Pesawat Udara Bisakah Terbang ?

Pesawat udara itu berat sekali lho, berton-ton. Lalu bagaimana pesawat udara bisa terbang? Para penemu pesawat, yang pertama kali menciptakan pesawat, diilhami oleh burung. Burung punya sayakkan seperti sayap burung. Kegunaan sayap pada pesawat adalah untuk membuat perbedaan ap, maka pesawat juga diberi sayap. Tapi, sayap pesawat bu badan pesawat. Kecepatan angin di atas badan pesawat lebih cepat daripada kecepatan angin di bkan berarti untuk dikepak-kepkecepatan angin di atas badan pesawat dan di bawahawah. Pada giliranya, ini akan memicu perbedaan tekanan udara di atas badan pesawat dan di bawah badan pesawat.

Tekanan udara di atas badan pesawat akan lebih kecil di bawah badan pesawat, sehingga si pesawat bisa mendongak ke atas. Selama penerbangan, ada empat gaya yang bekerja. Pertama, yaitu gaya angkat atau gaya ke atas. Kedua, gaya berat atau gaya ke bawah. Ketiga, gaya maju. Dan keempat, gaya ke belakang.

Gaya berat bekerja menarik benda kembali ke bumi. Contohnya, kalau kita lempar batu ke atas, makan akan jatuh lagi ke bawah. Sementara itu, gaya ke belakang, contohnya, kalau kita mengendarai sepeda, maka terasa ada hambatan dari depan. Nah, gaya angka dan gaya maju merupakan gaya kunci untuk penerbangan. Kedua gaya itu diperhitungkan untuk mengatasi gaya berat dan gaya ke belakang.

Gaya angkat dihasilkan oleh permukaan sayap yang dirancang agar tekanan udara di atas permukaan lebih kecil daripada di bagian bawah. Sedangkan gaya maju bekerja agar pesawat tetap berada di udara. Gaya maju ini menarik pesawat ke arah depan. Gaya maju ini diperoleh dari putaran baling-baling mesin atau dorongan mesin jet. Nah, jadi, gaya maju dan gaya angkat akan bekerja bersamaan untuk menarik pesawat ke arah depan dan meninggalkan darat.

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 antarikasa) 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.

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.

Perhatikan gambar berikut :

Sayap Pesawat kunci bisa terbangnya pesawat adalah terletak pada sayapnya, kok gitu? kalau dilihat dari samping, maka bentuk penampang sayap akan tampak seperti  

 Gambar 1 :   Dengan bentuk yang seperti itu ditambah dengan adanya momentum dari dorongan horizontal dari mesin pesawat (Engine) yang terdapat di kedua sayap, maka saat pesawat mulai bergerak maju akan menyebabkan perbedaan kecepatan aliran udara di bagian atas dan bawah sayap. Kecepatan udara diatas sayap akan lebih besar daripada dibawah sayap, hal ini dikarenakan jarak tempuh lapisan udara yang mengalir di atas sayap lebih besar dari pada jarak tempuh di bawah sayap.

menurut Hukum Bernoully, kecepatan udara besar menimbulkan tekanan udara yang kecil. Nah., uda mulai bisa membaca alurnya?, seperti yang aku tulis diatas, karena udara diatas sayap mengalir lebih cepat maka tekanan diatas sayap menjadi kecil, sedangkan sebaliknya, udara yang mengalir dibawah sayap kecil, sehingga tekanan di bagian bawah sayap menjadi lebih besar, hal ini akan menimbulkan Gaya Angkat (Lift) pada pesawat dan menjadikannya terbang.

1. Tekanan Atmosfir Meskipun banyak sekali macamnya tekanan, diskusi ini terutama berisi tentang     tekanan atmosfir. Tekanan atmosfir ini adalah faktor penting dari perubahan cuaca, membantu         mengangkat pesawat, dan menggerakkan beberapa instrumen penerbangan penting dalam               pesawat udara.  Instrumen-instrumen ini adalah altimeter (penunjuk ketinggian), indikator                   airspeed (kecepatan udara), indikator rate-of-climb (kecepatan menanjak), dan penunjuk tekanan     manifold. Meskipun udara sangat ringan, tapi memiliki massa dan dipengaruhi oleh gaya                     gravitasi. Maka, udara juga seperti halnya benda lain, memiliki berat dan memiliki gaya. Karena         udara merupakan zat cair, maka gaya yang dimilikinya bekerja secara sama-rata ke semua arah,       dan efek gayanya pada udara disebut tekanan (pressure). Pada kondisi baku di permukaan laut,         rata-rata tekanan yang diterima pada tubuh manusia oleh atmosfir adalah sekitar 14,7 pon/inci.       Kepadatan udara mempunyai efek yang berarti pada kemampuan pesawat terbang. Jika udara           berkurang kepadatannya maka akan berakibat berkurangnya: tenaga, karena mesin                             mendapatkan udara yang lebih sedikit, thrust (gaya dorong) karena efisiensi baling-baling                   menjadi berkurang pada udara tipis, lift (gaya angkat) karena udara tipis memberikan gaya yang       lebih sedikit pada airfoil. 

