hingga ketinggian 0,3 Meter. Sedangkan
Helikopter berjenis Gyroplane pertama diraih oleh C4 Autogiro buatan Juan de la
Cierva. Autogiro terbang pertama pada 9 Januari 1923. Rahasia sukses pada
pengadopsian sistem flapping hinges joint the blades to the rotor head. Sementara
helikopter yang sukses terbang pertama dilakukan oleh jenis Fock Wulf FW61berotor ganda yang didesain oleh Professor Heinrich Focke pada tahun 19331934. Helikopter ini melakukan terbang perdananya pada 26 Juni 1936 dan
ditenagai oleh mesin Siemens-Halske Sh 14A bertenaga 160 hp. Heli ini
diterbangkan oleh Ewald Rohlfs. Heli ini mencatat rekor terbang sejauh 122,35
km dan lama terbang satu jam 20 menit 49 detik. Pada waktu lain ia terbang
hingga ketinggian 3427 meter dan rekor kecepatan 122 km/jam.
Pionir pengembang teknologi Helikopter
Leonardo da Vinci (1452-1519)
Leonardo da Vinci sebenarnya mengembangkan konsep terbang vertikal
yang sebelumnya merupakan mainan anak-anak dari dataran Cina, tidak jelas
sebenarnya sejak kapan mainan anak-anak ini dikembangkan disana dan siapa
inisiatornya atau penemunya. Pada tahun 1483 Leonardo da Vinci
mengembangkan konsep sekrup terbang.
Sir Goerge Cayley (1773-1857)
Sir George Cayley dikenal sebagai insinyur dan inovator dalam navigasi
udara dan aerodinamika. Salah satu yang dikenalkannya adalah istilah angle of
attack dalam dunia penerbangan. Dalam sejarah, dia merupakan sosok yang
mengembangkan pesawat sayap tetap dan pesawat layang atau glider namun
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
demikian dia mengembangkan sayap putar atau helikopter. Helikopter yang
diperkenalkannya merupakan kompilasi dari bahan kayu, bulu, gabus dan kawat.
Pada 1842, Cayley mendesain helikopter lebih baik , khususnya ketika
mengetahui bahwa putaran baling-baling dapat menimbulkan petaka sehingga
memerlukan penangkalnya. Teori penangkal ini juga dikemukakan olehnya. Agar
bisa terbang, helikpter ini menempatkan dua rotor yang bergerak berlawanan arah.
Meski helikopter rancangannya belum berwujud dengan helikopter yang
mengudara, konsep helikopternya dipakai oleh Kamov dari Rusia dan Focke
dari Jerman.
Nikolai Egorovich Zhikovsky (1847-1921)
Zhukovsky mengawali karier di dunia penerbangan dengan menekuni
matematika, hidrodinamika dan aerodinamika. Zhukovsky kemudian
menemukan terowongan
angin pertama
di
dunia
untuk
menguji
teknologi aerodinamika. Terjun dalam pengembangan helikopter pada tahun 1910
dan pada Perang Dunia I mengembangkan banyak pesawat terbang dan helicopter
Juan de la Cierva (1895-1936)
Cierva mengembangkan helikopter setelah pesawat pembom bersayap
ganda buatannya jatuh pada tahun 1919, alasannya adalah kestabilan helikopter
dianggapnya lebih tinggi. Dalam membangun rancangan helikopternya, Cierva
mengabaikan berbagai teori yang berkembang sebelumnya, dengan menggunakan
rancangan-rancangan baru buatannya yang didasarkan pada teori yang
dikembangkannya lewat berbagai eksperimen. Hasinya adalah Autogiro yang
merupakan konsep pesawat gado-gado antara pesawat terbang umumnya sehingga
bisa melakukan terbang landas secara vertikal, yang setengah pesawat terbang dan
setengah helikopter. Autogiro Cierva terbang pada 1923. Lima tahun kemudian
Cierva melakukan penerbangan keliling Eropa dengan Autogiro sejauh lebih dari
5000 km seraya berpromosi. Upayanya tidak sia-sia karena Autogiro
rancangannya banyak diminati sejumlah industri di Eropa. Cierva meninggal
dalam kecelakaan Autogiro diCroydon pada tahun 1936.
