Mesin Pesawat

Aircraft Engine

A.   Piston Engine

Sebelum jet engine ditemukan pesawat-pesawat di dunia di dunia menggunakan piston. Mesin piston adalah salah satu mesin pembakaran dalam (internal combustion  engine) yang tenaga geraknya di hasilkan oleh piston yang dihubungkan dengan crankshaft untuk merubah energi kimia menjadi energi mekanik.

Piston engine banyak digunakan untuk kendaran seperti motor, mobil dll. Untuk pesawat sendiri walaupun mesinnya piston tapi bukan sembarang piston. Tenaga yang dihasilkan haruslah besar karena harus menghasilkan thrust sebagai tenaga peswat. Biasanya pada sepeda motor tertulis 110 cc, 125 cc itu adalah volume cylinder yang menghasilkan tenaga. Cyclinder mesin peswat tentunya besar dibandingkan mobil dan motor.

Piston engine dalam ternodinamika mengikuti siklus otto dimana terdapat langkah intake, kompresi,, ekspansi dan exhaust. Pada umumnya satuan tenaga dorong (thrust pada psiton engine) ditunjukan dengan satuan HP (horsepower)

Bahan bakar untuk pesawat piston engine adalah aviation gasoline (avgas)

Piston engine atau biasa di sebut dengan mesin torak, merupakan mesin yang menggunakan piston (torak) sebagai tenaga penggerak. Piston yang bergerak naik turun di hubungkan dengan crankshaft melalui connecting rod untuk memutar propeller atau baling-baling. Piston dapat bergerak naik turun karena adanya pembakaran antara campuran udara dengan bahan bakar (fuel) di dalam ruang bakar (combustion chamber). Pembakaran di dalam combustion chamber menghasilkan expansion gas panas yang dapat menggerakkan piston bergerak naik turun.

Pesawat yang menggunakan mesin piston umumnya menggunakan propeller sebagai tenaga pendorong untuk menghasulkan thrust. Bentuk penampang dari propeller itu sendiri sama seperti sayap, yaitu juga berbentuk airfoil. Sehingga pada saat propeller berputar maka akan menghasilkan gaya dorong atau thrust sehingga pesawat dapat bergerak ke depan. Pesawat dengan mesin piston ini merupakan jenis pesawat ringan atau biasa di sebut dengan light aircraft. Pesawat ini mempunyai daya jelajah yang kecil dan ketinggian terbang yang tidak terlalu tinggi.

Pada dasarnya, prinsip kerja dari semua engine pesawat sama. Yaitu memanfaatkan energi pembakaran antara campuran bahan bakar dengan udara yang menghasilkan expansion gas yang terjadi di dalam ruang bakar cc (combustion chamber).

B.   Turbojet

Pada umumnya motor turbojet sering disebut dengan motor pure-jet adalah suatu motor dengan luas penampang pemasukan udara yang kecil sehingga aliran massa udara yang masuk ke dalam motor tersebut adalah relative kecil dan agar diperoleh gaya dorong yang besar maka aliran gas keluar harus ber kecepatan tinggi

Motor turbojet tersebut pada umumnya dipakai pada pesawat-pesawat terbang yang terbang tinggi diatas permukaan laut dan mempunyai kecepatan yang tinggi.

Pada umumnya motor turbojet mempunyai bagian-bagian utama sebagai berikut :

1)       Air intake / air inlet duct

2)       Kompresor

3)       Ruang bakar

4)       Turbin

5)       Exhaust duct

6)       Sistem-sistem

Bagian-bagian utama pada semua motor turbine gas pada dasarnya sama, hanya kadang-kadang nama bagian atau komponen agak berbeda karena adanya perbedaan terminology dari masing-masing pabrikan motor tersebut. Bahan bakar gas turbine engine adalah avtur, aviation turbine fuel atau aviation kerosene

C.   Tubroprop

Pada motor turboprop daya yang dihasilkan pada poros turbin dipakai untuk memutarkan baling-baling, dan agar putaran baling-baling tidak terlalu tinggi dipergunakan roda-roda gigi reduksi.

Baling-baling menggerakan sejumlah besar massa udara pada kecepatan rendah dimana arahnya berlawanan dengan arah terbang dari pesawat udara.

