MODUL AERODYNAMICS

MODUL1

GAYA YANG TERDAPAT PADA PESAWAT TERBANG

DISUSUN OLEH

RAKA DWI KRISTIAWAN

BALAI PENDIDIKAN DAN PELATIHAN PENERBANG BANYUWANGI

2016

A. KOMPETENSI DASAR

Mengetahui dan memahami Aerodinamika

B. HASIL AKHIR YANG DIHARAPKAN

1. Siswa dapat menyebutkan gaya yang bekerja pada pesawat udara

2. Siswa dapat menjelaskan pengertian lift,thrust,weight,drag

3. Siswa dapat menyebutkan macam-macam drag

C. KEGIATAN BELAJAR 1

GAYA YANG BEKERJA PADA PESAWAT TERBANG

1. URAIAN DAN CONTOH

1. Di antara gaya aerodinamika yang bekerja pada sebuah pesawat selama penerbangan, ada 4 gaya dasar yang bekerja saat pesawat melakukan manuver. Gaya dasar ini adalah

a.Thrust

Thrust adalah gaya dorong . Dalam hal ini gaya dorong yang diciptakan oleh kerja mesin/propeler yang mendorong udara kebelakang agar pesawat dapat melaju kedepan. Gaya tersebut tercipta oleh mesin pesawat yang menciptakan propulsi dan mendorong pesawat.

Gaya dorong ini merupakan cerminan dari hukum newton 2 & 3 yang mengatakan bahwa Percepatan yang ditimbulkan oleh gaya yang bekerja pada benda berbanding lurus dengan besar gayanya dan berbanding terbalik dengan masa benda dan Jika benda pertama mengerjakan gaya terhadap benda kedua, maka benda kedua akan mengerjakan gaya terhadap benda pertama yang besarnya sama, tetapi arahnya berlawanan.

b. 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). Saat pesawat mulai terdorong oleh kerja mesin, ada gaya yang bekerja berlawanan atau menghambat geraknya pesawat dengan menghasilkan gaya gesek sehingga menahan laju pesawat. Drag biasa juga disebut resistance atau berlawanan. Hal yang mempengaruhi drag dalam dunia penerbangan adalah fuselage atau body pesawat itu sendiri, tetapi drag juga bisa dihasilkan oleh spoiler, flap, dan slat. Drag dapat sangat merugikan karena dapat menghambat laju pesawat tetapi juga dapat sangat bermanfaat apabila pesawat sedang melakukan proses pengereman. perancang pesawat berupaya untuk memilimalisir gaya ini dengan merancang jalannya udara agar tidak terlalu terhambat dengan body pesawat itu sendiri.

c. Lift

Lift adalah gaya angkat ke atas yang menentang berat. Lift dihasilkan oleh efek dinamis

dari udara yang beraksi di sayap dan bertindak tegak lurus terhadap jalur penerbangan melalui pusat sayap angkat. Dengan memanfaatkan gaya drag yang dihasilkan oleh sayap dan mengalirkan udara kebagian bawah sayap sehingga menghasilkan gaya angkat dan menerbangkan pesawat tersebut. Dengan bentuk sayap yang telah dirancang tersebut membuat kecepatan udara diatas sayap lebih tinggi daripada kecepatan udara dibagian bawah sayap sehingga tekanan udara di bagian atas sayap lebih rendah dibandingkan dengan dibagian bawah sayap hal tersebut mengakibatkan udara akan mengangkat pesawat keatas, hal tersebut sedikit menyinggung hukum bernoulli yang memang menjadi dasar acuan gaya angkat pesawat.

d. Weight

Setelah pesawat berhasil berada di udara, ada lagi satu gaya terakhir yang menjadi

resistance bagi lift yaitu adalah weight yang mempengaruhi beban pesawat itu sendiri ditambah dengan gaya gravitasi yang menarik badan pesawat untuk kembali ke tanah. Hal ini berkaitan dengan hukum relativitas umum einstein mengenai gravitasi. Semakin berat pesawat maka akan memaksa gaya sebaliknya untuk bekerja lebih keras yaitu dengan menambah lift yang dengan kata lain menambah thrust. Sehingga dapat disimpulkan bahwa semakin berat

pesawat atau semakin besar weight nya maka akan semakin besar pula gaya dorong dan gaya angkat yang diperlukan oleh pesawat tersebut agar dapat tetap terbang.

