Diterjemahkan secara bebas dengan sepengetahuan FAA (Federal Aviation Administration) dari Pilot's Handbook of Aeronautical Knowledge. Dokumen asli bisa anda dapatkan di website www.faa.gov
Menurut definisi FAA (Badan Penerbangan Amerika Serikat) di FAR (Federal Aviation Regulation) saat ini yang juga diadopsi oleh Indonesian CASR (Civil Aviation Safety Regulation), Part 1, Definition and Abbreviations, aircraft adalah sebuah perangkat yang digunakan atau dimaksudkan untuk digunakan dalam penerbangan. Kategori aircraft untuk sertifikasi penerbangnya dalam hal ini adalah airplane, rotorcraft, lighter-than-air, powered lift, dan glider. Part 1 tersebut juga mendefinisikan airplane/ pesawat terbang sebagai: digerakkan mesin, sayap tetap yang lebih berat dari udara, dalam penerbangannya ditahan oleh reaksi dinamis dari udara yang berlawanan arah dengan sayapnya. Bab ini menyediakan sedikit pengenalan terhadap pesawat terbang (airplane) dan komponen-komponen utamanya.
KOMPONEN UTAMA
Meskipun pesawat terbang dirancang untuk berbagai keperluan, kebanyakan mempunyai komponen utama yang sama satu dengan lainnya. Karakter utama dari sebuah pesawat terbang ditentukan oleh tujuan awal rancangannya. Kebanyakan struktur pesawat terdiri dari fuselage (badan pesawat), sayap, empennage (bagian belakang), roda pendaratan, dan mesin.
Komponen Utama Pesawat Udara
Aircraft—A device that is used for flight in the air.
Airplane—An engine-driven, fixed-wing aircraft heavier than air that is supported in flight by the dynamic reaction of air against its wings.
Diskusi tentang hukum-hukum alam yang sangat mendasar yang mempengaruhi gaya-gaya yang bekerja pada sebuah pesawat yang terbang, dan apa efek dari hukum alami dan gaya-gaya ini pada karakteristik kinerja dari pesawat. Untuk benar-benar mengendalikan sebuah pesawat, seorang penerbang harus mengerti prinsip-prinsip yang terlibat dan belajar untuk memanfaatkan atau menetralkan gaya-gaya alam ini. Pesawat umum modern mempunyai sesuatu yang disebut dengan karakter berkinerja tinggi (high performance). Karena itu terjadi peningkatan syarat bahwa penerbang memahami dan mengerti prinsip-prinsip dari dasar seni penerbangan.
Atmosfir tempat dimana sebuah penerbangan dilakukan adalah gumpalan udara yang mengelilingi bumi dan melekat di permukaannya. Jumlah udaranya juga sebanyak jumlah daratan dan lautan. Tapi, bagaimanapun, udara berbeda dari daratan dan lautan karena terdiri dari campuran banyak gas. Udara memiliki massa, berat dan bentuk yang tak tetap.
Udara seperti halnya fluida lain, mempunyai kemampuan untuk mengalir dan berubah bentuk ketika harus menyeimbangkan perbedaan tekanan yang kecil sekalipun, karena kurangnya kohesi molekul. Sebagai contoh, gas akan memenuhi sebuah bejana tempat dia ditaruh, mengembang atau mengkerut untuk menyesuaikan bentuknya dengan dibatasi oleh bentuk bejana tersebut.
Atmosfir terdiri dari 78 persen nitrogen, 21 persen oksigen dan 1 persen gas-gas yang lainnya, seperti argon dan helium. Karena beberapa unsur lebih berat dari yang lainnya, maka ada kecenderungan alami bagi unsur yang lebih berat seperti oksigen untuk berada di permukaan bumi, sedangkan unsur yang lebih ringan akan terangkat ke bagian yang lebih tinggi. Hal ini menerangkan mengapa sebagian besar oksigen berada di bawah ketinggian 35000 kaki.
Karena udara memiliki massa dan berat, maka ia disebut benda, dan sebagai sebuah benda maka ia akan bereaksi pada hukum-hukum fisik seperti halnya benda gas yang lain. Karena memiliki berat di permukaan bumi, maka udara memberikan tekanan rata-rata 14.7 pon (lbs) pada setiap inci persegi, atau 22,92 inci dari air raksa- tapi karena ketebalannya terbatas, makin tinggi makin berkurang udara di atas. Karena alasan ini maka berat atmosfir di ketinggian 18000 kaki hanyalah setengah dari beratnya di permukaan laut.
