Mengapa Pesawat Bisa Terbang.docx

Daftar Isi DAFTAR ISI.........................................................................................................2 BAB I PENDAHULUAN......................................................................................3 BAB II PEMBAHASAN.......................................................................................4 BAB III PENUTUP................................................................................................31 DAFTAR PUSTAKA...........................................................................................32

2

BAB I PENDAHULUAN Dengan menyebut nama Allah SWT yang Maha Pengasih lagi Maha Panyayang, Kami panjatkan puja dan puji syukur atas kehadirat-Nya, yang telah melimpahkan rahmat, hidayah, dan inayah-Nya kepada kami, sehingga kami dapat menyelesaikan

makalah

bagaimana

pesawat

bisa

terbang.

Makalah ilmiah ini telah kami susun dengan maksimal dan mendapatkan bantuan dari berbagai pihak sehingga dapat memperlancar pembuatan makalah ini. Untuk itu kami menyampaikan banyak terima kasih kepada semua pihak yang telah

berkontribusi

dalam

pembuatan

makalah

ini.

Terlepas dari semua itu, Kami menyadari sepenuhnya bahwa masih ada kekurangan

baik

dari

segi

susunan

kalimat

maupun

tata

bahasanya.

Akhir kata kami berharap semoga makalah bagaimana pesawat bisa terbang dapat

memberikan

manfaat

maupun

inpirasi

terhadap

Surabaya, 10

pembaca.

April

2018

Ahmad Syaifudin F.

3

BAB II PEMBAHASAN Hukum Yang Berlaku Pada Pesawat Seperti yang kita ketahui bahwasannya agar pesawat bisa terbang terkait dengan beberapa hukum fisika. Berikut adalah hukum-hukum yang berlaku sehingga menyebabkan pesawat bisa terbang: Hukum Bernoulli 1. Penjelasan Hukum Bernoulli Prinsip Bernoulli menyatakan bahwa semakin tinggi kecepatan fluida (untuk ketinggian yang relatif sama), maka tekanannya akan mengecil sehingga terjadi perbedaan antara tekanan udara dibawah sayap dengan tekanan udaraa diatas sayap. Hal tersebut yang menciptakan gaya angkat. Selain itu, Sayap pesawat juga memiliki kontur potongan melintang yang unik yaitu airfoil.

Pada airfoil, permukaan atas sedikit melengkung membentuk kurva cembung, sedangkan permukaan bawah relatif datar. Bila udara mengenai kontur ini, maka udara bagian atas akan memiliki kecepatan lebih tinggi daripada udara bagian bawah.

Gambar. Penampang dan diagram aliran angin di sekeliling sayap pesawat

4

Selain itu jika kita mengmati penampang melintang sayap pesawat, kita dapati bahwa bidang sayap pesawat tidaklah sejajar dengan tubuh pesawat, tetapi agak miring di bagian depan (yang disebut sebagai angle of attack) dengan sudut sekitar 4 derajat untuk pesawat-pesawat kecil. Dengan bentuk seperti ini, udara yang dilintasi pesawat akan sedikit ‘tertahan’ di bagian bawah sayap, yang akhirnya mendorong sayap ke atas. Prinsip-prinsip inilah, dengan sedikit kontribusi prinsip Bernoulli, yang menjadi faktor utama di balik terbangnya sebuah pesawat. Berikut adalah tinjuauan berdasarkan hukum bernoulli pada pesawat : Tinjau dengan hukum Bernoulli : Ø Laju aliran udara pada sisi atas pesawat (v2) lebih besar dibanding laju aliran udara pada sisi bawah pesawat (v1). Maka sesuai dengan Hukum Bernoulli, maka tekanan udara pada sisi bawah pesawat (p1) lebih besat dari tekanan udara pada sisi atas pesawat (p2). Ø Syarat agar pesawat bisa terangkat, maka gaya angkat pesawat (Fa) harus lebih besar dari gaya berat (W=mg), Fa > mg. Ketika sudah mencapai ketinggian tertentu, untuk mempertahankan ketinggian pesawat, maka harus diatur sedemikian rupa sehingga : Fa = mg. Ø Jika pesawat ingin begerak mendatar dengan percepatan tertentu, maka : gaya dorong harus lebih besar dari gaya hambat (fd > fg), dan gaya angkat harus sama dengan gaya berat, (Fa=mg). Ø Jika pesawat ingin naik/menambah ketinggian yang tetap, maka gaya dorng harus sama dengan gaya abat (fd = fg), dan gaya angkat harus lebih besar dari gaya berat (Fa=mg). 2. Penerapan Konsep hukum bernoulli pada sayap pesawat terbang

5

Gaya angkat pada sayap pesawat terbang dengan menggunakan persamaan bernoulli. Penampang sayap pesawat terbang mempunyai bagian belakang yang lebih tajam dan sisi bagian yang atas lebih melengkung daripada sisi bagian bawahnya. Bentuk ini menyebabkan aliran udara di bagian atas lebih besar daripada di bagian bawah (v2 > v1).