2. Sementara di penerbangan yang stabil, attitude, arah, dan kecepatan pesawat akan tetap

konstan sampai satu atau lebih dari perubahan besarnya gaya dasar.

a. Sebuah penerbangan yang stabil, gaya yang berlawanan berada dalam keadaan

seimbang.

b. Artinya, jumlah dari semua gaya ke atas sama dengan jumlah dari semua gaya ke

bawah, dan jumlah dari semua gaya maju sama dengan jumlah dari semua gaya ke

belakang.

Pic. 1.28 four forces

c. Ketika tekanan diterapkan ke satu atau lebih dari kontrol pesawat, satu atau lebih dari

besarnya perubahan gaya dasar dan menjadi lebih besar dari gaya lawan,

menyebabkan pesawat bergerak ke arah gaya yang diberikan (s).

1) CONTOH: Jika kekuatan diterapkan (meningkatkan thrust) dan ketinggian

dipertahankan, pesawat akan mempercepat. Sebagai kecepatan meningkat, tarik

meningkat sampai tercapai suatu titik di mana drag sama dengan thrust. Kemudian

pesawat akan terus dalam penerbangan stabil pada kecepatan tinggi.

d. Perancang pesawat melakukan upaya untuk meningkatkan kinerja pesawat dengan

meningkatkan efisiensi dari dari lift dan thrust yang diinginkan sambil mengurangi

sebanyak mungkin, gaya yang tidak diinginkan dari weight dan drag.

3. Thrust

a. Propeler, bertindak sebagai airfoil, menghasilkan gaya dorong (gaya ke depan) yang

menggerakkan pesawat melaluivudara. Ini menerima tenaga langsung dari mesin dan

dirancang untuk memindahkan massa udara yang besar ke belakang.

b. Dalam rangka mempertahankan kecepatan yang konstan, thrust dan drag harus tetap sama.

1) Jika thrust menurun sementara ketinggian penerbangan dipertahankan dan thrust

tetap kurang dari drag, pesawat akan melambat sampai kecepatan udara yang tidak

cukup untuk mendukungnya di udara.

2) Jika thrust meningkat sementara ketinggian penerbangan dipertahankan, pesawat akan

mempercepat sampai thrust sama dengan drag

4. DRAG

a. Drag adalah gaya yang bekerja ke belakang yang dihasilkan dari gerak maju dari pesawat

yang melalui udara. Drag bertindak sejajar dengan arah yang sama dengan relative angin,

seperti yang ditunjukkan dalam diagram di bawah. Setiap bagian dari pesawat terkena udara

sementara pesawat sedang bergerak memproduksi beberapa perlawanan dan berkontribusi

terhadap total drag. Total drag dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis utama: induced drag

dan parasite drag.

Pic. 1.29 kekuatan akting Airfoil

b. Induced Drag adalah hal yang tidak diinginkan tetapi tidak dapat dihindari dari hasil gaya

angkat.

1) Setiap kali sayap menghasilkan gaya angkat, tekanan pada permukaan bawah sayap lebih

besar daripada di permukaan atas. Akibatnya, udara cenderung mengalir dari daerah

tekanan tinggi di bawah ujung sayap ke atas ke daerah tekanan rendah di atas sayap.

a) Di sekitar ujung sayap, ada kecenderungan tekanan-tekanan ini untuk menyamakan

kedudukan, sehingga aliran lateral keluar dari bagian bawah ke permukaan atas sayap.

i) aliran lateral ini membuat kecepatan yang berputar ke udara di ujung sayap dan

mengalir ke belakang sayap. Dengan demikian, aliran tentang ujung sayap akan

vortisitas mengikuti di belakang sayap saat bergerak maju. Hal ini sering disebut

sebagai wingtip vortices.

ii) Jika dilihat dari belakang pesawat, vortisitas ini akan bersirkulasi kebalikan arah jarum

jam pada sayap kanan (seperti yang ditunjukkan di bawah) dan searah jarum jam

sekitar ujung sayap kiri.

Pic. 1.30 ujung sayap Vortice

b) Hal ini dapat dilihat bahwa vortisitas ini menghasilkan aliran udara di luar ujung sayap

dan aliran downwash di belakang trailing edge.

i) downwash ini memiliki kesamaan dengan downwash untuk menghasilkan gaya angkat.

Yang merupakan sumber induced drag.

