Kontradiksi seorang Aircraft Designer


Bismillah

Tulisan ini bagai membuka lembaran lama. Lembaran diktat dari sang mahaguru, Alm. Prof Said D. Djenie Scd (Pak Said), yang berjudul Pengantar Teknik Penerbangan. Masih ingat saat kuliah tersebut, kami – mahasiswa penerbangan 2005 – adalah makhluk-makhluk langka yang rela untuk kuliah di hari Sabtu pada Tahap Persiapan Bersama. Disaat jurusan lain sibuk ngadain ospek atau ikut kegiatan unit, kami harus rela berada di ruangan untuk mendengarkan kuliah. Awalnya berat untuk kuliah hari Sabtu, tapi melewatkan bertemu dan menerima ilmu dari Dosen super spesial jauh lebih berat. Konon Alm. Pak Said ini pernah mengatakan bahwa beliau bersedia untuk menjadi ketua BPPT atau jabatan organisasi lainnya, asal masih diizinkan untuk mengajar berbagi ilmu di civitas akademikanya, Teknik Penerbangan ITB. Semoga ilmu yang bapak berikan untuk kami, jadi ilmu yang berguna dan bermanfaat dan menjadi amal yang tak putus-putusnya untuk bapak.

Membaca judulnya saja, mungkin membuat anda bertanya-tanya, “Kontradiksi Seorang Aircraft Designer”, tampak menyeramkan hehe. Tenang, ini adalah konsepsi-konsepsi yang membuat kenapa seorang lulusan Teknik Penerbangan, katanya disukai karena mampu memberikan solusi dan berkompromi dalam kondisi sesulit apapun (itu doktrin yang melekat untuk saya hingga saat ini😀 ). Kenapa? Karena ketika merancang bangun sebuah pesawat terbang, banyak aspek yang saling bertentangan satu sama lain dengan aspek lainnya. Dan tak jarang pertentangan ini bisa menimbulkan peperangan yang nyata antara satu divisi dengan divisi lainnya ( lebay :p ). Tapi memang itu nyatanya. Buktinya bisa dilihat kalau anak Penerbangan sedang mengambil mata kuliah Perancangan – mata kuliah paling seru – pasti nggak mungkin nggak ribut sesama anggotanya hehe.

Apa pertentangan-pertentangan itu?

Pertama, aspek berat melawan kekuatan struktur. Pesawat terbang harus didesain seringan mungkin agar energi yang dikeluarkan untuk mengangkatnya – terbang di udara – semakin kecil. Tapi bukankah dengan berat yang semakin ringan maka kekuatan struktur semakin lemah? Padahal selain untuk menahan beban pesawat itu sendiri, struktur pesawat juga harus mampu menahan beban aerodinamik, beban inersial, gravitasi, dll. Karena itu kekuatan struktur harus cukup besar. Katakanlah bahwa energi pesawat bisa dibuat sebesar mungkin (agar kecepatannya tinggi sehingga gaya angkatnya lebih besar) dengan membuat energi engine sebesar mungkin maka tentu mesin yang dibutuhkan semakin besar, konsekuensinya engine semakin boros, dan tentu bahan bakar yang dibutuhkan semakin banyak, maka berat pesawat lebih besar lagi. Karena itu butuh kompromi antara berat dan kekuatan struktur agar optimal.

Kedua, Geometri Pesawat dan Kekakuan Struktur. Pembangkit utama gaya angkat agar pesawat bisa terbang adalah sayap. Semakin besar sayap maka semakin besar gaya angkat yang dihasilkan. Itu gampangnya. Kita memang bisa membuat sayap seluas mungkin, tapi apa konsekuensinya? Sayap semakin luas, maka rasio luas sayap terhadap ketebalannya akan semakin besar, sehingga akan terlihat semakin tipis dan semakin elastis. Sehingga kekakuannya berkurang. Padahal kekuatan struktur harus cukup besar untuk menahan beban pesawat. Jadi konflik lagi nih antara aerodinamika dan struktur.

Ketiga, Kecepatan melawan gaya hambat. Pesawat udara dirancang dengan kecepatan sebesar mungkin agar dapat diperoleh energi terbang sebesar mungkin. Tapi ternyata dalam hukum aerodinamika, pada rezim subsonik, semakin cepat pesawat terbang, maka semakin besar gaya hambatnya, akibatnya energi terbangnya berkurang. Bisa dibuat lebih cepat dengan menambahkan gaya dorong, tentu engine yang dibutuhkan lebih besar. Kecepatan pesawat terbang merupakan bagian dari mekanika terbang. Jadi disini konfliknya antara orang Mekanika Terbang melawan Aerodinamika🙂