Penggunaan dari motor turboprop ini adalah pada pesawat udara yang terbang tidak terlalu tinggi dan dimana diperlukan landasan yang pendek utuk mendarat. Pesawat terbang dengan motor turboprop mempunyai pasaran yang cukup luas.

Prinsip kerja dari motor turboprop sama saja dengan turbojet yaitu bahwa udara yang dimampatkan di dalam kompresor masuk ke ruang bakar dan kemudian dibkar bersama bahan bakar yang disemprotkan sehingga menghasilkan gas hasil pembekaran dan selanjutnya melakukan ekspansi pada turbine. Untuk motor turboprop ini pada umumnya diperlukan beberapa tingkat turbine agar energi dari gas panas yang melalui turbine ini dapat diserap lebih banyak untuk menggeraan baling-baling dimana baling-baling diharapkan dapat menghasilkan kurang lebih 90% dari gaya dorong total, dan menginggalkan gas buang yang hanya akan menghasilkan 10% gaya dorong netto.

D.   Turbofan

Motor turbofan adalah suatu motor yang mempunyai perpaduan antara sifat-sifat yang baik dari motor turbojet dengan motor turboprop, dimana pesawat terbang yang ditenagai oleh motor turbo fan ini akan menghasilkan prestasi lebih baik dari pada motor turbo prop pada waktu pesawat sedang terbang tinggi, demikian juga prestasi dari motor turbo fan ini akan lebih baik daripada motor turbojet pada waktu pesawat udara terbang rendah.

Motor turbojet memberikan percepatan udara yang tinggi terhadap berat udara yang kecil. Motor turboprop memberikan percepatan udara yang rendah terhadap berat udara yang besar.

Pada motor turbofan walaupun kecepatan pancar gas yang keluar dari saluran buang lebih rendah dari motor turbojet, tetapi bisa diperoleh gaya dorong yang sama karena jumlah massa aliran udara/gas lebih besar tetapi dengan kecepatan yeng lebih rendah, maka motor turbofan akan memperoleh randemen gaya dorong yang lebih tinggi dari motor turbojet.

› Read More

Read More

Bagian Utama Gas Turbine Engine

Komponen Utama Pada Turbine Engine

1.    Air Inlet

Posisi inlet terletak di bagian depan mesin jet di depan compressor. Fungsi utama suatu inlet adalah sebagai tempat masuknya udara yang diperlukan untuk terjadinya suatu pembakaran di dalam ruang bakar (burner). Dalam merancang suatu inlet, salah satu hal yang perlu diperhatikan adalah bahwa bentuk inlet harus disesuaikan dengan kecepatan yang diinginkan atau kecepatan operasi mesin jet tersebut.

Secara ringkas, inlet dikelompokkan dalam dua kelompok, yaitu subsonic inlet dan supersonic inlet. Subsonic inlet digunakan pada pesawat dimana kecepatannya pada regime di bawah kecepatan suara. Sedangkan supersonic inlet adalah inlet yang digunakan untuk pesawat dimana kecepatannya bisa melebihi kecepatan suara. Bentuk keruncingan bagian depan inlet dirancang sedemikian hingga udara yang masuk ke dalam mesin jet sesuai dengan yang diinginan.

 

Sub sonic inlet                    

Supersonic inlet

Perancangan ujung depan inlet ini tentunya dengan memperhatikan kaidah-kaidah aerodinamika. Untuk supersonic inlet, bagian depan inlet berbentuk lebih runcing dibandingkan inlet untuk kecepatan subsonic, hal ini dikarenakan terjadinya shock wave pada saat kecepatan di atas kecepatan supersonic.

2.   Compressor

 Compressor berfungsi untuk memampatkan udara dan menaikan tekan tekanan sebelum masuk kedalam       combustion chamber.

Ada 2 tipe compressor yaitu :

a.   Axial : Kompresor yang bekerja dan mendapatkan udara dengan dihisap lurus kebelakang langsung ke combustion chamber.

b.   Centrifugal : Kompresor yang bekerja dan mendapatkan udara dengan dihisap ke arah radial dengan gerakan sentrifugal.