Gambar. Menunjukkan v2>v1 Dari persamaan Bernoulli kita dapatkan : P1 + ½ r.v12 + r g h1 = P2 + ½ r.v22 + r g h2 Ketinggian kedua sayap dapat dianggap sama (h1 = h2), sehingga r g h1 = r g h2. Dan persamaan di atas dapat ditulis : P1 + ½ r.v12 = P2 + ½ r.v22 P1 – P2 = ½ r.v22 - ½ r.v12 P1 – P2 = ½ r(v22 – v12)

6

Dari persamaan di atas dapat dilihat bahwa v2 > v1 kita dapatkan P1> P2 untuk luas penampang sayap F1 = P1 . A dan F2 = P2 . A dan kita dapatkan bahwa F1 > F2. Beda gaya pada bagian bawah dan bagian atas (F1 – F2) menghasilkan gaya angkat pada pesawat terbang. Jadi, gaya angkat pesawat terbang dirumuskan sebagai : F1 – F2 = ½ r A(v22 – v12) Dengan r = massa jenis udara (kg/m3) Dari persamaan di atas dapat diketahui bahwa pesawat terbang dapat terangkat ke atas jika gaya angkat pesawat lebih besar daripada berat pesawat. Jadi, apakah suatu pesawat dapat terbang atau tidak tergantung dari berat pesawat, kelajuan pesawat, dan ukuran sayapnya. Makin besar kecepatan pesawat, makin besar kecepatan udara, dan ini berarti gaya angkat pesawat makin besar. Demikian pula, makin besar ukuran sayap, semakin besar pula gaya angkatnya. Supaya pesawat dapat terangkat, gaya angkat harus lebih besar daripada berat pesawat

( F1 - F2 > mg ). jika telah berada pada ketingian tertentu dan

pilot ingin mempertahankan ketingianya ( melayang di udara), maka kelajuan pesawat harus diatur sedemikian rupa sehingga gaya angkat sama dengan gaya berat pesawat ( F1 - F2 = mg ). Hukum 3 Newton Hukum III Newton menekankan pada prinsip perubahan momentum manakala udara dibelokkan oleh bagian bawah sayap pesawat.

Dari prinsip aksi reaksi, muncul gaya pada bagian bawah sayap yang besarnya sama dengan gaya yang diberikan sayap untuk membelokkan udara. Bentuk sayap

7

air foil membuat udara yang mengalir di atas ‘diarahkan’ sehingga secara umum lebih banyak udara yang dihembuskan ke arah bawah”. Dari fakta ini, sesuai hukum III Newton, dengan adanya udara yang dihembuskan ke bawah oleh sayap, udara di bawah pesawat akan ‘balas mendorong’ pesawat sehingga pesawat bisa terangkat.

Efek Coanda Efek koanda adalah kecenderungan dari tekanan zat cair yang selalu tersambung dengan permukaan membengkok yang berdekatan. Prinsipnya diberi nama dari Orang Romania Henry Coanda, yang pertama kali mengenali pemanfaatan dari fenomena tersebut untuk pengembangan pesawat terbang. Efek Coanda menekankan pada beloknya kontur udara yang mengalir di bagian atas sayap. Bagian atas sayap pesawat yang cembung memaksa udara untuk mengikuti kontur tersebut. Pembelokan kontur udara tersebut disebabkan karena adanya daerah tekanan rendah pada bagian atas sayap pesawat sehingga membuat udara mengalir dari tekanan tinggi menuju ke tekanan yang lebuh rendah dan perbedaan tekanan tersebut menciptakan perbedaan gaya yang menimbulkan gaya angkat. Efek coanda tersebut merupakan “teori” mengapa pesawat bisa terbang walau terbuat dari besi dan dengan bobot yang besar. Prinsip ini telah diaplikasikan pada pesawat AN-74 demgan konstruksi high wing dan engine yang diletakkan di bagian atas pesawat. Dengan cara tersebut, pesawat An-74 mendapat extra lift sehingga membuat pesawat memiliki kemampuan STOL (Short Take Off and Landing).

