MENGAPA PESAWAT BISA TERBANG? (GAYA ANGKAT PESAWAT)

Secara kodrati manusia diciptakan untuk hidup di darat. Manusia tidak memiliki alat gerak yang bisa digunakan untuk terbang. Namun, burung-burung yang dapat terbang bebas di angkasa telah memberi inspirasi bagi manusia untuk menjelajah lebih jauh dari habitatnya. Kemampuan untuk terbang bebas di angkasa menjadi suatu simbol kebebasan dan lepas dari belenggu gravitasi.

Pada awalnya manusia menganggap bahwa untuk bisa terbang maka kita harus melakukannya sebagaimana burung terbang. Dan satu-satunya cara adalah dengan mengepakkan sayap seperti halnya burung. Atas dasar itu lah kemudian bermunculan para peloncat-peloncat menara dengan desain sayap yang mereka ciptakan sendiri. Mereka tidak hanya satu, tapi puluhan, dengan satu mimpi yang sama: terbang. Namun malang, tak ada satupun yang berhasil. Bahkan lebih banyak yang justru menemui ajal.
Orang sekaliber Leonardo da Vinci pun ikut terbawa oleh euforia impian terbang. Da Vinci pernah manciptakan suatu desain mesin terbang yang disebut ornitopter. Meskipun bukan alat yang berhasil membuat manusia dapat terbang, namun saya sangat kagum dengan desain ini. Berbeda dengan para peloncat menara, da Vinci tidak lah bodoh. Sebelum desainnya direalisasikan, ia segera meyadari bahwa tidak mungkin manusia -dengan tenaga yang dimilikinya- bisa melakukan pengendalian, mengepakkan sayap, dan navigasi dalam waktu bersamaan. Banyak waktu yang ia curahkan untuk sekedar mempelajari bagaimana burung-burung terbang.

Suatu pernyataan da Vinci yang begitu visioner adalah metode separasi. Sekitar 1500 tahun yang lalu da Vinci telah mengemukakan bahwa untuk bisa terbang cukuplah dilakukan dengan sayap tetap dan memberinya gaya dorong. Hal ini didasari dari hasil pengamatannya dari teknik burung untuk terbang. Menurutnya, sayap burung terdiri dari dua bagian yang memiliki fungsi masing-masing. Bagian pangkal sayap burung yang relatif tetap (fixed) berfungsi membangkitkan gaya angkat. Sedangkan bagian ujung sayap burung berfungsi untuk mengepak dan membangkitkan gaya dorong. Separasi gaya menjadi gaya angkat dan gaya dorong inilah yang sampai sekarang dipakai untuk menciptakan mesin terbang.

Lalu bagaimana pesawat udara dapat terbang? Adalah suatu yang salah jika kita berfikir bahwa mesin (engine) lah menyebabkan pesawat dapat terbang. Pada dasarnya, sayap lah yang memberi gaya angkat yang dibutuhkan untuk terbang, sedangkan engine hanya memberi gaya dorong (thrust) untuk bengerak maju. Jadi, kesimpulan mudahnya adalah bahwa pesawat udara (bukan pesawat antariksa) dapat terbang karena memiliki sayap.

Pertanyaan selanjutnya, bagaimana gaya angkat (lift) dapat terbangkit di sayap? Secara mudah dapat dijelaskan bahwa gaya angkat terbangkitkan karena ada perbedaan tekanan di permukaan atas dan permukaan bawah sayap. Bentuk airfoil sayap diciptakan sedemikian rupa agar tercipta karakteristik aliran yang sesuai dengan keinginan. Singkatnya, gaya angkat akan ada jika tekanan dibawah permukaan sayap lebih tinggi dari tekanan diatas permukaan sayap. Perbedaan tekanan ini dapat terjadi karena perbedaan kecepatan aliran udara diatas dan dibawah permukaan sayap. Sesuai hukum Bernoulli semakin cepat kecepatan aliran maka tekanannya makin rendah. Besarnya gaya angkat yang dibangkitkan berbanding lurus dengan luas permukaan sayap, kerapatan udara, kuadrat kecepatan, dan koefisien gaya angkat.

