gaya angkat pesawat terbang

20
Fisika (Gaya Angkat pada Pesawat terbang) Nabila Arifannisa XII IPA 4

Post on 13-Sep-2014

18.468 views

Category:

Education


33 download

DESCRIPTION

Fisika

TRANSCRIPT

Page 1: Gaya Angkat Pesawat Terbang

Fisika(Gaya Angkat pada Pesawat terbang)

Nabila ArifannisaXII IPA 4

Page 2: Gaya Angkat Pesawat Terbang

Asal Mula Pesawat TerbangPesawat terbang yang lebih berat dari udara diterbangkan pertama kali oleh Wright Bersaudara (Orville Wright dan Wilbur Wright) dengan menggunakan pesawat rancangan sendiri yang dinamakan Flyer yang diluncurkan pada tahun 1903 di Amerika Serikat. Selain Wright bersaudara, tercatat beberapa penemu pesawat lain yang menemukan pesawat terbang antara lain Samuel F Cody yang melakukan aksinya di lapangan Fanborough, Inggris tahun 1910.

Sedangkan untuk pesawat yang lebih ringan dari udara sudah terbang jauh sebelumnya. Penerbangan pertama kalinya dengan menggunakan balon udara panas yang ditemukan seorang berkebangsaaan Perancis bernama Joseph Montgolfier dan Etiene Montgolfier terjadi pada tahun 1782, kemudian disempurnakan seorang Jerman yang bernama Ferdinand von Zeppelindengan memodifikasi balon berbentuk cerutu yang digunakan untuk membawa penumpang dan barang pada tahun 1900. Pada tahun tahun berikutnya balon Zeppelin mengusai pengangkutan udara sampai musibah kapal Zeppelin pada perjalanan trans-Atlantik di New Jersey 1936yang menandai berakhirnya era Zeppelin meskipun masih dipakai menjelang Perang Dunia II.

Setelah zaman Wright, pesawat terbang banyak mengalami modifikasi baik dari rancang bangun, bentuk dan mesin pesawat untuk memenuhi kebutuhan transportasi udara.Pesawat komersial yang lebih besar dibuat pada tahun 1949 bernama Bristol Brabazon.Sampai sekarang pesawat penumpang terbesar di dunia di buat oleh airbus industrie dari eropa dengan pesawat A380.

Page 4: Gaya Angkat Pesawat Terbang

1 . TURBOPROP ENGINE

Pada awal perkembangan engine, umumnya pesawat komersial menggunakan sistem penggerak turbo propeller atau yang biasa disebut dengan turboprop. Jenis turbo prop memiliki system tidak jauh berbeda dengan turbo jet, akan tetapi energy ( thrust ) dihasilkan oleh putaran propeller sebesar 85 %, dimana putaran propeller ini digerakkan oleh turbin yang menerima expansi energy dari hasil pembakaran, sisanya 15 % menjadi exhaust jet thrust (hot gas).Turboprop engine lebih efisien dari pada turbojet, dirancang untuk terbang dengan kecepatan di bawah sekitar 800 km / h (500 mph). Contoh mesin turboprop yang populer antara lain mesin Roll-Royce Dart yang dipakai pada pesawat British Aerospace , Fokker 27 dll

Page 5: Gaya Angkat Pesawat Terbang

2. TURBOJET ENGINEPengembangan mesin penggerak pesawat (Engine) mengalami kemajuan sangat pesat dengan dikembangkannya mesin jenis turbojet , di mana propeller yang berfungsi untuk menghisap udara dan menghasilkan gaya dorong digantikan dengan kompresor bertekanan tinggi yang tertutup casing, mesin menyatu dengan ruang bakar dan turbin engine. Dari gambar di bawah terlihat bagian-bagian dari mesin turbo jet, yang terdiri dari air inlet (saluran udara), sirip compressor rotor dan stator, saluran bahan bakar (Fuel inlet), ruang pembakaran (combuster chamber), turbin dan saluran gas buang (exhaust). Tenaga gaya dorong ( Thrust ) 100 % di hasilkan oleh exhaust jet thrust.Mesin turbojet adalah mesin jet yang paling sederhana, biasanya dipakai untuk pesawat-pesawat berkecepatan tinggi. Contoh dari mesin ini adalah mesin Roll-Royce Olypus 593 yang digunakan untuk pesawat Concorde. Jenis lain adalah mesin Marine Olympus yang memiliki kekuatan 28.000 hp (daya kuda atau setara dengan 21 MW) yang digunakan untuk menggerakkan kapal perang modern dengan bobot mati 20.000 ton dengan operasi berkecepatan tinggi.

