MAKALAH MEKANIKA FLUIDA

ANIMASI STREAMLINE PADA SAYAP PESAWAT TERBANG

Makalah dibuat untuk memenuhi tugas Mekanika Fluida

Disusun oleh:

1. Alifa Zietyn N M0212010

2. Iranika fitriyani M0212045

3. Alto Kholif Bujana M0213004

4. Andy saktia Warseno M0213007

PROGRAM STUDI FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

DESEMBER

2015

2

BAB I

PENDAHULUAN

Mekanika fluida adalah disiplin ilmu bagian dari bidang mekanika terapan

yang mengkaji perilaku dari zat-zat cair dan gas dalam keadaan diam ataupun

bergerak. Bidang mekanika ini jelas mencakup berbagai persoalan yang sangat

bervariasi, mulai dari kajian mengenai aliran darah di saluran-saluran kapiler

(yang hanya:berdiameter beberapa mikron) sampai pada kajian aliran minyak

mentah yang melewati Alaska melalui pipa berdiameter 4 ft sepanjang 800 mil.

Prinsip-prinsip mekanika fluida diperlukan untuk menjelaskan mengapa

pesawat terbang dibuat berbentuk streamline dengan permukaan mulus demi

efisiensi penerbangan yang terbaik, sementara bola golf dibuat dengan permukaan

ber-lubang-lubang (bopak) untuk mcningkatkan efisiensinya.

Pada kehidupan sehari-hari dapat dijumpai mobil sport atau kereta cepat

yang bagian depan kepalanya berbentuk runcing aerodinamik. Hal tersebut

dikarenakan bentuk runcing dari kepala kendaraan dapat membantu mengurangi

hambatan udara saat melaju sehingga dapat menambah kecepatan kendaraan.

Pada saat sebuah benda bergerak dengan kecepatan tertentu akan terbentuk

streamline yang terjadi karena interaksi fluida dengan benda. Streamline yang

terbentuk akibat interaksi tersebut dapat mempengaruhi kecepatan gerak benda.

berdasarkan hal tersebut, maka dibuat animasi streamline pada sayap pesawat agar

dapat diketahui streamline yang terbentuk dan pengaruhya terhadap kecepatan

pesawat.

3

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

3.1. Hukum III Newton, Hukum Bernoulli dan Streamline

1. Hukum III Newton

"Jika sebuah benda, mengerjakan gaya terhadap benda lain, maka benda lain

akan mengerjakan gaya yang sama besar dan berlawanan pada benda tersebut."

Hukum III Newton digunakan pada pesawat untuk melakukan kecepatan.

Mesin jet memberikan aksi dengan membuat gaya ke arah belakang dari pesawat,

dan pesawat akan melakukan reaksi dengan maju ke arah depan. Kecepatan

tersebut digunakan pesawat untuk melakukan hukum bernouli. Jadi mesin jet pada

pesawat itu membuat kecepatan. Dan kecepatan tersebut lah yang membuat

hukum bernouli bisa berjalan dan membuat pesawat menjadi terbang.

Gambar 2.1. Ilustrasi Hukum III Newton

2. Hukum Bernoulli

Hukum Bernoulli bekerja pada komponen-komponen pesawat, yaitu sayap.

Persamaan Bernoulli: “Hukum bernouli yang bekerja pada sayap pesawat adalah

kecepatan aliran udara yang mengalir di atas lebih besar sayap pesawat daripada

di bawah pesawat. Hal itu terjadi agar bagian bawah sayap pesawat mendapatkan

tekanan daripada di atas pesawat.

Penampang sayap pesawat terbang memiliki bagian belakang yang tajam

dan sisi bagian atas yang lebih melengking dari sisi bagian bawahnya. Bentuk ini

4

membuat kecepatan aliran udara melalui muka bagian atas lebih besar dari

kecepatan aliran udara melalui muka bagian bawah pada saat pesawat tinggal

landas.