2) Semakin besar ukuran dan kekuatan dari vortisitas dan konsekuen komponen downwash

dari aliran udara yang melewati sayap, makin besar efek dari induced drag.

3) Downwash yang berada di atas ujung sayap memiliki efek yang sama seperti membelokan

gaya angkat ke belakang.

a) Dengan demikian, lift sedikit memanjang dari tegak lurus terhadap angin relatif,

menghasilkan komponen lift ke belakang.

b) gaya angkat yang ke belakang ini adalah induced drag.

4) Ketika angle of attack bertambah, tekanan negatif yang lebih besar terjadi di bagian atas

sayap, sehingga meningkatkan induced drag.

a) Karena semakin kecil kecepatan pesawat, semakin besar angle of attack yang

dibutuhkan untuk menghasilkan gaya angkat yang sama dengan berat pesawat, semakin

besar akan menjadi induced drag.

b) Induced drag berbanding terbalik dua kali lipat dengan kecepatan pesawat.

c) Mengurangi kecepatan udara setengahnya (misalnya, dari 120 kt. 60 kt.) maka

meningkatkan induced drag empat kali lipat.

c. Parasit Drag adalah ketahanan udara saat pesawat melewati itu.

1) Beberapa faktor yang mempengaruhi parasite drag :

a) semakin ramping sebuah objek, semakin sedikit parasite drag

b) semakin padat kerapatan udara yang melalui pesawat, semakin besar parasite drag

c) Semakin besar ukuran objek dalam aliran udara, semakin besar parasite drag

d) saat kecepatan bertambah, jumlah parasite drag meningkat dua kali lipat dari

kecepatan. Jika kecepatan dua kali lipat, maka hambatan yang diproduksi empat kali

lebih banyak .

2) Parasit drag dapat diklasifikasikan lebih lanjut ke dalam form drag, skin friction dan

interference drag.

Pic. 1.31 Drag Type

a) Form drag disebabkan oleh daerah frontal dari komponen pesawat yang terkena aliran

udara.

i) Memperlancar objek akan mengurangi form drag.

b) skin friction adalah jenis parasite drag yang paling sulit untuk mengurangi. Tidak ada

permukaan halus sempurna, bahkan permukaan mesin saat diperiksa melalui

pembesaran, memiliki compang-camping, penampilan tidak merata.

i) permukaan kasar ini akan menyebabkan turbulen kecil pada aliran udara di atas

permukaan, menyebabkan resistensi untuk kelancaran aliran udara.

ii) gesekan kulit dapat diminimalkan dengan menerapkan glossy, flat finish ke

permukaan; dengan menghilangkan kepala rivet yang menyembul, kekasaran, dan

penyimpangan lainnya; dan dengan menjaga pesawat bersih dan wax.

c) Interference drag disebabkan oleh gangguan aliran udara antara bagian-bagian yang

berdekatan dari pesawat seperti persimpangan dari sayap dan bagian ekor dengan

badan pesawat. Drag ini menggabungkan efek dari form drag dan skin friction drag.

i) fairings digunakan untuk merampingkan persimpangan dan menurunkan interference

drag.

5. LIFT

a. Sebuah gaya Angkat adalah gaya yang diciptakan oleh sebuah airfoil ketika bergerak melalui

udara. Meskipun gaya angkat dapat diberikan sampai batas tertentu oleh bagian eksternal

dari pesawat, tiga airfoil utama di pesawat terbang yaitu

1) Sayap

2) Baling-baling

3) Permukaan ekor horisontal

b. Prinsip Bernoulli menyatakan "tekanan internal dari fluida (cairan atau gas) menurun pada

titik-titik di mana kecepatan fluida meningkat." Dengan kata lain, aliran kecepatan tinggi

dikaitkan dengan tekanan rendah, dan aliran kecepatan rendah dikaitkan dengan tekanan

tinggi.

1) Prinsip ini berlaku untuk sayap pesawat terbang karena dirancang dan dibangun dengan

kurva atau camber. Ketika udara mengalir sepanjang permukaan sayap atas, itu

perjalanan jarak yang lebih besar dalam periode waktu yang sama (yaitu, lebih cepat) dari

aliran udara sepanjang permukaan sayap bagian bawah.

2) Oleh karena itu, tekanan di atas sayap lebih kecil daripada di bawah sayap . Ini

menghasilkan gaya angkat di atas permukaan melengkung pada permukaan atas sayap

c. Hukum Newton Ketiga tentang Gerak menyatakan bahwa "untuk setiap gaya aksi ada gaya

reaksi yang sama dan berlawanan."