Page 6: Gaya Angkat Pesawat Terbang

3. TURBOFAN ENGINE

Turbo Fan adalah jenis engine yang termodern sa’at ini yang menggabungkan tekhnologi Turbo Prop dan Turbo Jet. Mesin ini sebenarnya adalah sebuah mesin by-pass dimana sebagian dari udara dipadatkan dan disalurkan ke ruang pembakaran, sementara sisanya dengan kepadatan rendah disalurkan sekeliling bagian luar ruang pembakaran ( by-pass ). Sekaligus udara tersebut berfungsi untuk mendinginkan engine. Tenaga gaya dorong ( Thrust ) terbesar dihasilkan oleh FAN ( baling-baling/blade paling depan yang berukuran panjang ), menghasilkan thrust sebesar 80 % (secondary airflow), dan sisanya 20 % menjadi exhaust jet thrust (hot gas). Sepintas mesin turbo fan ini mirip turbo prop, namun baling-baling depan dari turbo fan memiliki ruang penutup ( Casing / Fan case ).

Mesin / engine yang menggunakan type ini contohnya adalah mesin RB211 yang digunakan pada pesawat Boeing B 747 dan GE CF6-80C2 yang digunakan pada pesawat DC 10 serta P&W JT 9D SERIES . Mesin lain yang menggunakan jenis mesin turbofan adalah Roll-Royce Tay pada pesawat Fokker F-100 (yang dijuluki mesin fanjet), mesin Adour Mk871 yang digunakan pada pesawat tempur type Hawk Mk 100/200 pesawat tempur Jaguar dan Mitshubishi F-1 yang digunakan AU Jepang.Kemudian mesin high by-pass turbofan ini diterapkan juga pada mesin CFM56-5C2 yang dipakai oleh pesawat AIRBUS A340 dan mesin CFM56-3 yang dipakai pada Boeing B-737 serie 300, 400 dan 500 yang merupakan produk bersama antara GE dengan SNECMA dari Perancis.Pada pesawat militer, mesin turbofan yang diterapkan antara lain pada mesin TF39-1C yang dipakai pada pesawat angkut raksasa C-5GALAXI, kemudian GE F110 yang dipakai pada F-16.

Page 7: Gaya Angkat Pesawat Terbang

4. RAMJET ENGINE

Ramjet merupakan suatu jenis mesin (engine) dimana apabila campuran bahan bakar dan udara yang dipercikkan api akan terjadi suatu ledakan, dan apabila ledakan tersebut terjadi secara kontinyu maka akan menghasilkan suatu dorongan (Thrust). Mesin Ramjet terbagi atas empat bagian, yaitu: saluran masuk (nosel divergen) bagian untuk aliran udara masuk, ruang campuran merupakan ruang campuran antara udara dan bahan bakar supaya bercampur secara sempurna, combustor merupakan ruang pembakaran yang dilengkapi dengan membran,yang mana berfungsi untuk mencegah tekanan balik, saluran keluar (nosel konvergen) yang berfungsi untuk memfokuskan aliran thrust, menahan panas dan meningkatkan suhu pada combustor. Technology ram jet ini umumnya dikembangkan pada roket / pesawat ulang alik. Pesawat tanpa awak X-43A ini memanfaatkan mesin scramjet yang di masa mendatang akan dipakai juga pada pesawat ulang alik. Adapun keistimewaan dari x-434 ini adalah digunakannya mesin scramjet (supersonic combustible ramjet). Scramjet menggunakan teknologi baru yang membakar hidrogen bersama dengan oksigen yang diambil dari udara. Oksigen tersebut dihisap dan dipancarkan lagi dengan kecepatan sangat tinggi.