Jadi, untuk pesawat udara, engine berfungsi memberikan gaya dorong agar pesawat dapat bergerak maju. Akibat gerak maju pesawat maka terjadi gerakan relatif udara di permukaan sayap. Dengan bentuk geometri airfoil tertentu dan sudut serang sayap (angel of attack) tertentu maka akan menghasilkan suatu karakteristik aliran udara dipermukaan sayap yang kemudian akan menciptakan beda tekanan dipermukaan atas dan permukaan bawah sayap yang kemudian membangkitkan gaya angkat yang dibutuhkan untuk terbang.

Untuk memahami hal ini kita harus mengerti bahwa ada 4 gaya yang bekerja pada pesawat udara selama penerbangan yaitu Gaya angkat ( LIFT) atau gaya keatas, Gaya berat ( WEIGHT ) atau gaya kebawah, selanjutnya Gaya maju ( THRUST ) serta Gaya kebelakang ( DRAG ).

Dua gaya berikut dapat mudah dipahami. Gaya berat ( WEIGHT ) bekerja menarik benda kembali ke bumi, sebagai contoh apabila kita melemparkan batu ke atas maka akan jatuh. Selanjutnya apabila kita mengendarai sepeda, maka terasa hambatan dari depan.

Ada 2 gaya lain yang bekerja pada pesawat selama diudara yaitu LIFT dan THRUST yang keduanya merupakan kunci untuk penerbangan. Gaya-gaya tersebut oleh para perancang pesawat diperhitungkan untuk mengatasi DRAG dan WEIGHT. Gaya angkat ( LIFT ) dihasilkan oleh permukaan sayap yang dirancang agar tekanan udara diatas permukaan lebih kecil dari bagiah bawah.

Gaya-gaya lain yang bekerja untuk menjaga agar pesawat tetap berada di udara yaitu THRUST. Gaya ini menarik pesawat kearah depan, biasanya gaya ini diperoleh dari putaran baling-baling ( PROPELLER ) mesin atau dorongan mesin jet.
Gaya maju ( THRUST ) dan gaya angkat ( LIFT ) akan bekerja bersamaan untuk menarik pesawat kearah depan dan meninggalkan darat.


SAYAP

Sebuah pesawat terbang memberikan gaya angkat yang dibutuhkan untuk terbang. Gaya angkat terjadi oleh aliran udara dari bagian depan di sekitar sayap. Kuncinya terletak pada bentuk dari sayap: yang melengkung pada bagian atas dan relatif rata pada bagian bawah. Ini artinya aliran udara yang melintas pada bagian atas berbeda dengan bagian bawah dari sayap.

Saat udara menerpa bagian atas sayap, menyebabkan aliran melintas menjauhi sayap. Karena bentuk lengkungan pada sayap pada bagian atas menyebabkan daerah tekanan rendah tercipta. Perbedaan tekanan bagian atas dan bagian bawah akan menciptakan gaya angkat pada sayap.


MESIN JET

Untuk bergerak ke depan melintasi udara pesawat terbang menggunakan daya dorong yang dihasilkan mesin. Hampir semua pesawat terbang komersial menggunakan mesin jet yang biasa disebut turbofans. Turbofans adalah salah satu dari keluarga mesin yang disebut mesin turbin gas.

Udara dingin dimasukan pada bagian depan dengan menggunakan sudu-sudu besar (biasanya berdiameter lebih dari 3 meter). Udara yang dimasukkan ke dalam mesin dan menekan ke luar dengan menghasilkan gaya dorong.

Udara mengalir melalui sudut-sudut pada mesin yang biasa disebut kompresor. Kompresor menekan udara dan mengalir ke ruang pembakaran dengan menaikan tekanannya terlebih dahulu. Di dalam ruang pembakaran, udara dicampur dengan bahan bakar kemudian dibakar menyebabkan letupan yang terkendali. Panas yang terjadi pada ruang pembakaran menyebabkan adanya ekspansi termal yang sangat cepat dan keluar ke bagian belakang mesin. Saat keluar dari ruang pembakaran udara panas melintasi turbin menghasilkan gaya dorong. Turbin yang terhubung akan berputar agar kompresor dapat bekerja memasukan udara dingin pada bagian depan, sehingga proses tersebut dapat dilakukan berulang-ulang secara kontinu.