8

Gambar. AN-74 dan C-17 Globemaster II Pada AN-74, semburan jet sengaja dilewatkan ke atas permukaan convex (lengkung, cembung). Sayap itulah yang membuktikan adanya fenomena aliran udara yang menempel erat dan rapat mengikuti permukaan lengkungnya sampai ke trailing edge. Ini membuat tekanan udara turun drastis di atas sayap, sehingga mampu menarik sayapnya ke atas semakin kuat. Untuk mendapatkan efek ini selain dengan memanfaatkan semburan dari mesin jet, bisa juga dengan cara lainnya, misalnya dengan teknologi CCW (Circulation Control Wing) seperti yang sekarang diaplikasikan pada banyak produk pesawat, seperti C-17 Globemaster II yang saat ini jadi tulang punggung armada angkut militer AUAmerika. ‘Coanda Effect’ dalam Pesawat Terbang Beberapa pemanfaatan lain Coanda Effect selain di dunia penerbangan ternyata juga di bidang teknologi maritim dan otomotif seperti dalam desain kapal Hydrofoil, mobil balap F1 (Formula One), bahkan juga di bidang kedokteran serta banyak di bidang industri dan teknologi lainnya.

Drag Drag adalah gaya hambat yang yang dikarenakan adanya gesekan dan tahanan antara permukaan pesawat (wing, fuselage, dan objek yang berada di pesawat) dengan udara. Drag merupakan komponen gaya aerodinamika yang sejajar dengan kecepatan terbang pesawat, tetapi arahnya berlawanan (searah dengan relative wind). Drag itu sendiri terdiri dari 2 jenis, yaitu induced drag dan parasite drag. 1. Induced Drag Induced drag (Di) merupakan gaya tahan yang terjadi karena adanya gaya angkat atau lift karena adanya perputaran aliran udara yang membelok atau biasa disebut wing vortex disekitar permukaan sayap, perputaran udara ini akan menghasilkan lift pada pesawat. 9

Gambar. Vortex pada pesawat. Induced drag (Di) biasanya terjadi pada saat pesawat sedang tinggal landas dan juga pada waktu mendarat, yaitu pada harga cl atau α yang tinggi atau dengan kata lain pada kecepatan rendah.

10

Grafik induced drag (Di) versus kecepatan Grafik diatas merupakan grafik hubungan antara gaya tahan karena gaya angkat atau induced

drag dengan

kecepatan.

Dari

grafik

diatas

dapat

dilihat

bahwa drag karena gaya angkat akan turun dengan naiknya kecepatan, dengan kata lain induced dragberbanding terbalik dengan kecepatan. 2. Parasit Drag Parasit drag (Dp) merupakan gaya hambat yang terjadi karena adanya gesekan antara permukaan pesawat. Ada lima jenis parasit drag, yaitu : 1. Skin friction drag atau gaya hambat gesekan kulit, terjadi karena adanya gesekan viskos yang terjadi dalam lapisan batas atau boundary layer. Kehalusan kulit atau permukaan akan berpengaruh besar pada tahanan ini. 2. Form drag atau gaya hambat bentuk, terjadi karena bentuk dari pesawat itu sendiri dan besarnya form drag tergantung dari bentuk besar kecil pesawat dan komponen-komponen tambahan yang dipasang pada pesawat tersebut. 3. Interference drag atau gaya hambat interferensi, terjadi karena interferensi lapisan batas dari berbagai bagian pesawat terbang. Misalnya pada sambungan antara bagian-bagian dari pesawat seperti sambungan rivet pada fuselage, wing,

11

dan bagian-bagian lainnya. Besar kecilnya interference drag tergantung dari kehalusan sambungan tersebut. 4. Leakage drag atau gaya hambat kebocoran, terjadi karena adanya perbedaan tekanan antara bagian dalam dan bagian luar dari pesawat terbang. 5. Profile drag atau gaya hambat profil, biasa terdapat pada helikopter. Profile dragterjadi karena adanya rotor yang bergerak dan berputar.