Igor Ivanovich Sikorsky (1889-1972)
Sikorsky menaruh minat pada penerbangan dengan merancang berbagai
pesawat model di antaranya berupa helikopter sejak usia dini. Pada awalnya dia
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
masuk Naval Academy di St. Petersburg yang kemudian mengundurkan diri dan
pergi ke Paris untuk mendalami ilmu teknik dan penerbangan. Setelah dari Paris,
dia kembali ke Kiev, Ukraina dan mengembangkan helikopter namun
gagal. Revolusi Bolshevik memaksaSikorsky hijrah ke Paris dan selanjutnya
menetap di Amerika Serikat.
Pada tahun 1939 dia menerbangkan helikopter pertamanya VS-300 dan
selama pengembangannya, helikopternya mencatat berbagai rekor penerbangan.
Sampai memasuki abad ke-21 ada sekitar 40.000 helikopter buatan Sikorsky
terbang diberbagai belahan dunia ini.
Sikorsky S-76C milik LG Electronics, Korea Selatan
Mikhail Mill (1909-1970)
Seperti halnya Sikorsy, Mill menaruh minat pada penerbangan diusia dini.
Dia memenangkan kompetisi pesawat model pada usia 12 tahun. Ia kemudian
masuk ke Insitut Aviasi diNovocherkassk dan mengembangkan autogiro
pertamanya dengan pengawasan dan bimbingan Kamov dan Skrzhinsky. Setelah
lulus pada 1931, dia masuk ke pusat aerodinamika Rusia TsAGi, dan disinilah
melakukan penelitian pada aerodinamika helikopter dengan penekanan pada
stabilitas dan desain rotor.
Pada tahun 1947, Mil diangkat menjadi kepala desain helikopter yang baru
dan memunculkan helikopter GM-1 yang dikenal menjadi Mi-1 Hare. Sukses
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)
Hare menuntun pengembangan helikopter selanjutnya yang sangat terkenal
seperti Mi-4, Mil Mi-6 Hook, Mi-8 dan lain-lain.
Yum Soemarsono (1916-1999)
Yum Soemarsono dikenal sebagai bapak helikopter Indonesia. Berbeda
dengan penemu dan pengembang helikopter lainnya, dia mengembangkan
helikopter sendiri berdasarkan pengalaman dan intuisi serta keterampilannya yang
tidak diperoleh dari pendidikan tinggi. Rancangannya berupa Rotor Stabilizer
dibuatnya hanya berdasarkan intuisi.
Helikopter pertama rancangannya adalah RI-H yang selesai pada tahun
1948 namun tidak sempat diterbangkannya karena lokasi pembuatannya
di Gunung Lawu dibom Belanda pada saat Revolusi Kemerdekaan Indonesia. Heli
kedua adalah YSH yang dirancang bersama Soeharto dan Hatmidji, selesai pada
tahun 1950 dan melayang setinggi 10 cm di lapangan Sekip Yogyakarta.
Sementara Helikopter ketiga adalah Seomarcopter yang berhasil terbang
ketinggian 3 meter sejauh 50 meter dengan mesin berdaya 60 hp pada 1954.
Helikopter ke empat adalah Kepik yang ironisnya mengalami kecelakaan dan
menyebabkan kehilangan tangan kirinya dan sekaligus menewaskan asistennya,
Dali. Nama kepik sendiri adalah nama pemberian presiden Republik Indonesia
pertama Soekarno.
Kehilangan tangan kirinya membuatnya menemukan suatu alat yang
dinamakan throttle collective device untuk mengganti tangan kirinya yang putus,
sehingga penerbang cacat masih mampu menerbangkan helikopter. Alat ini
digunakan untuk mengangkat dan memutar collective, salah satu kemudi yang
terletak pada sisi kiri penerbang. Semula hanya didesain untuk helikopter jenis
Hiller, namun kemudian dikembangkannya untuk dipakai pada helikopter Bell
47G dan Bell 47J2A, hadiah dari Solichin GP. Meski alat ini kemudian diminati
oleh pabrik helikopter Bell di Amerika Serikat, tidak ada kejelasan selanjutnya
mengenai pengembangan alat ini dan sekaligus juga hak patennya. Beliau
meninggal pada 5 Maret 1999.
LABORATORIUM MEKANIKA FLUIDA
JURUSAN MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS HASANUDDIN
KOEFISIEN LIFT (KL)