Besarnya gaya angkat pesawat terbang dapat dirumuskan sebagai berikut:

..................................................................................(1)

Dimana:

P1 = tekanan di bawah sayap

P2 = tekanan di atas sayap

v1 = kecepatan udara di bawah sayap

v2 = kecepatan udara di bawah sayap

ρ = massa jenis udara

A = luas penampang sayap

3. Streamline

Streamline pada pesawat adalah aliran udara pada pesawat agar dapat

terbang dengan efisien mungkin. Streamline juga ditentukan oleh bentuk body

dari pesawat itu sendiri saat proses perancangan pesawat itu sendiri di pabrik.

Stream line diusahakan agar mendapatkan hambatan angin yang se rendah-

rendahnya dengan daya angkat yang optimal sehingga didapatkan efisiensi yang

besar.

Gambar 2.2. Ilustrasi Streanline pada pesawat terbang (Anonim, 2014)

5

3.2. Gaya –gaya yang bekerja pada pesawat terbang

1. Drag

Drag didefinisikan sebagai komponen dari gaya aerodinamika yang sejajar

dengan arah relative wind dan berlawanan arah dengan gerak maju pesawat

terbang. Pada kecepatan subsonic terdapat dua jenis drag, yaitu Parasite

drag dan Induced drag. Sedangkan pada kecepatan yang lebih tinggi lagi akan

timbul drag yang disebut dengan shock wave drag.

2. Parasite Drag

Parasite drag terdiri dari beberapa komponen drag yang berbeda-beda,

secara umum parasite drag dapat didefinisikan sebagai gaya hambat yang timbul

karena faktor-faktor selain adanya wing.

3. Form Drag

Form drag adalah bentuk drag yang timbul karena bentuk fisik benda.

Contoh form drag untuk beberapa bentuk benda dapat dilihat dibawah ini.

Gambar 2.3. Contoh form drag

a. Bentuk Pelat datar (flat plate), terhadap arah aliran udara tegak lurus :

- koefisiennya gaya hambat yang timbul adalah 100 %

b. Bentuk Bola (Ball Shape)

- koefesiennya gaya hambat yang timbul adalalh 50 %

c. Bentuk Ellipse

6

- koefisiennya gaya hambat yang timbul adalah 15 %

d. Bentuk Streamline

- koefisiennya gaya hambat yang timbul adalah 5 %

Bentuk streamline ini secara awam dikenal dengan istilah “bentuk

aerodinamis” karena aliran udara (airflow) yang melewati permukaan benda

tersebut hamper seluruhnya aliran udara yang laminar (lurus dan rata) mengikuti

bentuk benda. Akibatnya adalah gaya hambat yang timbul menjadi kecil. Untuk

memperkecil From drag pada pesawat terbang, maka fuselage,engine

nacelle dan pod serta komponen yang berada di luar konstruksi pesawat terbang

dibuat lebih streamlined.

4. Skin Friction Drag

Skin Friction Drag adalah gaya hambat yang timbul karena adanya

pergesekan udara dengan permukaan benda. Jenis drag ini akan dipengaruhi oleh

luas daerah yang di lewati oleh aliran udara. Kehalusan permukaan juga

berpengaruh terhadap skin friction drag. Untuk memperkecil skin friction

drag pada pesawat terbang, maka rivet yang dipergunakan pada area yang

dialiri airflow dibuat flush(rata), skin pesawat dipolish, terutama yang terbuat dari

fabric serta menghilangkan alumunium oxide pada alumunium skin.

5. Interference Drag

Interference drag adalah gaya hambat yang disebabkan oleh adanya

interferensi dari boundary-boundary layer yang berbeda dari komponen-

komponen pesawat yang berbeda. Jika drag dari dua buah komponen pesawat

sudah diukur tersendiri, kemudian komponen-komponen tersebut digabungkan

(contoh: wing ke fuselage), maka drag yang terjadi dari gabungan dua komponen

tersebut lebih besar dari jumlah drag masing-masing komponen. Hal inilah yang

disebabkan oleh Interferensi dari boundary layer dua komponen tesebut. Untuk

memeperkecil interference drag, maka setiap sambungan dua atau lebih

komponen struktur pesawat mempergunakan fairing.