Tekanan Atmosfir
Meskipun banyak sekali macamnya tekanan, diskusi ini terutama berisi tentang tekanan atmosfir. Tekanan atmosfir ini adalah faktor penting dari perubahan cuaca, membantu mengangkat pesawat, dan menggerakkan beberapa instrumen penerbangan penting dalam pesawat udara.
Instrumen-instrumen ini adalah altimeter (penunjuk ketinggian), indikator airspeed (kecepatan udara), indikator rate-of-climb (kecepatan menanjak), dan penunjuk tekanan manifold.
Meskipun udara sangat ringan, tapi memiliki massa dan dipengaruhi oleh gaya gravitasi. Maka, udara juga seperti halnya benda lain, memiliki berat dan memiliki gaya. Karena udara merupakan zat cair, maka gaya yang dimilikinya bekerja secara sama-rata ke semua arah, dan efek gayanya pada udara disebut tekanan (pressure). Pada kondisi baku di permukaan laut, rata-rata tekanan yang diterima pada tubuh manusia oleh atmosfir adalah sekitar 14,7 pon/inci. Kepadatan udara mempunyai efek yang berarti pada kemampuan pesawat terbang. Jika udara berkurang kepadatannya maka akan berakibat berkurangnya:
1. tenaga, karena mesin mendapatkan udara yang lebih sedikit,
2. thrust (gaya dorong) karena efisiensi baling-baling menjadi berkurang pada udara tipis,
3. lift (gaya angkat) karena udara tipis memberikan gaya yang lebih sedikit pada airfoil.
Efek tekanan pada kepadatan udara
Karena udara adalah gas, maka dapat ditekan atau dikembangkan. Pada waktu udara ditekan, jumlah udara yang lebih banyak dapat menempati sebuah volume. Sebaliknya pada waktu tekanan di sebuah volume udara berkurang, udara mengembang dan menempati tempat yang lebih besar. Maka, sejumlah udara pada tekanan yang lebih rendah berisi udara dengan massa yang lebih rendah. Dengan kata lain, kepadatannya berkurang. Pada kenyataannya kepadatan adalah berbanding lurus secara proporsional dengan tekanan. Jika tekanan bertambah dua kali maka kepadatan akan bertambah dua kali, dan jika tekanan dikurangi maka kepadatan juga akan berkurang. Hal ini benar hanya jika pada suhu yang tetap.
Efek suhu pada kepadatan udara
Efek dari bertambahnya suhu pada sebuah benda adalah berkurangnya kepadatan. Sebaliknya, berkurangnya suhu menambah kepadatan. Maka, kepadatan udara berubah-ubah secara terbalik dengan perubahan suhu. Pernyataan ini hanya benar pada nilai tekanan yang konstan.
Di atmosfir, suhu dan tekanan, keduanya berkurang sesuai dengan bertambahnya ketinggian, dan memiliki efek dengan kepadatan udara. Bagaimanapun, jatuhnya tekanan pada ketinggian yang bertambah, mempunyai efek yang dominan. Kepadatan juga dapat diperkirakan menurun jika ketinggian bertambah.
Efek kelembaban udara
Pada paragraf sebelumnya diasumsikan bahwa udara kering sempurna. Pada kenyataannya, udara tidak pernah benar-benar kering. Sejumlah kecil uap air terdapat dalam atmosfir hampir dapat diabaikan pada kondisi-kondisi tertentu, tapi pada kondisi yang lain kelembaban udara dapat menjadi faktor penting pada kinerja pesawat udara. Uap air lebih ringan dari udara, konsekwensinya, udara basah lebih ringan daripada udara kering. Udara basah paling ringan atau paling renggang pada waktu, - dengan kondisi tertentu-, mengandung jumlah maksimum uap air. Makin tinggi suhu, makin banyak jumlah uap air yang dapat dibawa oleh udara. Ketika membandingkan dua massa udara yang berbeda, yang pertama hangat dan basah (keduanya cenderung meringankan udara) dan kedua adalah dingin dan kering (keduanya memperberat udara), contoh yang pertama pasti lebih renggang dari yang kedua. Tekanan, suhu, dan kelembaban mempunyai pengaruh besar pada kinerja pesawat terbang, karena efek mereka pada kepadatan udara.