2. THRUST Sebelum pesawat mulai bergerak, thrust harus digunakan. Pesawat akan tetap bergerak dan bertambah kecepatannya sampai thrust dan drag menjadi sama besar. Untuk menjaga kecepatan yang tetap maka thrust dan drag harus tetap sama, seperti halnya lift dan weight harus sama untuk mempertahankan ketinggian yang tetap dari pesawat. Jika dalam penerbangan yang datar (level), gaya thrust dikurangi, maka pesawat akan melambat. Selama thrust lebih kecil dari drag, maka pesawat akan terus melambat sampai kecepatan pesawat (airspeed) tidak sanggup lagi menahan pesawat di udara. Sebaliknya jika tenaga mesin ditambah, thrust akan menjadi lebih besar dari drag, pesawat terus menambah kecepatannya. Ketika drag sama dengan thrust, pesawat akan terbang dengan kecepatan yang tetap. Terbang straight dan level (lurus dan datar) dapat dipertahankan mulai dari terbang dengan kecepatan rendah sampai dengan kecepatan tinggi. Penerbang harus mengatur angle of attack dan thrust dalam semua jangkauan kecepatan (speed regim) jika pesawat harus ditahan di ketinggian tertentu (level flight). Secara kasar jangkauan kecepatan ini dapat dikelompokkan dalam 3 daerah (regim), kecepatan rendah (low-speed), menjelajah (cruising flight), dan kecepatan tinggi (high-speed).

3. DRAG Drag atau hambatan dalam penerbangan terdiri dari dua jenis: parasite drag dan induced drag. Yang pertama disebut parasite drag karena tidak ada fungsinya sama sekali untuk membantu pesawat untuk dapat terbang, sedangkan yang kedua disebut induced karena dihasilkan atau terbuat dari hasil kerja sayap yang membuat gaya angkat (lift).

4. WEIGHT Gravitasi adalah gaya tarik yang menarik semua benda ke pusat bumi. Center of gravity (CG) bisa dikatakan sebagai titik di mana semua berat pesawat terpusat. Pesawat akan seimbang di keadaan/attitude apapun jika pesawat terbang ditahan tepat di titik center of gravity. Center of gravity juga adalah sesuatu yang sangat penting karena posisinya sangat berpengaruh pada kestabilan sebuah pesawat terbang.

 5. LIFT Penerbang dapat mengendalikan lift. Jika penerbang menggerakkan roda kemudi ke depan atau belakang, maka angle of attack akan berubah. Jika angle of attack bertambah maka lift akan bertambah (jika faktor lain tetap konstan). Ketika pesawat mencapai angle of attack yang maksimum, maka lift akan hilang dengan cepat. Ini yang disebut dengan stalling angle of attack atau burble point.   

Lift yang dimaksud disini adalah Gaya Angkat, Lift dihasilkan karena aliran udara dibelokkan ketika mengalir melewati sayap. Bahkan, tidak hanya ketika melewati sayap pesawat, lift juga dihasilkan ketika kita menaruh kertas di depan aliran udara pada suatu sudut tertentu. Kata kuncinya adalah: aliran dan pembelokan aliran tersebut. Coba dengan bermain pesawat kertas! Jika pesawat dilepas tanpa diberi dorongan ke depan, pesawat tersebut tetap akan jatuh ke tanah. Ini menunjukkan perlu ada aliran udara agar lift dapat dihasilkan.   Ketika aliran udara dibelokkan, terjadi aksi-reaksi antara aliran udara dan sayap yang membelokkan udara tersebut.

Ketika aliran udara yang awalnya lurus kemudian belok setelah melewati objek tersebut, kita kemudian bertanya, apa yang membengkokkan aliran tersebut. Ya, jawabannya adalah objek tersebut.

Lihat ilustrasi di Gambar 2 berikut :

 Artinya, ada suatu gaya yang dikerjakan oleh objek tersebut terhadap aliran udara tersebut. Newton berkata, untuk setiap aksi akan ada reaksi yang sama besar pada arah yang berlawanan dari aksi tersebut (Hukum Newton III), Sayap tadi telah mengerjakan suatu aksi pada aliran udara tersebut, maka, aliran udara juga akan mengerjakan reaksi yang sama besar pada sayap tersebut. Kenapa bisa terangkat? Jawabannya pada Hukum Bernoully .  