6. Leakage Drag

Leakage drag adalah drag yang disebabkan oleh perbedaan tekanan udara di

dalam dan di luar pesawat terbang. Udara yang mengalir dari

7

dalam fuselageyang pressurized (bertekanan) melalui crack atau door seal akan

menghasilkan suatu bentuk arus udara yang mempengaruhi airflow di sekeliling

pesawat terbang dan mengakibatkan terjadinya drag. Pada airflow yang melalui

bagian bawah wing, yang bergerak mengalir ke atas wing melalui

wing attachment cracks dapat juga menyebabkan terjadinya leakage drag.

7. Profile Drag

Jenis lain dari parasite drag yang terjadi pada helicopter adalah profile

drag.Profile drag adalah drag yang disebabkan oleh main rotor yang berputar.

Drag ini harus diatasi selama rotor berputar dan dapat timbul baik pada saat

helicopter dalam keadaan diam atau tidak menghasilkan lift.

8. Induced Drag

Induced drag adalah jenis terakhir dari drag tetapi merupakan jenis drag

yang paling penting, terutama untuk diektahui oleh para penerbanga pada pesawat

dengan high performance. Induced drag adalah drag yang timbul karena adanya

lift (gaya angkat), karena drag ini hanya timbul jika lift dihasilkan.

9. Lift

Lift akan bekerja melalui centre of pressure yang tergantung pada letak

sayap. Dengan demikian perancang pesawat harus berhati-hati menempatkan

sayap pada posisi yang benar pada fuselage. Tetapi hal ini cukup rumit, karena

kenyataannya bahwa perubahan angle of attack berarti pergeseran letak lift, dan

biasanya kearah yang tidak stabil pada pesawat. Apabila angel of

attack bertambah karena pitching moment di sekitar centre of pressure, akan

menyebabkan pesawat nose up dan cenderung untuk bertambah besar lagi.

10. Weight

Gaya berat adalah gaya yang dihasilkan oleh pesawat itu sendiri. Bereaksi

secara vertical kebawah melalui centre of gravity (c.g). Weight bekerja melalui

c.g yang tergantung pada berat dan letak dari masing-masing bagian pesawat di

sepanjang fuselage, dan beban yang diangkut juga mempengaruhi gaya W ini.

Gaya berat ini mendatangkan cukup permasalahan, karena akan terjadi pergeseran

c.g, sebagai contoh adalah pada pesawat Concorde, fuelnya bergerak dari satu

tangki ke tangki yang lain untuk mempertahankan c.g tersebut.

8

11. Thrust

Gaya dorong adalah gaya yang menarik pesawat secara horizontal ke arah

maju pesawat (flight path) sepanjang propeller shaft atau line of thrust.

Line of Thrust dapat berada di atas dengan cara menata letak shaft propeller atau

garis tengah mesin jet yang tergantung pada letak pemasangan engine, baik single

maupun multi engine. Para perancang pesawat bisa memilih caranya sendiri,

tetapi harus melihat masalah-masalah propeller ground clearance. Apakah juga

mengganguvisibility dari penerbang, dan juga menimbulkan problema baru, yaitu

kapan kita bisa membuat Thrust yang bisa membelokkan pesawat secara otomatis

untuk pesawat secara otomatis untuk pesawat modern (Anonim,2012).

9

BAB III

PEMBAHASAN

Animasi sreamline pada pesawat terbang dibuat dalam bentuk sebagai berikut:

Gambar 3.1. Ilustrasi terbentuknya streamline pada setiap perubahan sudut sayap

pesawat terbang.