Page 8: Gaya Angkat Pesawat Terbang

5. TURBOSHAFT ENGINE

Mesin Turboshaft sebenarnya adalah mesin turboprop tanpa baling-baling. Power turbin-nya dihubungkan langsung dengan REDUCTION GEARBOX atau ke sebuah shaft (sumbu) sehingga tenaganya diukur dalam shaft horsepower (shp) atau kilowatt (kW).

Jenis mesin ini umumnya digunakan untuk menggerakkan helikopter , yakni menggerakan rotor utama maupun rotor ekor (tail rotor) selain itu juga digunakan dalam sektor industri dan maritim termasuk untuk pembangkit listrik, stasiun pompa gas dan minyak, hovercraft , dan kapal .Contoh mesin ini adalah GEM/RR 1004 bertenaga 900 shp yang diterapkan pada helikopter type Lynx dan mesin Gnome 1.660 shp (1.238 kW) pada helicopter Sea King. Sedangkan versi Industri lain adalah mesin pembangkit listrik 25-30 MW Roll-Royce RB 211 dengan 35.000-40.000 shp.

Page 9: Gaya Angkat Pesawat Terbang

Pesawat Terbang

Kenapa Pesawat bisa terbang ? Mungkin Anda pernah berfikir dan bertanya pada diri Anda maupun bertanya pada orang lain “Mengapa pesawat bisa terbang?” Logikanya, pesawat terbang mempunyai massa yang sangat berat, tapi kenapa pesawat bisa terbaring tinggi melayang di udara? Apakah karena sesuai namanya, makanya bisa terbang?

Untuk menjawab pertanyaan tersebut, silakan Anda simak beberapa alasan, dasar-dasar serta teori mengapa pesawat bisa terbang.

Page 10: Gaya Angkat Pesawat Terbang

Pesawat bisa terbang karena ada momentum dari dorongan horizontal mesin pesawat (Engine), kemudian dorongan engine tersebut akan menimbulkan perbedaan kecepatan aliran udara dibawah dan diatas sayap pesawat.

Kecepatan udara diatas sayap akan lebih besar dari dibawah sayap di karenakan jarak tempuh lapisan udara yang mengalir di atas sayap lebih besar dari pada jarak tempuh di bawah sayap, waktu tempuh lapisan udara yang melalui atas sayap dan di bawah sayap adalah sama .

Page 11: Gaya Angkat Pesawat Terbang

Sistem Kemudi Pesawat

Sistem kemudi pesawat terbang dipergunakan untuk melakukan manuver. Pada saat pesawat akan berbelok ke arah kanan maka daun kemudi digerakkan ke arah kiri, begitu juga saat pesawat akan bermanuver ke kiri, maka daun kemudi digerakkan ke arah kiri. Bagian belakang pesawat terdapat kemudi yang dirancang secara horizontal dan vertical.Ekor Pesawat terbang untuk ManuverPesawat bisa terbang ke segala arah, menanti gerak kemudi pilot. Kalau kemudi diputar ke kiri, pesawat akan bankingke kiri. Demikian pula sebaliknya. Gerakan ini ditentukan bilah aileron di kedua ujung sayap utama. Lalu, jika pedal kiri atau kanan diinjak, pesawat akan bergerak maju ke kiri atau ke kanan. Dalam hal ini yang bergerak adalah bilahrudder.Posisinya di belakang sayap tegak (di ekor).Berbeda jika gagang kemudi di tarik atau didorong. Pesawat akan menanjak atau menukik. Penentu gerakan ini adalah bilah kemudi elevator yang terletak di kedua bilah sayap ekor horizontal.Fungsi foil adalah untuk mempermudah pesawat saat melakukan maneuver.

Page 12: Gaya Angkat Pesawat Terbang

Ada beberapa bagian utama pesawat yang membuat pesawat itu bisa terbang dengan sempurna, diantaranya sebagai berikut :1. Badan pesawat ( Fuselage ) terdapat didalamnya ; ruang kemudi (Cockpit) dan ruang penumpang (Passenger).

2. 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.