Grafik

parasit drag versus

kecepatan Grafik diatas merupakan grafik hubungan antara parasit drag dengan kecepatan terbang pesawat. Dari grafik dapat dilihat bahwa parasit drag berbanding lurus dengan kecepatan, yaitu akan bertambah besar dengan bertambahnya kecepatan. Berbeda dengan induced drag yang berbanding terbalik dengan kecepatan. Dan

untuk

gaya

hambat

total

didapat

dengan

menjumlahkan induced

drag dan parasit drag. Lift Gaya Lift atau biasa disebut gaya angkat adalah gaya yang mengangkat suatu bendakeatas yang terjadi karena tekanan dibawah benda lebih besar daripada tekanan diatasbenda. Gaya angkat ini sebagian besar ditimbulkan pada sayap

12

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 mengalir di sekitar sayap tersebut. Secara mudahnya, gaya angkat pesawat dapat dirumuskan sebagai berikut. FL = Cl ρ/2 V^2A Keterangan : FL

= Gaya angkat (N)

CL

= Koefisien gaya lift

ρ

= Massa jenis fluida (kg/m3)

V

= Kecepatan aliran fluida (m/s)

13

A

= Luas permukaan benda (m2)

Tekanan yang dihasilkan pada percobaan lift, diantaranya yaitu: 1.

Tekanan Statis

Tekanan statis adalah tekanan yang tegak lurus terhadap aliran fluida, dimana kecepatannya (v) konstan. Bila mengukur tekanan ini harus dijaga agar alirannya tidak terganggu.Cara yang paling tepat untuk melakukan hal ini adalah dengan mengukur melalui sebuah lubang didepan. 2.

Tekanan Stagnasi

Tekanan stagnasi adalah tekanan yang searah dengan arah aliran fluidanya dimana kecepatannya mendekati nol (v ≈ 0). Untuk mengukur tekanan ini, ditempat aliran itu diperlambat hingga v = 0 m/s. Selisih antara Pstag dan Pstatis ditentukan sebagai ukuran kecepatan alirannya.

Arah Lift Kita harus pahami terlebih dahulu bahwa untuk mempertahankan pesawat tetap di udara dalam keadaan stabil dan flight level, pesawat perlu menghasilkan sejumlah gaya ke arah atas demi menyeimbangkan gaya berat ke arah bawah dari pesawat itu sendiri. Nah gaya ke arah atas inilah yang disebut dengan lift.

14

Ini merupakan gambaran umum untuk gaya – gaya yang bekerja pada pesawat udara

dalam

keadaan steady

level

flight,

dimana lift seimbang

dengan weight dan thrust(yang dihasilkan oleh engine) seimbang dengan drag. Namun sebuah pesawat tidaklah selalu terbang pada keadaan steady dan level, karena dibutuhkan juga lift yang tidak selalu sama dengan weight atau tidak selalu bekerja secara vertical upwards contohnya pada saat dive (menukik kebawah).

15

Untuk arah gaya aerodinamika, lift yang tegak lurus pada sudut arah penerbangan (flight direction atau fligh path) relatif terhadap udara dan sumbu wing, oleh karena itu lift tidaklah selalu bekerja secara vertical upwards dengan catatan dan harus selalu diingat bahwa sebuah pesawat tidaklah selalu terbang normal searah dengan arah penerbangan. Sesuai dengan gambar yang dijelaskan diatas kita mendefinisikan lift secara umum membentuk sudut dengan arah penerbangan. Harus diingat juga bahwa dalam keadaan steady level flight saja lift persis mempunyai besaran yang sama dengan weight dan bekerja secara vertical upwards. Wing Konvensional Pada pesawat konvensional atau pesawat klasik hampir seluruh lift yang dihasilkan berasal dari komponen wing. Namun tail atau bagian ekor pesawat yang

dimaksudkan

untuk stability dan control

secara

normal

juga

akan

menghasilkan sedikit negatif liftatau biasa juga disebut dengan downforce.

16

Pergerakan Pesawat dan Pegerakan Udara Sebelum kita memulai tentang upaya menghasilkan lift, kita ketahui bahwa gaya aerodinamika dapat dihasilkan melalui interaksi antara pesawat yang bergerak dengan kecepatan tertentu terhadap udara yang stasioner (diam) atau sebaliknya yaitu melalui antara udara yang bergerak pada kecepatan tertentu terhadap pesawat yang stasioner seperti contoh pada eksperimen wind-tunnel. Seperti

contoh

gambar

dibawah

bagian flat atau symmetrical yang

ini

benda

dengan

diam

akan

menghasilkan lift jika inclined (dicondongkan) terhadap arah aliran udara yang bergerak dengan kecepatan tertentu.