Sebuah pesawat terbang memberikan gaya angkat yang dibutuhkan untuk

terbang. Gaya angkat terjadi oleh aliran udara dari bagian depan di sekitar sayap

sehingga membentuk streamline di sayap pesawat terbang. Bentuk dari sayap

yang melengkung pada bagian atas dan relatif rata pada bagian bawah

menyebabkan aliran udara yang melintas pada bagian atas berbeda dengan bagian

bawah dari sayap, begitu pula streamline yang tebentuk.

Saat udara menerpa bagian atas sayap, menyebabkan aliran melintas

menjauhi sayap.Karena bentuk lengkungan pada sayap pada bagian atas

10

menyebabkan daerah tekanan rendah tercipta. Perbedaan tekanan bagian atas dan

bagian bawah akan menciptakan gaya angkat pada sayap.

Pada ilustrasi di atas udara mengalir melewati bagian atas sayap dan bagian

bawah sayap dengan adanya perubahan sudut pada sayap pesawat. Dengan bentuk

yang melengkung di atas, maka aliran udara di atas sayap membutuhkan jarak

yang lebih panjang dan membuatnya “mengalir” lebih cepat dibandingkan dengan

aliran udara di bawah sayap pesawat. Karena kecepatan udara yang lebih cepat di

atas sayap, maka tekanannya akan lebih rendah dibandingkan dengan tekanan

udara yang “mengalir” di bawah sayap. Tekanan di bawah sayap yang lebih besar

akan “mengangkat” sayap pesawat dan disebut gaya angkat/lift..

Gambar 3.2. Aliran udara yang mengenai sayap pesawat terbang

Karena itu, kecepatan pesawat harus dijaga sesuai dengan rancangannya.

Jika kecepatannya turun maka lift nya akan berkurang dan pesawat akan jatuh,

dalam ilmu penerbangan disebut STALL. Kecepatan minimum ini disebut Stall

Speed.

Pesawat dengan model berbaling-baling dan bermesin piston memutar

baling-baling di depan pesawat dengan mesin piston. Seperti halnya kipas angin,

baling-baling ini meniup udara ke belakang dengan kuat sehingga terjadi reaksi

dari pesawat itu sendiri untuk bergerak ke depan. Gaya dorong dari baling-baling

ini disebut thrust. Gaya ini bekerja ke depan.

11

Gambar 3.3. 4 Gaya yang bekerja dalam pesawat terbang

Pada waktu bergerak ke depan, udara yang dilewati oleh pesawat

menghasilkan gesekan yang menahan gerakan pesawat tersebut. Gaya gesek ini

disebut drag. Dengan adanya drag maka dibutuhkan lebih banyak thrust untuk

menggerakkan pesawat.

Pada waktu pesawat digerakkan ke depan dengan kecepatan tertentu, sayap

menghasilkan gaya angkat yang disebut lift. Lift ini bertambah seiring dengan

bertambahnya kecepatan pesawat. Tapi jika kecepatan pesawat terus ditambah,

maka drag yang terjadi akan terlalu besar dan sayap pesawat akan berhenti

menghasilkan lift. Gaya yang terakhir adalah gaya yang kita kenal dengan berat

disebut weight. Dua bagian ini bekerja sama menghasilkan tenaga untuk melaju.

12

BAB IV

KESIMPULAN

Posisi untuk masing-masing sudut pada sayap pesawat mempengaruhi

Streamline aliran fluida, yang mana semakin besar kemiringan sayap pesawat

semakin banyak Streamline yang berada dibawah pesawat yang menandakan

kecepatan alir fluida semakin melambat dan memberikan tekanan yang besar

dibanging atas sayap pesawat.

13

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. 2012. Aerodinamika Pesawat Terbang. gilangmrbean.blogspot.co.id.

Diakses pada 18 Desember 2015.

Anonim. 2014. Aerodinamika. Jakarta:Sekolah Tinggi Penerbangan Indonesia.