1) Karena angle of incidence dan / atau angle of attack, permukaan bawah sayap

mengalihkan udara ke bawah (aksi),yang menyebabkan gaya ke atas (reaksi).

d. Dengan demikian, keduanya menjadikan tekanan rendah di atas sayap dan bereaksi tekanan

tinggi pada bawah pesawat.

e. Jumlah gaya angkat yang dihasilkan oleh sayap tergantung pada beberapa faktor:

1) Kecepatan sayap melalui udara

2) Sudut serangan

3) planform sayap

4) daerah Wing

5) kepadatan Air

f. Gaya Angkat bertindak atas dan tegak lurus terhadap angin relatif dan sumbu lateral.

Meskipun gaya angkat yang dihasilkan atas seluruh sayap, titik imajiner didirikan yang

mewakili resultan dari semua kekuatan gaya angkat. titik ini adalah pusat dari lift (CL),

kadang-kadang disebut sebagai pusat tekanan (CP).

6. WEIGHT

a. Berat adalah gaya yang disebabkan oleh gravitasi mempercepat massa dari pesawat menuju

Bumi dan dinyatakan dalam pound (lb).

1) Gravitasi adalah gaya ke bawah yang cenderung menarik semua benda secara vertikal

menuju pusat bumi.

2) Centre of Gravity (CG) adalah titik imajiner tapi ditentukan pada pesawat di mana semua

berat badan dianggap terkonsentrasi. Ini adalah titik keseimbangan.

3) CG terletak membujur di sepanjang garis tengah dari pesawat (garis imajiner dari hidung

ke ekor) dan di sekitar, tapi maju dari pusat angkat sayap.

a) Lokasi CG tergantung pada lokasi dan berat beban (termasuk kargo, bahan bakar,

penumpang, dll) yang ditempatkan di pesawat.

b) Hal ini ditentukan melalui perhitungan weight and balance yang dibuat oleh pilot

sebelum penerbangan.

1) Lokasi yang tepat dari CG adalah penting selama penerbangan, karena efeknya pada

stabilitas dan kinerja pesawat.

b. Berat memiliki hubungan yang pasti dengan gaya angkat. Hubungan ini sederhana namun

penting dalam memahami aerodinamika terbang.

1) Gaya angkat diperlukan untuk melawan berat pesawat, yang bertindak ke bawah

melalui CG pesawat.

2) Dalam straight and level, unaccelerated flight, ketika gaya angkat sama dengan gaya

berat, pesawat tersebut dalam keadaan seimbang dan tidak menambah atau

kehilangan ketinggian.

a) Jika gaya angkat kurang dari berat badan, pesawat kehilangan ketinggian.

b) Jika gaya angkat menjadi lebih besar dari berat, ketinggian pesawat bertambah.

3) Dengan demikian, semakin berat muatan pada pesawat, semakin besar jumlah lift

yang diperlukan dalam penerbangan.

2. LATIHAN

a. Soal pilihan ganda

Kerjakan Soal di bawah ini !

1. Berapa jumlah gaya yan bekerja pada pesawat ?

a. 4 c. 7

b. 5 d. 1

2. Manakah yang termasuk jenis drag ?

a. Lift c. Weight

c. CG d. induce drag

3. Tentang apa Hukum newton 3?

a. Tekanan c. Aksi Reaksi

b. Kecepatan d. Gas

b. Soal esai

Kerjakan soal di bawah ini !

1. Sebutkan macam-macam gaya yang bekerja pada pesawat !

2. Jelaskan yang dimaksud dengan parasite drag !

3. RANGKUMAN

Aerodynamics pada pesawat terbang mempunyi 4 gaya dasar,yaitu lift, drag, weight, dan

thrust. Masing-masing mempunyai fungsi dan perannya . Pada Drag terdapat 2 tipe drag yaitu

induced drag dan parasite drag . Semua gaya itu sangat berperan penting dalam berlangungnya

sebuah penerbangan .

D. DAFTAR PUSTAKA

1. Federal Aviation Administration. 2016. Pilot’s Handbook of Aeronautical Knowledge.

Departement of Transpotation, USA [ on line ]. Dari :

https://www.faa.gov/regulations_policies/handbooks_manuals/aviation/phak/media/pilot_han

dbook.pdf - Amerika Serikat