Diterjemahkan secara bebas dengan sepengetahuan FAA (Federal Aviation Administration) dari Pilot's Handbook of Aeronautical Knowledge. Dokumen asli bisa anda dapatkan di website www.faa.gov
“ pada tulisan ini dan berikutnya, beberapa kata-kata seperti lift dan gaya angkat, drag dan tahanan, weight dan berat, thrust dan tenaga, dapat dipertukarkan tanpa mengurangi arti. admin”
Gaya-gaya yang bekerja pada pesawat terbang
Dari beberapa hal, bagusnya kinerja penerbang dalam sebuah penerbangan bergantung pada kemampuan untuk merencanakan dan berkordinasi dengan penggunaan tenaga (power) dan kendali pesawat untuk mengubah gaya dari gaya dorong (thrust), gaya tahan (drag), gaya angkat (lift) dan berat pesawat (weight). Keseimbangan dari gaya-gaya tersebutlah yang harus dikendalikan oleh penerbang. Makin baik pemahaman dari gaya-gaya dan cara mengendalikannya, makin baik pula ketrampilan seorang penerbang.
Berikut ini hal-hal yang mendefinisikan gaya-gaya tersebut dalam sebuah penerbangan yang lurus dan datar, tidak berakselerasi (stright and level, unaccelerated).
Thrust, 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.
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 berlaku pada penerbangan yang mendatar atau mendaki atau menurun.
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 berikut sebagai contoh. 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 bawah.
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)
Perbaikan dari rumus lama yang mengatakan “thrust sama dengan drag dan lift sama dengan weight” ini juga mempertimbangkan fakta bahwa dalam climb/terbang mendaki, sebagian gaya thrust juga diarahkan ke atas, beraksi seperti gaya lift, dan sebagian gaya weight, karena arahnya yang ke belakang juga beraksi sebagai drag. Pada waktu melayang turun (glide) sebagian vektor gaya weight diarahkan ke depan, beraksi seperti gaya thrust. Dengan kata lain, jika kapan pun arah pesawat tidak horisontal maka lift, weight, thrust dan drag akan terbagi menjadi dua komponen.
Diskusi dari konsep sebelumnya sering diabaikan dalam teks, buku-buku atau manual aeronautika. Alasannya bukan karena tidak ada konsekwensinya, tapi karena mengabaikan diskusi ini maka ide utama dari hal gaya-gaya aerodinamika yang bekerja pada sebuah pesawat yang terbang dapat disampaikan tanpa harus mendalami teknisnya seorang ahli aerodinamika. Dalam kenyataannya mempertimbangkan hanya terbang datar/level flight, dan mendaki secara normal dan meluncur dengan mantap/steady, tetaplah benar bahwa gaya angkat sayap adalah gaya ke atas yang penting, dan berat/weight adalah gaya ke bawah yang sangat penting.
Seringnya, kesulitan yang dihadapi pada saat menerangkan gaya yang bekerja pada pesawat udara adalah masalah bahasa dan artinya. Contohnya, penerbang telah lama mempercayai bahwa pesawat mendaki karena kelebihan gaya angkat (excess lift). Hal ini tidak benar jika seseorang hanya memikirkan hubungannya dengan sayap saja. Tapi bagaimanapun hal ini benar, jika gaya angkat adalah penjumlahan total dari semua “gaya ke atas”. Tetapi ketika merujuk ke “gaya angkat dari thrust” definisi yang sebelumnya telah dibuat untuk gaya-gaya ini tidak berlaku lagi dan membuat lebih sulit. Hal yang tidak tepat dalam bahasa ini telah menjadi alasan untuk menggunakannya sebagai argumen, terutama dalam sektor akademik, bukannya untuk membuatnya lebih mudah sebagai penjelasan pada prinsip-prinsip dasar penerbangan.
Meskipun gaya-gaya yang bekerja pada pesawat terbang telah ditetapkan, masih diperlukan sebuah diskusi yang lebih detil tentang bagaimana penerbang menggunakannya untuk memproduksi penerbangan yang terkendali.
THRUST
Sebelum pesawat mulai bergerak, thrust harus digunakan. Pesawat akan tetap bergerak dan bertambah kecepatannya sampai thrust dan drag menjadi sama besar. Untuk menjaga kecepatan yang tetap maka thrust dan drag harus tetap sama, seperti halnya lift dan weight harus sama untuk mempertahankan ketinggian yang tetap dari pesawat. Jika dalam penerbangan yang datar (level), gaya thrust dikurangi, maka pesawat akan melambat. Selama thrust lebih kecil dari drag, maka pesawat akan terus melambat sampai kecepatan pesawat (airspeed) tidak sanggup lagi menahan pesawat di udara. Sebaliknya jika tenaga mesin ditambah, thrust akan menjadi lebih besar dari drag, pesawat terus menambah kecepatannya. Ketika drag sama dengan thrust, pesawat akan terbang dengan kecepatan yang tetap.