3.   Combustion Chamber

Pada bagian ini terjadi proses pembakaran antara bahan bakar dengan fluida kerja yang berupa udara bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi. Hasil pembakaran ini berupa energi panas yang diubah menjadi energi kinetik dengan mengarahkan udara panas tersebut ke transition pieces yang juga berfungsi sebagai nozzle. Fungsi dari keseluruhan sistem adalah untuk mensuplai energi panas ke siklus turbin. Sistem pembakaran ini terdiri dari komponen-komponen berikut yang jumlahnya bervariasi tergantung besar frame dan penggunaan turbin gas. Komponen-komponen itu adalah :

a.   Combustion Chamber, berfungsi sebagai tempat terjadinya pencampuran antara udara yang telah dikompresi dengan bahan bakar yang masuk.

b.   Combustion Liners, terdapat didalam combustion chamber yang berfungsi sebagai tempat berlangsungnya pembakaran.

c.   Fuel Nozzle, berfungsi sebagai tempat masuknya bahan bakar ke dalam combustion liner.

d.   Ignitors (Spark Plug), berfungsi untuk memercikkan bunga api ke dalam combustion chamber sehingga campuran bahan bakar dan udara dapat terbakar.

e.   Transition Fieces, berfungsi untuk mengarahkan dan membentuk aliran gas panas agar sesuai dengan ukuran nozzle dan sudu-sudu turbin gas.

f.    Cross Fire Tubes, berfungsi untuk meratakan nyala api pada semua combustion chamber.

g.   Flame Detector, merupakan alat yang dipasang untuk mendeteksi proses pembakaran terjadi.

Tipe combustion chamber :

a.   Annular

Tabung pembakaran jenis  annular terdiri dari rumah (housing) dan laras (liner) yang mana laras ini terdiri dari gelang yang melingkar memanjang dan mengelilingi rumah bagian dalam (inner casing).

b.   Can

Tabung pembakaran jenis can terdiri dari beberapa buah tabung pembakaran antara 8 sampai 10 buah. Terdiri dari outer case dan didalamnya terdapat combustion chamber liner yang berlubang-lubang untuk menyempurnakan proses pembakaran dan untuk pendinginan. Combustion liner dibuat dari baja tahan korosi dan tahan panas tinggi

c. Can Annular

Can annular dipasang radial mengelilingi sumbu motor (poros yang menghubungkan kompresor dengan turbin). Combustion liner dihubungkan dengan pipa (flame tubes) untuk memudahkan proses menghidupkan motor. Jenis ruang bakar ini menjembatani kesenjangan evolusi antara jenis can dan annular. Sejumlah tabung api yang dipasang di dalam case. Aliran udara ini mirip dengan yang sudah dijelaskan. Pengaturan ini menggabungkan kemudahan perbaikan dan pengujian sistem can dengan kekompakan sistem annular.

4.   Turbin

Turbin berfungsi untuk mengubah energi thermal dari hasil pembakaran di dalam ruang bakar menjadi energi kinetik dalam sudu tetap kemudian menjadi energi mekanik dalam sudu jalan sehingga energi mekanik akan memutar poros turbin.

Turbin section merupakan tempat terjadinya konversi energi kinetik menjadi energi mekanik yang digunakan sebagai penggerak compresor aksial dan perlengkapan lainnya. Dari daya total yang dihasilkan kira-kira 60 % digunakan untuk memutar kompresornya sendiri, dan sisanya digunakan untuk kerja yang dibutuhkan

Komponen-komponen pada turbin section adalah sebagai berikut :

a.   Rotor : Bagian yang berputar.  Rotor terdiri dari bagian poros (shaft) dan roda (wheel).  Roda turbine terpasang pada piringan yang dapat berputar. Piringan (disk) ini diputar dan dihubungkan dengan poros transmisi tenaga utama dari motor.

b.   Stator ( turbine nozzle, turbine gudide vanes): Mengubah energy panas menjadi energy kecepatan pada arus udara dan gas pada sudu-sudu turbine. Jadi tugas nozzle turbine adalah mempersiapakan masssa arus udara dan gas untuk memutar rotor turbine

c.   Turbine casing membungkus roda-roda turbine, rangkaian sudu nozzle dan memberi tempat penyangga secara langsung maupu tidak langsung pada stator turbine. Untuk menghubungkan rumah ruang pembakaran dan rangkaian kerucut pembakaran (exhaust cone assembly) dipergunakan  flens-flens (flanges) yang diikatkan dengan baut

5. Exhaust

Exhaust adalah bagian akhir turbin gas yang berfungsi sebagai saluran pembuangan gas panas sisa yang keluar dari turbin gas. Melangsungkan arus gas panas ke belakang, mencegah terjadinya turbulence dan memberikan kecepatan tinggi kepada gas keluar dari bagian pembuangan.