PENGENDALI

Pada saat terbang pilot harus mengubah bentuk sayap agar pesawat dapat dikendalikan. Untuk melakukan ini dia memakai bagian sayap yang dapat digerakan yang biasa disebut permukaan control. Ini akan mengubah perggerakan udara yang melintas pada permukaan sayap dan juga mengubah arah penerbangan.

Untuk melakukan gerakan ke turun atau naik, tuas pilot menggerakan panel pada bagian ekor yang biasa disebut elevator. Jika tuas pilot digerakan ke belakang maka panel pada bagian depan elevator akan naik dan menyebabkan aliran udara menekan bagian ekor ke atas sehingga pesawat akan naik. Jika tuas pilot digerakan ke depan maka panel pada bagian depan elevator akan turun dan menyebabkan aliran udara menekan bagian ekor ke bawah sehingga pesawat akan turun.

Untuk menggerakan pesawat agar pesawat miring terhadap permukaan bumi, pilot menggerakan panel pada bagian ujung dari sayap yang disebut ailerons. Untuk tuas pilot ke kiri akan menggerakan ailerons bagian kiri ke atas akan menyebabkan sayap sebelah kiri turun. Pada saat yang sama, ailerons pada sayap kanan bergerak ke bawah menyebabkan sayap sebelah kanan ke atas. Kombinasi dua gaya akan menyebabkan gerakan bidang pesawat miring terhadap permukaan bumi. Demikian pula, untuk kasus tuas pilot digerakan ke kanan akan meggerakan pesawat miring ke kanan terhadap permukaan bumi.
Saat membelok, pilot juga menggunakan stabiliser vertikal pada bagian ekor pesawat. Saat belok ke kiri, stabiliser bergerak ke kiri. Bagian ekor ini berbentuk seperti sebuah sayap terletak pada vertikal terhadap bidang pesawat, yang dapat digerakan ke kanan dan ke kiri. Sehingga dapat membantu pembelokan pesawat ke kanan dan ke kiri.
Saat melakukan take off bagian flaps membuat daerah permukaan sayap lebh besar dan lebih lengkung, sehingga memberikan daya angkat lebih pada sayap.


STABILITAS PESAWAT ATAU MODEL

Stabilitas pesawat atau model adalah kemampuan untuk kembali ke posisi tertentu dalam suatu penerbangan ( setelah mendapat gangguan atau kondisi yang tidak normal ) . Pesawat atau model dapat menjadi stabil dalam keadaan tertentu dan tidak karena kondisi lainnya. Sebagai contoh suatu pesawat dapat stabil dalam keadaan terbang normal ( STRAIGHT and LEVEL ) tetapi menjadi tidak stabil dalam keadaan posisi terbang terbalik ( INVERTED FLIGHT ), demikian sebaliknya.
Seringkali terjadi kerancuan antara stabilitas dengan keseimbangan ( BALANCE ) atau Trim. Pengujian keseimbangan dan trim dilakukan agar pesawat dapat mencapai kondisi yang stabil yang berhubungan erat dengan faktor keselamatan.

Untuk seorang aeromodeller , bagaimanapun dengan tingkat kehatian-hatian yang sangat tinggi dan baik dalam membuat suatu model, hasil akhir yang telah diselesaikan harus selalu diuji ulang tingkat presisi dan akurasinya, dan berarti pengujian Keseimbangan dan Alignment dilaksanakan sebelum model diterbangkan . Hal ini harus diterapkan untuk semua jenis, khususnya model terbang bebas ( Free Flight Model - F1 Classes ).

Keseimbangan adalah hal yang paling penting, dan harus yang diperiksa pertama kali. Untuk model yang telah dipublikasikan atau model yang telah dijual dalam bentuk kit, biasanya titik keseimbangan ini diberi tanda dengan CG ( Centre of Gravity ).
Cara yang paling mudah dan umum dilakukan untuk menguji keseimbangan adalah dengan memberi tanda pada bagian bawah kedua ujung sayap yang segaris dengan titik berat juga pada bagian depan dan belakang dari badan pesawat, kemudian angkat pesawat pada titik-titik tersebut dengan ujung jari. Apabila keseimbangan model berada pada posisi Horizontal, berarti titik keseimbangannya benar. Apa bila tidak, maka harus ditambahkan beban atau yang populer dengan Ballast di bagian depan ( Nose ) atau ekor ( Tail ) suatu model .