Terbang straight dan level (lurus dan datar) dapat dipertahankan mulai dari terbang dengan kecepatan rendah sampai dengan kecepatan tinggi. Penerbang harus mengatur angle of attack dan thrust dalam semua jangkauan kecepatan (speed regim) jika pesawat harus ditahan di ketinggian tertentu (level flight).
Secara kasar jangkauan kecepatan ini dapat dikelompokkan dalam 3 daerah (regim), kecepatan rendah (low-speed), menjelajah (cruising flight), dan kecepatan tinggi (high-speed).
Angle of attack haruslah cukup tinggi untuk menambah gaya angkat ketika kecepatannya rendah jika keseimbangan antara gaya angkat dan gaya berat harus dipertahankan. Gambar di bawah.
Jika thrust dikurangi dan kecepatan berkurang maka gaya angkat akan lebih kecil dari berat/weight dan pesawat akan mulai turun dari ketinggiannya. Untuk menjaga ketinggian penerbang dapat menambah angle of attack sebesar yang diperlukan untuk menghasilkan gaya angkat yang sama dengan berat/weight dari pesawat, dan waktu pesawat mulai terbang lebih lambat pesawat akan mempertahankan ketinggiannya jika penerbang memberikan thrust dan angle of attack yang sesuai.
Ada keadaan menarik dalam penerbangan straight & level dalam kecepatan rendah,-relatif terhadap equilibrium gaya-gaya-, dengan keadaan hidung pesawat yang lebih tinggi, ada komponen vertikal dari thrust yang membantu mendukung pesawat. Untuk satu hal, beban di sayap cenderung untuk kurang dari yang diperkirakan. Kebanyakan penerbang akan mengetahui pesawat akan stall, -jika keadaan gaya yang lain adalah sama-, pada saat kecepatannya menjadi lebih rendah biarpun dengan power on (tenaga mesin) dibandingkan dengan power off (tenaga mesin idle)(Aliran udara melalui sayap dari baling-baling juga membantu). Bagaimanapun jika analisa kita hanya dibatasi dengan 4 gaya pada definisi umum yang “biasa”, seseorang bisa mengatakan bahwa pada straight & level slow speed, thrust adalah sama dengan drag dan lift sama dengan weight.
Pada waktu straight & level flight ketika thrust ditambahkan dan kecepatan bertambah, maka angle of attack harus dikurangi. Karena itu, jika perubahan dilakukan dengan kordinasi yang benar, maka pesawat akan tetap berada di ketinggian yang sama, tapi dengan kecepatan yang lebih besar jika hubungan antara thrust dan angle of attack disesuaikan.
Jika angle of attack tidak disesuaikan (dikurangi) dengan pertambahan thrust maka pesawat akan mendaki (climb). Tapi dengan mengurangi angle of attack, lift berubah, membuatnya sama dengan weight, dan jika dikerjakan dengan benar maka pesawat akan tetap dalam level flight (tidak mengubah ketinggian). Penerbangan yang datar (level flight) dengan sudut angle of attack yang sedikit negatif adalah mungkin dalam kecepatan yang sangat tinggi. Ini buktinya, bahwa level flight dapat dilakukan dengan berapa pun angle of attack di antara sudut stall dan sudut yang relatif negatif pada kecepatan yang sangat tinggi.
DRAG
Drag atau hambatan dalam penerbangan terdiri dari dua jenis: parasite drag dan induced drag. Yang pertama disebut parasite drag karena tidak ada fungsinya sama sekali untuk membantu pesawat untuk dapat terbang, sedangkan yang kedua disebut induced karena dihasilkan atau terbuat dari hasil kerja sayap yang membuat gaya angkat (lift).
Parasite drag sendiri terdiri dari dua komponen
1. form drag, yang terjadi karena gangguan pada aliran udara melalui badan pesawat, dan
2. skin friction, hambatan dari gesekan dengan kulit pesawat.
Dari kedua jenis parasite drag, form drag adalah yang paling mudah untuk dikurangi pada waktu merancang sebuah pesawat. Secara umum, makin streamline bentuk pesawat maka akan menghasilkan bentuk yang mengurangi parasite drag.
Skin friction adalah jenis parasite drag yang paling sullit untuk dikurangi. Tidak ada permukaan yang halus secara sempurna. Bahkan permukaan yang dibuat dengan mesin pada waktu diperiksa menggunakan alat/kaca pembesar, mempunyai permukaan kasar yang tidak rata. Permukaan yang kasar ini akan membelokkan aliran streamline udara pada permukaan, menghasilkan hamatan pada aliran yang lancar. Skin friction ini bisa dikurangi dengan memakai cat/finish glossy yang rata dan mengurangi kepala rivet yang menyembul keluar, permukaan yang kasar dan tidak rata.