Generation of Lift Untuk pesawat terbang dengan tipe wing manapun lift tetap dihasilkan akibat dari perbedaan tekanan yang terjadi antara wing bagian bawah dan bagian atas, dimana tekanan

yang

terjadi

pada

permukaan wing bagian

bawah

lebih

besar

dibandingkan dengan tekanan yang terjadi pada permukaan wing bagian atas. Untuk menghasilkan perbedaan tekanan ini dibutuhkan permukaan benda yang mempunyai bagian flatatau symmetrical yang dicondongkan atau dinklinasikan terhadap relatif aliran udara yang bergerak seperti pada contoh gambar sebelumnya

atau

dengan

cara

benda flat atau symmetrical menjadi

lain

yakni

mengubah

bentuk

bentuk curve atau camber, dengan

17

menggunakan bentuk ini maka perbedaan tekanan dapat dihasilkan tanpa harus mencondongkan benda tersebut terhadap relatif aliran udara yang bergerak.

Bentuk curve atau camber inilah

yang

merupakan

profil cross-

sectional daripada wingsebuah pesawat terbang yang membuat pesawat bisa mengudara, bentuk ini biasa disebut dengan airfoil (nanti kita akan membahas pada

postingan

selanjutnya

tentang airfoil secara

lengkap).

Variasi

bentuk airfoil yang akan digunakan disesuaikan dengan kebutuhan pesawat untuk untuk speed range dan kebutuhan operasional lainnya.

Yang

menjadi

permasalahan

adalah

mengapa

bentuk

demikian

(curve atau camber) menghasilkan perbedaan tekanan ketika bergerak melalui

18

medium udara.Kesimpulan ini didapat melalui eksperimen awal dimana kecepatan aliran udara yang mengalir pada permukaan bagian atas benda ternyata lebih besar dibandingkan dengan permukaan bagian bawah. Nah dari penjelasan ini dapat diasosiasikan bahwa naiknya nilai kecepatan aliran udara berhubungan dengan turunnya nilai tekanan, sehingga tekanan yang lebih tinggi pada bagian permukaan bagian bawah wing diasosiasikan dengan rendahnya nilai kecepatan aliran udara yang mengalir. Oleh karena itu dapat ditarik kesimpulan bahwa fenomena perbedaan kecepatan aliran udara yang terjadi pada bagian permukaan atas dan permukaan bawah pada wing menyebabkan perbedaan tekanan yang mana akan menghasilkan lift. Sebelum kita melanjutkan lebih detail deskripsi tentang prinsip lifting surfaces, kita perlu meringkas beberapa hal penting tentang sifat – sifat udara dan aliran udara itu sendiri. Kerapatan, Tekanan dan Temperatur udara Kita akan melihat peran molekul udara yang selalu bergerak dalam gerakan acak yang cepat ketika bertabrakan dengan permukaan yang akan dilaluinya, mereka terpental dan menghasilkan kekuatan. Kita akan menggambarkan kekuatan yang dihasilkan dari dampak tabrakan molekul udara tadi dalam per meter persegi (atau per kaki persegi) dalam besaran tekanan. Kemudian ada densitas udara (ρ) yang merupakan besaran massa dari udara di setiap meter kubik tergantung pada berapa banyak molekul udara yang terkandung dalam volumenya.

Selanjutnya jika kita meningkatkan jumlah molekul dalam volume tertentu maka gaya yang dihasilkan untuk tekanan akan meningkat. Tingkatan di mana pergerakan molekul udara bergerak ditentukan oleh suhu dan dengan meningkatnya suhu maka akan meningkatkan laju pergerakan molekul sehingga juga cenderung meningkatkan tekanan. Ini akan terlihat, bahwa tekanan udara saling terkait dengan densitas dan suhu udara itu sendiri, hubungan ini digambarkan dengan hukum gas dimana : 19

Nilai tekanan, suhu dan kerapatan udara di atmosfer akan berkurang secara signifikan seiring dengan meningkatnya ketinggian. Pengurangan kerapatan udara ini juga merupakan faktor penting dalam indikator penerbangan karena gaya – gaya aerodinamis seperti lift dan drag secara langsung berhubungan dengan kerapatan udara.