6. Sumbu gerakan pesawat Pada saat pesawat yang sedang terbang mengubah sikap (attitude) atau posisi, pesawat tersebut berputar pada salah satu sumbu atau lebih, dari 3 sumbu yang merupakan garis khayal yang melewati Center of Gravity dari pesawat. Sumbu-sumbu dari pesawat bisa dianggap sebagai poros khayal tempat pesawat berputar, seperti halnya poros/gandar tempat roda berputar. Di titik di mana ketiga poros bersilangan, masing-masing pada 90° terhadap kedua poros lainnya. Sumbu yang memanjang sepanjang badan pesawat dari hidung pesawat sampai ekor, adalah sumbu longitudinal. Sumbu yang memotong dari ujung sayap ke ujung sayap yang lainnya disebut sumbu lateral. Sumbu yang tegak melewati center of gravity, adalah sumbu vertikal. Pergerakan pesawat pada sumbu longitudinal menyerupai gerakan mengguling kapal dari satu sisi ke sisi yang lain. Bahkan sebenarnya nama-nama yang aslinya digunakan dalam istilah yang berhubungan dengan transportasi kelautan. Istilah-istilah ini telah diserap dalam istilah-istilah aeronautika karena persamaan gerakan antara sebuah pesawat terbang dengan sebuah kapal laut. Dalam adopsi dari istilah kelautan, gerakan pesawat pada sumbu longitudinalnya disebut “roll”/guling, gerakan pada sumbu lateral disebut “pitch”/angguk. Akhirnya, sebuah pesawat bergerak pada sumbu vertikal yang disebut “yaw”/belok, yaitu, gerakan horisontal (kiri dan kanan) dari hidung pesawat. Bagian Penunjang Untuk Terbang Agar pesawat dapat terbang dengan sempurna, maka selain sayap ada bagian2 lain yang menunjang,

 lihat Gambar 3 dibawah ini : 

Badan pesawat ( Fuselage ) : ruang kemudi (Cockpit) dan ruang penumpang (Passenger). Sayap (Wing), terdapat Aileron berfungsi untuk “Rolling” pesawat miring kiri – kanan dan Flap untuk menambah luas area sayap (Coefficient Lift) yang berguna untuk menambah gaya angkat pesawat. Ekor sayap (Horizontal Stabilazer), terdapat Elevator berfungsi untuk “Pitching” Nose Up – Down. Sirip tegak (Vertical Stabilizer), terdapat Rudder berfungsi untuk “Yawing” belok kiri – kanan. Mesin (Engine), berpungsi sebagai Thrust atau gaya dorong yang menghasilkan kecepatan pesawat. Roda Pesawat ( Landing Gear ),berfungsi untuk mendarat/ landing atau tinggal landas / Take-off. Ketika pesawat sedang terbang, ia selalu menggabungkan fungsi-fungsi control diatas, contoh : bila pesawat belok kanan atau kiri, maka yang digerakkan Aileron dan Rudder, jadi sambil belok pesawat dimiringkan agar lintasan belok lebih pendek, yang dapat menghemat waktu dan menghemat pemakaian bahan bakar. ooowww gitu . Lihat ilustrasinya di Gambar 4 berikut : Nose Up-Down Aileron Pitch     Aileron Roll Aileron Yaw     Bagaimana Dengan Roket? Pesawat terbang dapat terangkat ke udara karena kelajuan udara yang melalui sayap pesawat tersebut, berbeda dengan roket yang terangkat ke atas karena aksi-reaksi antara gas yang disemburkan roket dengan roket itu sendiri. Roket menyemburkan gas ke belakang (ke bawah), sebagai reaksinya gas mendorong roket ke atas. Jadi roket tetap dapat terangkat ke atas meskipun tidak ada udara, pesawat terbang tidak dapat terangkat jika tidak ada udara. Penampang sayap pesawat terbang mempunyai bagian belakang yang lebih tajam dari pada bagian depan, dan sisi bagian atas yang lebih melengkung dari pada sisi bagian bawahnya. hm…, gitu toh Gaya Yang Terjadi Pada Pesawat Pesawat terbang dirancang sedemikian rupa sehingga hambatan udaranya sekecil mungkin. Pesawat pada saat terbang akan menghadapi beberapa hambatan, melalui perhitungan dan rancangan yang akurat dan teliti, langkah selanjutnya adalah pemilihan mesin penggerak pesawat yang mampu mengangkat dan mendorong badan pesawat. Ada empat buah gaya yang bekerja pada sebuah pesawat terbang yang sedang mengangkasa. yaitu : Berat pesawat yang disebabkan oleh gaya gravitasi bumi. Gaya angkat yang disebabkan oleh bentuk pesawat. Gaya ke depan yang disebabkan oleh dorongan mesin / engine Gaya hambatan yang disebabkan oleh gesekan udara Lihat Gambar 5 berikut : Jika pesawat hendak bergerak mendatar dengan suatu percepatan, maka gaya ke depan harus lebih besar daripada gaya hambatan dan gaya angkat harus sama dengan berat pesawat. Jika pesawat hendak menambah ketinggian yang tetap, maka resultan gaya mendatar dan gaya vertical harus sama dengan nol. Ini berarti bahwa gaya ke depan sama dengan gaya hambatan dan gaya angkat sama dengan berat pesawat.