a.   tail cone berfungsi mengumpulkan gas yang akan dipancarkan, gas yang berasal dari turbine bucket dan kemudian dipancarkan. Dalam melakukan ini kecepatan gas berkurang dan tekanan bertambah. Hal ini  diakibatkan oleh laluan gas yang berbentuk divergen antara saluran luar (outer duct) dan kerucut dalam (inner cone) laluan ini berbentuk annular yang membesar kebelakang

b.   Pipa ekor (tail pipe) berfungsi mengumpulkan gas buang dan meneruskan langsung ke nozzle pacaran (exhaust nozzle).

c.   Nozzle pembuangan (exhaust nozzle) berfungsi mengontrol kecepatan dari motor itu sendiri. Nozzle ini dapat membuka atau membesar dan mengecil menyesuaikan throutle

› Read More

Read More

Otto cycle

Siklus Otto Ideal

Otto Cycle: The Ideal Cycle for Spark-ignition Engines

Siklus Otto adalah siklus ideal untuk mesin torak dengan pengapian-nyala bunga api. Pada mesin pembakaran dengan sistem pengapian-nyala ini, campuran bahan bakar dan udara dibakar dengan menggunakan percikan bunga api dari busi. Piston bergerak dalam empat langkah (disebut juga mesin dua siklus) dalam silinder, sedangkan poros engkol berputar dua kali untuk setiap siklus termodinamika. Mesin seperti ini disebut mesin pembakaran internal empat langkah. Skema berikut memperlihatkan setiap langkah piston dan pernyataan prosesnya pada diagram P-v untuk kondisi aktual mesin pengapian-nyala empat langkah,

Dari skema di atas tersebut, kondisi awal kedua katup hisap dan buang dalam keadaan tertutup sedangkan piston pada posisi terendahnya yaitu pada titik mati bawah (Bottom Dead Center/BDC). Selama langkah kompresi, piston bergerak ke atas, di mana campuran udara-bahan bakar dikompresi. Sesaat sebelum piston mencapai posisi tertingginya yaitu titik mati atas (Top Dead Center/TDC), percikan bunga api ditimbulkan oleh busi sehingga membakar campuran, yang kemudian menaikkan tekanan dan temperatur sistem. Tekanan gas yang tinggi tersebut mendorong piston ke bawah sehingga menyebabkan poros engkol berputar, selama langkah usaha (langkah ekspansi) ini dihasilkan kerja keluaran yang bermanfaat. Pada ujung langkah ini, piston pada posisi terendahnya untuk menyelesaikan siklus yang pertama (mesin satu siklus), sehingga isi silindernya berupa sisa pembakaran.

Piston bergerak kembali ke atas membersihkan gas buang melalui katup buang (langkah pembuangan), kemudian piston turun kembali ke bawah mengambil campuran udara-bahan bakar yang baru melalui katup hisap (langkah hisap). Sebagai catatan bahwa tekanan dalam silinder di atas tekanan lingkungan saat langkah buang dan berada di bawah tekanan lingkungan saat langkah hisap.

Analisis termodinamika untuk kondisi aktual tersebut dapat disederhanakan bila digunakan asumsi udara-standar yang berlaku sebagai gas-ideal. Karenaitu, siklus untuk kondisi aktual dimodifikasi menjadi sistem tertutup yang disebut sebagai siklus Otto ideal. Skema dan pernyataan prosesnya pada diagram P-v dan T-s seperti terlihat pada gambar berikut,

Siklus Otto ideal terdiri dari empat proses reversibel internal. Secara thermodinamika, siklus ini memiliki 4 buah proses thermodinamika yang terdiri dari 2 buah proses isokhorik (volume tetap) dan 2 buah proses adiabatic/insentropic (kalor tetap)

1.      proses 1-2 kompresi isentropik,

2.      proses 2-3 penambahan kalor pada volume tetap/isokhorik

3.      proses 3-4 ekspansi/langkah kerja isentropik,

4.      proses 4-1 pelepasan kalor/langkah buang pada volume tetap.

Karena siklus Otto ideal ini merupakan sistem tertutup, maka ada beberapa asumsi yang digunakan yaitu :

(1) mengabaikan perubahan energi kinetik dan potensial

(2) tidak ada kerja yang timbul selama proses perpindahan kalor.