Tekanan dan Kecepatan Selanjutnya kita akan membahas tentang tekanan dan kecepatan dari aliran udara yang bervariasi dari satu titik ke titik yang lain di sekitar pesawat. Ketika udara mengalir dari tekanan yang tinggi ke tekanan yang rendah maka menghasilkan percepatan atau akselerasi aliran udara. Sebaliknya jika udara mengalir dari tekanan yang rendah ke tekanan yang lebih tinggi maka akan menghasilkan penurunan kecepatan atau deakselerasi aliran udara. Seperti yang digambarkan sebagai berikut :

Ketika tekanan udara meningkat cepat maka suhu dan kerapatan udara juga akan meningkat, demikian pula sebaliknya. Meskipun secara umum kita telah

20

menghindari penggunaan matematika atau formula yang cukup rumit, namun kita akan tetap menyertakan hubungan yang mendasar untuk meneliti aerodinamis juga memungkinkan kita untuk mendefinisikan beberapa istilah penting dan besarannya. Yaitu hubungan antara tekanan dan kecepatan untuk kecepatan aliran rendah, dimana :

Persamaan diatas merupakan gambaran untuk hubungan Bernoulli yang sederhana antara kecepatan dan tekanan, hubungan Bernoulli ini akan berlaku tanpa terjadinya kesalahan yang cukup signifikan sejauh kecepatan pesawat masih tidak lebih dari sekitar setengah speed of sound (kecepatan suara). Dynamic Pressure Pada part sebelumnya kita telah membahas beberapa poin yang menjadi pengantar pembahasan lift pada

pesawat

terbang

sampai

dengan

nilai

dari

hubungan Bernoulliyang sederhana antara kecepatan dan tekanan, simbol (p) merupakan

bentuk

daristatic

pressure sedangkan

nilai

dari

(1/2

ρ

v²) merupakan bentuk dari dynamic pressure. Sebenarnya butuh penjelasan yang spesifik untuk menjabarkan persamaan dari dynamic pressure diatas, namun hal tersebut tidak harus kita perhatikan untuk saat ini. Meskipun memiliki satuan yang sama dengan tekanan, namun dynamic pressure lebih menggambarkan energi kinetik dari satuan volume (misalnya 1 meter kubik) dari udara. Sirkulasi Wing

21

Seperti

yang

telah

kita ketahui

pada

part

sebelumnya bahwa lift diproduksi sebagai akibat dari perbedaan tekanan antara permukaan atas dan permukaan bawah wing. Lift yang dihasilkan juga berkaitan dengan perbedaan kecepatan relatif antarapermukaan atas dan permukaan bawah.

Mengacu pada gambar diatas, dapat kita lihat bahwa kecepatan udara di setiap titik

dipermukaan

atas dapat

dianggap sebagai kecepatan rata-

rata Vm ditambah dengan sirkulasi komponen, sementara kecepatan udara yang

22

mengalir di

bawah

sayap

adalahVm dikurangi

dengan sirkulasi komponen. Aliran udara ini lah yang disebut dengancirculatory tendency. Kuantitas untuk nilai kekuatan dari circulatory tendency disebut dengan sirkulasi dengan

penyimbolan K atau Γ,

sirkulasi pada

secara

kecepatan sebuah

meningkatan perbedaan

sederhana

pesawat

kecepatan aliran

dengan meningkatnya

terbang maka juga

udara antara permukaan

akan

atas

dan

permukaan bawah sehingga liftyang dihasilkan juga akan meningkat. Berikut ini adalah persamaan untuk menghitung Lift per meter dari span (bentang sayap) pada pesawat terbang.

Sebagai

catatan

bahwa

semakin

tinggi

kecepatan

sebuah

pesawat

(pada ketinggianteta) maka semakin kecil nilai sirkulasi yang diperlukan untuk menghasilkan sejumlah lift. Efek Magnus Dengan prinsip sirkulasi yang telah diuraikan sebelumnya ada prinsip lain yang hampir sama dapat menjelaskan lift dengan melihat secara lebih detail bola yang bergerak dalam

aliran udara,

fenomena

ini dikenal

sebagai efek atau

gaya Magnus.

23

Dapat dilihat bahwa pergerakan bola yang berputar membentuk pola aliran udara yang

makin

ramping

dan streamline pada

memungkinkan bola untuk

bagian

menghasilkan sejumlah lift.

atas

bola,

Dengan

hal

ini

menyadari

bahwa kompleksitas penerapan mekanikal untuk pesawat terbang dari fenomena ini lebih besar daripada potensi keuntungan yang bisa didapat sehingga upaya menghasilkan lift dari komersial, kecuali

efek untuk

ini jarangdimanfaatkan tujuan olahraga profesional

untuk keuntungan sperti

permainan

tenis atau golf.