Keempat, Jangkauan terbang melawan berat bahan bakar. Dalam pemakaian bahan bakar, dikenal yang namanya SFC (specific Fuel Consumption), yakni coefficien laju pemakaian bahan bakar. Semakin kecil nilai SFC maka semakin baik, artinya semakin irit. Dengan harga SFC kecil, jangkauan terbang akan semakin jauh dan waktu tempuh semakin lama untuk jumlah bahan bakar yang sama. Nilai SFC ini biasanya bergantung pada prestasi propulsinya, biasanya propulsi atau mesin berjenis propeler memiliki nilai SFC yang lebih kecil dibandingkan dengan mesin jet. Tapi tahu sendiri kan, kalo menggunakan mesin propeler, kapan nyampenya hehe. Kecepatan terbangnya jauh lebih lambat dibandingkan Jet. Lagi-lagi faktor kecepatan (mekanika terbang) harus berkompromi melawan orang Propulsi. Mekanika Terbang VS Propulsi.

Kelima, Energi terbang melawan berat bahan bakar. Khusus untuk pesawat terbang bermesin roket, misal pesawat antariksa, dibutuhkan tenaga dorong yang sangat sangat besar. Rumus matematikanya agak ribet, jadi perubahan energi terbangnya berbanding lurus dengan penambahan massa bahan bakar secara eksponensial. Hingga kalo misalnya dibandingkan berat bahan bakar dan berat wahana itu sendiri (ketika tanpa bahan bakar), beratnya hampir sama🙂 . Tentu dengan berat seperti ini struktur yang dbutuhkan atau berat pesawat dan berat bahan bakar itu sendiri menjadi faktor yang sangat menentukan. Jadi khusus untuk masalah Roket ini, biasanya yang ribut adalah orang Struktur dan orang Propulsi hehe. Untungnya solusi praktisnya sudah bisa ditemukan. Kalau kita perhatikan pesawat antariksa, wahana tersebut biasanya terdiri dari beberapa modul. Nah modul2 ini biasanya banyak diisi oleh bahan bakar. Nah ketika bahan bakar di modul tersebut habis, daripada berat-berat membawa modul yang kosong, ya udah modulnya dibuang – dilepaskan.

Keenam, Kestabilan lawan gaya dan momen alami. Pesawat harus stabil dong, gak lucu kalau misal gak stabil. Misalkan dongak sedikit, eh gak balik lagi ke posisi awalnya, bisa-bisa jungkir balik di atas hehe. Nah gaya-gaya yang bekerja pada pesawat tentu banyak dipengaruhi oleh lingkungan dan juga pesawat itu sendiri. Ada gaya berat, gaya aerodinamika, dan juga gaya dorong. Nah titik tangkap dari masing-masing gaya tersebut berbeda-beda. Nah agar stabil, resultan dari masing-masing gaya dan momen yang bekerja pada pesawat tersebut haruslah berjumlah nol. Belum lagi kalau misal tiba-tiba ada gangguan luar seperti gust atau downwash. Kestabilan ini adalah bidang mekanika terbang. Nah berarti untuk kompromi ini, orang Mekanika Terbang harus berkompromi dengan orang Struktur, Propulsi, dan juga Aerodinamika. Wiw :p

Yang terakhir, ini agak advanced sih, soalnya khusus untuk pesawat yang terbang dari satu planet ke planet lainnya. Konfliknya adalah antara waktu terbang melawan energi terbang yang dibutuhkan. Waktu penerbangan di antariksa sangat lah penting, harus secepat mungkin, karena menyangkut usia instrumen dan juga manusia nya itu sendiri (jika berawak). Tentu dengan semakin cepat, energi yang dibutuhkan semakin besar. Nah energi yang besar ini dibangkitkan oleh sistem propulsi yang tentunya membawa bahan bakar yang besar. Hal ini sangatlah sulit direalisasikan. Biasanya para astrodinamist (bener gak ya sebutannya? hehe) melakukan suatu metode memanfaatkan kekuatan gravitasi planet sekitar untuk membangkitkan energi. Jadi itung-itungannya, gimana caranya masuk ke orbit suatu planet dengan tepat agar mendapatkan bantuan dorongan energi yang efisien. Khusus untuk ini, adalah pertarungan antara orang Astrodinamika melawan Orang Propulsi.

– – – – – –

Rutan with his aircraft – taken from britannica.com

Nah diatas adalah konflik, intrik, dan bumbu seorang aircraft designer😉 . Penuh kompromi. Intinya gimana caranya membuat pesawat tetap optimal dengan tetap mengusahakan mekanika terbangnya baik, aerodinamikanya baik, strukturnya kuat tapi ringan, propulsinya hemat, terbangnya cepat, kalo buat penumpang juga tetap nyaman didalamnya. Menarik kan? Semoga Bermanfaat!