Efisiensi termal siklus Otto ideal ini tergantung dari besarnya rasio kompresi mesin dan rasio kalor spesifik dari fluida kerjanya. Efisiensi siklus akan naik bila rasio kompresi dan rasio kalor spesifik semakin besar seperti pada diagram di bawah ini.

Sumber : http://tutorialteknik.blogspot.com/2011/05/siklus-otto-ideal.html

› Read More

Read More

Airfoil

Airfoil

Airfoil adalah bentuk dari suatu sayap pesawat yang dapat menghasilkan gaya angkat (lift) atau efek aerodinamika ketika melewati suatu aliran udara. Airfoil merupakan bentuk dari potongan melintang sayap yang dihasilkan oleh perpotongan tegak lurus sayap terhadap pesawat, dengan kata lain airfoil merupakan bentuk sayap secara dua dimensi seperti pada gambar.

Terminologi airfoil

Dari gambar terminologi suatu airfoil diatas, dapat dijelaskan lebih rinci sebagai berikut :

1. Leading edge, merupakan bagian permukaan paling depan dari airfoil.
2. Trailing edge, merupakan bagian permukan paling belakang dari airfoil.
3. Mean chamber line, merupakan garis pertengahan yang membagi antara permukaan bagian atas dan permukaan bagian bawah dari airfoil.
4. Chord line, merupakan garis lurus yang menghubungkan leading edge dan trailing edge.
5. Chord, merupakan perpanjangan dari chord line mulai dari leading edge hingga trailing edge. Dengan kata lain, chord adalah karakteristik dimensi longitudinal dari suatu airfoil.
6. Maximum chamber, merupakan jarak antara mean chamber line dengan chord line. Maximum chamber membantu mendefinisikan bentuk dari mean chamber line.
7. Maximum thickness, merupakan ketebalan maksimum dari suatu airfoil, dan menunjukkan persentase dari chord. Maximum thickness membantu mendefinisikan bentuk dari airfoildan juga performa dari airfoil tersebut.

› Read More

Read More

Straight and Level Flight

Terbang Lurus dan Mendatar

Terbang lurus dan mendatar (straight and level flight) merupakan sikap dasar yang dipergunakan untuk merencanakan suatu pesawat terbang. Pada penerbangan yang stabil, jumlah dari gaya yang saling berlawanan adalah sama dengan nol. Tidak akan ada ketidakseimbangan dalam penerbangan yang stabil dan lurus (Hukum ketiga Newton).

Hal ini tidak sama dengan mengatakan seluruh keempat gaya adalah sama. Secara sederhana semua gaya yang berlawanan adalah sama besar dan membatalkan efek dari masing-masing gaya. Seringkali hubungan antara keempat gaya ini diterangkan dengan salah atau digambarkan dengan sedemikian rupa sehingga menjadi kurang jelas.

Perhatikan gambar. Pada ilustrasi di bagian atas, nilai dari semua vektor gaya terlihat sama. Keterangan biasa pada umumnya akan mengatakan (tanpa menyatakan bahwa thrust dan drag tidak sama nilainya dengan weight dan lift) bahwa thrust sama dengan drag dan lift sama dengan weight seperti yang diperlihatkan di ilustrasi di samping.

Pada dasarnya ini adalah pernyataan yang benar yang harus benar-benar dimengerti atau akan memberi pengertian yang menyesatkan.

Harus dimengerti bahwa dalam penerbangan yang lurus dan mendatar (straight and level), tidak berakselerasi, adalah benar gaya lift/weight yang saling berlawanan adalah sama, tapi kedua gaya itu juga lebih besar dari gaya berlawanan thrust/drag yang juga sama nilainya diantara keduanya, bukan dibandingkan dengan lift/weight. Untuk kebenarannya, harus dikatakan bahwa dalam keadaan stabil (steady):

1. Jumlah gaya ke atas (tidak hanya lift) sama dengan jumlah gaya ke bawah (tidak hanya weight)
2. Jumlah gaya dorong (tidak hanya thrust) sama dengan jumlah gaya ke belakang (tidak hanya drag)

› Read More

Read More

Tugas Aerodinamika

Tugas Aerodinamika

Materi Level flight

Link soal clik dibawah ini

Soal

› Read More

Read More