24

Gambar diatas menunjukkan pola streamline di sekitar bagian airfoil pada angle of attack yang kecil. Kedekatan pola garis memberikan indikasi kecepatan aliran menjadi konvergen dan kecepatan udara yang mengalir menjadi meningkat. Perhatikanbagaimana alirankonvergen di bagian depan permukaan atasdari airfoil menunjukkan peningkatan

kecepatan,

dan aliran divergen di bawahnya menunjukkan penurunan kecepatan. Efek yang sama juga dapat dilihat pada efek magnus. Beberapa hal penting dari aliran sekitar airfoil yang harus kita ketahui adalah adanya pola aliran streamline yang terpisah yang terjadi tepat pada titik bagian bawah leading edge bukan pada bagian depan leading edge, pola ini juga terjadi bahkan untuk pelat datar sekalipun. Perhatikan

juga bagaimana

aliran udara

yang ditarik ke

arah bagian depan airfoil dan yang dibelokkan ke arah bagian bawah trailing edge,halserupa juga berlaku untuk bola dimana bagian atas aliran udara pada penghabisan trailing

edge

membentuk

downwash.

Namun perlu

dicatat

bahwa kasus ini didominasi dari kejadian efek tiga dimensi. Stagnasi Aliran streamline yang terpisah pada bagian bawah leading edge juga disebut dengan titik stagnasi dimana kecepatan aliran menjadi nol dan tekanan mencapai nilai yang maksimum.

25

Tekanandan Lift

26

Gambar diatas menunjukkan

bagaimana tekanan

yang bervariasi di sekitar bagianairfoil. diarsir menunjukkan tekanan yang lebih di sekitarnya

Pada daerah besar

dibandingkan

atau tekanan ‘ambient‘, dan

diarsir mewakili tekanan

daerah yang

yang tekanan

udara

yang

tidak rendah.

Terlihat bahwa perbedaan tekanan terbesar antarapermukaan atas dan permukaan bawah terjadi besar lift yang

Karena

aliran

pada bagian bawah leading

edge oleh karena

terjadi berasal

udara relatif

menuju

dari area

ke nol pada

itu sebagian ini.

posisi stagnasi kemudian

diikuti dengan terjadinya tekanan yang tinggi, nilai tekanan maksimum ini disebut dengan tekanan stagnasi. Tekanan stagnasi berbeda dengan tekanan statis, tekanan statis hanyalah tekanan udara biasa sedangkan tekanan stagnasi merupakan tekanan yang terjadi akibat tidak adanya relatif pergerakan antara udara dan permukaan.

27

Arah Resultan Akibat Tekanan

Dapat

dilihat bahwa komponen gaya normal N dan

komponen

tangensial T dihasilkan dari perbedaan tekanan antara permukaan atas dan permukaan bawah yang bekerja pada leading edge. Ini ada hubungannya dengan teori yang menunjukkan

bahwadengan

tidak

adanya efek tiga

dimensi serta selama aliran udara mengikuti konturairfoil, lift seharusnya membentuk sudut dengan arah aliran udara bukan dengan wings pada sayap. Koefisien Lift Jumlah lift yang

dihasilkan

oleh wings pada

pesawat

terbang

tergantung

dari nilai kerapatan udara, kecepatan pesawat, luasan wings itu sendiri dan faktor yang kita sebut dengan koefisien lift (Cl). Hubungan ini dapat dinyatakan sebagai :

28

Dimana (S) merupakan luasan

sayap ,

(ρ) merupakan

kerapatan

udara dan (V)merupakan kecepatan peawat. Terlihat bahwa dynamic pressure (1/2 ρ v²) digunakan untuk persamaan diatas, seperti yang disebutkan dari postingan sebelumnya bahwa lift berkaitan secara langsung dengan dynamic pressure. Koefisien lift (Cl) dianggap sebagai ukuran efektivitas lifting untuk suatu pesawat