Hal ini memiliki akurasi yang baik untuk berbagai tujuan, khususnya untuk model yang memiliki karatersitik perbedaan yang kecil dalam keseimbangan dan tidak merupakan hal yang kritis serta memiliki kondisi stabilitas yang dapat diatur ( Trim ). Untuk model yang memiliki ukuran yang lebih besar dan kebutuhan keseimbangan yang tinggi, hal tersebut tidak dapat diterapkan.

Perlu diingat juga bahwa pengujian keseimbangan harus dilakukan untuk model dalam keadaan lengkap ( semua bagian terpasang ) dan siap terbang, walaupun bahan bakar tidak termasuk yang dihitung dalam model yang menggunakan mesin. Paling tidak keadaan ini memenuhi persyaratan dan memberikan gambaran seutuhnya mengenai keseimbangan.

Umumnya model yang telah dibuat, posisi sayap ( WING ) dan horizontal stabilizer ( STABILO/ELEVATOR ) harus dicek. Saat ini kebanyakan modeller menggunakan pandangan ( SIGHTING by EYE ) untuk menentukan apakah posisi sayap dan stabilo membentuk sudut siku dengan badan pesawat ( FUSELAGE ), dianjurkan untuk menggunakan peralatan sebenarnya yang presisi dalam menentukan posisi tersebut.

Sebagai contoh dapat digunakan jarum pentul dan benang. Jarum tersebut diletakkan di bagian depan ( NOSE ) dan belakang ( TAIL ). Kemudian ditarik benang dari pin bagian depan ke ujung ( TIP ) kanan dan kiri stabilo. Untuk sayap, ditarik benang dari pin belakang ke ujung sayap ( WING TIP ) kiri dan kanan.

Melihat dari pesawat bagian belakang juga salah satu cara yang cukup efektif untuk menguji keseluruhan proses . Untuk memperbaiki kesalahan dalam apabila posisi sayap, badan dan bagian ekor tidak benar, maka yang pertama kali yang dilakukan cari yang salah. Pada kenyataannya apa bila terjadi kesalahan kecil pada sayap terhadap badan maka hal yang termudah adalah menyesuaikan posisi stabilo.

Pengujian terbang dan trim dilakukan agar suatu model dapat terbang mulus dan aman. Penyesuaian yang baik dari seluruh komponen pesawat di gunakan untuk mencapai hasil yang terbaik dari kinerja pesawat model, khususnya model yang dirancang untuk berprestasi tinggi. Hal ini membutuhkan perhatian khusus, pengalaman yang baik dan know-how tentang model yang dibuat.


AERODINAMIKA PESAWAT TERBANG

Pada prinsipnya, pada saat pesawat mengudara, terdapat 4 gaya utama yang bekerja pada pesawat, yakni gaya dorong (thrust T), hambat (drag D), angkat (lift L), dan berat pesawat (weight W). Pada saat pesawat sedang menjelajah (cruise) pada kecepatan dan ketinggian konstan, ke-4 gaya tersebut berada dalam kesetimbangan: T = D dan L = W. Sedangkan pada saat pesawat take off dan landing, terjadi akselerasi dan deselerasi yang dapat dijelaskan menggunakan Hukum II Newton (total gaya adalah sama dengan massa dikalikan dengan percepatan).

Pada saat take off, pesawat mengalami akselerasi dalam arah horizontal dan vertikal. Pada saat ini, L harus lebih besar dari W, demikian juga T lebih besar dari D. Dengan demikian diperlukan daya mesin yang besar pada saat take off. Gagal take off bisa disebabkan karena kurangnya daya mesin (karena berbagai hal: kerusakan mekanik, human error, gangguan eksternal, dsb), ataupun gangguan pada sistem kontrol pesawat.