3. Ekor sayap (Horizontal Stabilazer), terdapat Elevator berfungsi untuk “Pitching” nose UP – DOWN.

4. Sirip tegak (Vertical Stabilizer), terdapat Rudder berfungsi untuk “Yawing” belok kiri – kanan.

5. Mesin (Engine), berpungsi sebagai Thrust atau gaya dorong yang menghasilkan kecepatan pesawat.

6. Roda Pesawat ( Landing Gear ),berfungsi untuk mendarat/ landing atau tinggal landas / Take-off.

Page 13: Gaya Angkat Pesawat Terbang

Gaya-gaya yang bekerja pada pesawatThrust, adalah gaya dorong, yang dihasilkan oleh mesin (powerplant)/baling-baling. Gaya ini kebalikan dari gaya tahan (drag). Sebagai aturan umum, thrust beraksi paralel dengan sumbu longitudinal. Tapi sebenarnya hal ini tidak selalu terjadi, seperti yang akan dijelaskan kemudian.

Drag, adalah gaya ke belakang, menarik mundur, dan disebabkan oleh gangguan aliran udara oleh sayap, fuselage, dan objek-objek lain. Drag kebalikan dari thrust, dan beraksi kebelakang paralel dengan arah angin relatif (relative wind).

Weight, gaya berat adalah kombinasi berat dari muatan pesawat itu sendiri, awak pesawat, bahan bakar, dan kargo atau bagasi. Weight menarik pesawat ke bawah karena gaya gravitasi. Weight melawan lift (gaya angkat) dan beraksi secara vertikal ke bawah melalui center of gravity dari pesawat.

Lift, (gaya angkat) melawan gaya dari weight, dan dihasilkan oleh efek dinamis dari udara yang beraksi di sayap, dan beraksi tegak lurus pada arah penerbangan melalui center of lift dari sayap.

Page 14: Gaya Angkat Pesawat Terbang

Menurut Bernoulli...

suatu fluida yang bergerak lebih cepat memiliki tekanan yang lebih rendah dibandingkan dengan fluida yang bergerak lebih lambat.

Page 15: Gaya Angkat Pesawat Terbang

Kecepatan udara besar menimbulkan tekanan udara yang kecil, sehingga tekanan udara di bawah sayap menjadi lebih besar dari sayap pesawat bagian atas. Sehingga akan timbul gaya angkat (Lift) yang menjadikan pesawat itu bisa terbang.

Page 16: Gaya Angkat Pesawat Terbang

Penerapan Hukum Bernoulli untuk mendesain pesawat terbang

Pesawat terbang dirancang sedemikian rupa sehingga hambatan udaranya sekecil mungkin. Pesawat pada saat terbang akan menghadapi beberapa hambatan, diantaranya hambatan udara, hambatan karena massa badan pesawat itu sendiri, dan hambatan pada saat menabrak awan. Setelah dilakukan perhitungan dan rancangan yang akurat dan teliti, langkah selanjutnya adalah pemilihan mesin penggerak pesawat yang mampu mengangkat dan mendorong badan pesawat.

Pada dasarnya, ada empat buah gaya yang bekerja pada sebuah pesawat terbang yang sedang mengangkasa, yaitu :1. Berat pesawat yang disebabkan oleh gaya gravitasi bumi.2. Gaya angkat yang disebabkan oleh bentuk pesawat.3. Gaya ke depan yang disebabkan oleh dorongan mesin / engine.4. Gaya hambatan yang disebabkan oleh gesekan udara.

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.

Page 17: Gaya Angkat Pesawat Terbang
Page 18: Gaya Angkat Pesawat Terbang

Pada sayap pesawat berlaku persamaan Bernoulli sebagai berikut :

Karena sayap pesawat tipis dianggap tinggi sayap h1=h2 , sehingga persamaan diatas menjadi :

P1 + ½ρv1² = P2 +

½ρv2²

P1 - P2 = ½ρ(v2²- v1²)

Jika luas efektif sayap pesawat adalah A, maka gaya ke atas oleh udara pada sisi sayap bawah adalah :

F1 = P1 . A

Page 19: Gaya Angkat Pesawat Terbang

Dan gaya ke bawah oleh udara pada sisi sayap atas adalah :

F2 = P2 . A

Gaya netto ke atas yang dilakukan udara pada sayap pesawat adalah :

ΔF = F2 – F1

ΔF = (P1 – P2). A

Sehingga :

ΔF = ½ρ((v2²- v1²). A

Page 20: Gaya Angkat Pesawat Terbang