terbang

yang

sayap

bergantung dari

geometri sayap, bentuk, planform dan angle of attack. Nilai Cl juga bergantung pada kompresibilitas dan viskositas dari udara itu sendiri. Perlu diingat bahwa ukuran sayap sebuah pesawat terbang tidaklah terlalu siginifikan berpengaruh terhadap nilai dari koefisien lift (Cl), namun bentuk dari sayap itu sendirilah yang lebih berpengaruh terhadap nilai dari koefisien lift (Cl). Keadaan ini sangat menguntungkan karena mempermudah perhitungan Cl sayap menggunakan model di wind tunnel, dengan menggunakan persamaan diatas perhitungan variasi liftdapat diperoleh dengan berbagai ukuran sayap tanpa mengubah model itu sendiri serta melalui kombinasi kecepatan dan kerapatan udara yang dibutuhkan. Keuntungan lebih jauh yang dapat diperoleh adalah pengamatan untuk seluruh kondisi terbang, variasi nilai lift dan angle of attack dapat dihitung menggunakan grafik tunggal untuk plot Cl versus angle of attack. Namun sayangnya ketika prediksi yang lebih akurat dibutuhkan, nilai dari kompresibilitas dan viskositas sangat berpengaruh dan prosedur perhitungan bisa menjadi lebih rumit. Variasi Lift, Angle of Attack dan Camber

Terlihat pada gambar dibawah ini, koefisien lift secara langsung memiliki nilai yang

proposional

terhadap angle

untuk airfoil berbentuk cambermenghasilkan

of

attack. Namun

koefisien lift yang

lebih

tinggi

dibandingkan dengan airfoil yang berbentuk simetris pada kondisi angle of attack yang

sama. Airfoil berbentuk camberdapat

menghasilkan lift pada

29

kondisi zero angle of attack, dimana keadaan tanpa lifthanya dapat diperoleh

dengan keadaan negatif angle of attack, keadaan ini biasa disebut dengan zero-lift angle.

Bentuk camber atau mean line dari airfoil sangat berpengaruh, akibat efek dari letak arah resultan lift yang bekerja, kita akan membahas hal ini lebih jauh pada postingan – postingan selanjutnya. Seperti yang telah dibahas di part I pada postingan sebelumnya, pesawat terbang pada tingkatan penerbangan yang stabil atau (steady level flight) lift yang bekerja harus

memiliki

berlawanan arah dengan weight pesawat.

nilai yang sama Namun

off dimana kecepatan pesawat dan dynamic

pada

namun

saat landing dan take-

pressure rendah

maka

untuk nilai Cl yang diperlukan menjadi tinggi sehingga lift yang dihasilkan juga besar. Hal ini menjadi landasan bahwa dengan meningkatnyakecepatan pesawat terbang maka Cl yang dibutuhkan juga berkurang.

30

BAB III PENUTUP Dari penjelasan yang telah didapat dari makalah ini, dapat disimpulkan bahwa terdapat beberapa hukum fisika yang berlaku pada pesawat secara umum sehingga menjadi alasan mengapa pesawat bisa terbang walau dengan bobot yang sangat berat. Disamping itu, dari hukum-hukum fisika yang berlaku pada pesawat ini juga saling berkesinambungan satu sama lain untuk menciptakan gaya angkat yang dibutuhkan pesawat agar bisa terbang dengan efisien. Seperti contoh adalah hukum newton III dan efek coanda yang mana saling mendukung. Gaya yang dihasilkan dari aksi-reaksi hukum newton III menjadi lebih besar dengan bentuk wing yang cenderung cembung di bagian atas. Selain itu juga ada berbagai macam Drag, secara garis besar Drag dibagi 2 : parasit dan induced drag. Makalah ini dibuat dengan tujuan untuk mempermudah pemahaman mengenai bagaimana pesawat bisa terbang dari berbagai sumber yang ada. Sekian terimakasih.

31

Daftar Pustaka http://www.pakgurufisika.com/2015/09/prinsip-prinsip-fisika-dalam-pesawat.html http://trianimafis.blogspot.co.id/2013/11/gaya-anggkat-pesawat-terbang.html http://coco-crunce.blogspot.co.id/2014/04/penerapan-hukum-bernoulli-padasayap.html http://jack-matematikers.blogspot.co.id/2013/12/teori-dasar-yang-digunakanpada-pesawat.html https://www.facebook.com/forumpramugariindonesia/posts/826624410751806 http://www.aircharterserviceusa.com/aircraft-guide/cargo/antonovukraine/antonovan-74 https://ilhamipa2.wordpress.com/2014/11/26/coanda-effect-atau-efek-koanda/ https://panggih15.wordpress.com/2010/01/30/macam-macam-drag/ https://aerowoles.wordpress.com/2015/12/09/pembahasan-lift-pada-pesawatterbang-part-i/

32