Ada satu lagi elemen yang harus ditambahkan pada waktu membahas tentang parasite drag waktu merancang pesawat. Parasite drag menggabungkan efek dari form drag dan skin friction. Gabungan ini disebut interference drag. Jika dua benda diletakkan bersebelahan, maka turbulensi yang terjadi bisa mencapai 50-200 persen lebih besar dibandingkan jika kedua benda tersebut ditest secara terpisah.
Tiga elemen ini, form drag, skin friction dan interference drag semua dihitung untuk menentukan parasite drag pada sebuah pesawat.
Bentuk sebuah objek adalah faktor yang penting dalam parasite drag. Juga, Indicated Airspeed (kecepatan yang ditunjukkan oleh indikator) adalah sama pentingnya ketika kita berbicara tentang parasite drag.
Drag pada sebuah objek yang berdiri pada posisi yang tetap, relatif terhadap aliran udara yang diberikan, akan bertambah secara kuadrat dari kecepatan udaranya. Menambah kecepatan dua kali akan menambah drag empat kali, menambah kecepatan tiga kali akan menambah drag sembilan kali. Hubungan ini hanya berlaku pada kecepatan subsonik, di bawah kecepatan suara. Pada kecepatan yang sangat tinggi, rasio profil drag yang biasanya bertambah sejalan dengan pertambahan kecepatan, ternyata akan bertambah dengan lebih cepat lagi.
Jenis dasar kedua dari drag adalah induced drag. Seperti kita ketahui dalam fisika bahwa tidak ada sistem mekanik yang bisa 100 persen efisien. Maksudnya, apapun bentuknya dari sebuah sistem, maka sebuah usaha akan memerlukan usaha tambahan yang akan diserap atau hilang dalam sistem tersebut. Makin efisien sebuah sistem, makin sedikit kehilangan usaha ini.
Sifat aerodinamik sayap dalam penerbangan yang datar menghasilkan gaya angkat yang dibutuhkan, tapi ini hanya bisa didapat dengan beberapa penalti yang harus dibayar, yaitu induced drag. Induced drag pasti ada ketika sayap menghasilkan gaya angkat dan faktanya jenis drag ini tidak bisa dipisahkan dari produksi gaya angkat. Konsekwensinya, drag ini selalu muncul pada saat gaya angkat dihasilkan. Sayap pesawat menghasilkan gaya angkat dengan menggunakan energi dari aliran udara bebas. Ketika menghasilkan gaya angkat, tekanan di permukaan bawah sayap lebih besar dari di permukaan atas. Hasilnya udara akan cenderung untuk mengalir dari dari daerah tekanan tinggi dari ujung sayap (wingtip) ke tengah kepada daerah tekanan rendah di atas sayap. Di sekitar ujung sayap ada kecenderungan tekanan-tekanan ini untuk menjadi seimbang, sama kuat, menghasilkan aliran lateral keluar dari bagian bawah ke bagian atas sayap. Aliran lateral ini membuat kecepatan yang berputar ke udara di ujung sayap dan mengalir ke belakang sayap. Maka aliran di sekitar ujung sayap akan berbentuk dua vortex yang mengalir (trailing) di belakang pada waktu sayap bergerak maju.
Ketika pesawat dilihat dari ekornya, votex-vortex ini akan bersirkulasi kebalikan arah jarum jam di sekitar ujung sayap kanan dan searah jarum jam di ujung sayap kiri.
Harus diingat arah dari putaran vortex-vortex ini yang bisa dilihat bahwa mereka menghasilkan aliran udara ke atas setelah melewati ujung sayap, dan aliran udara ke bawah di belakang trailing edge dari sayap. Aliran udara ke bawah ini sama sekali tidak dibutuhkan untuk menghasilkan gaya angkat. Inilah sumber induced drag. Makin besar ukuran dan kekuatan vortex-vortex ini dan pada gilirannya komponen aliran udara ke bawah dari aliran udara yang melewati sayap, makin besar efek dari induced drag. Aliran udara ke bawah di atas ujung sayap ini mempunyai efek yang sama dengan membelokkan vektor gaya angkat ke belakang; karena itu gaya angkat akan agak berbelok ke belakang sejajar dengan arah udara (relatif wind) dan menghasilkan komponen lift yang arahnya ke belakang. Inilah induced drag.
Juga harus diingat untuk membuat tekanan negatif yang lebih besar di atas sayap, ujung depan sayap dapat diangkat untuk mendapatkan angle of attack yang lebih besar. Juga jika sebuah sayap yang asimetri mempunyai angle of attack nol, maka tidak akan ada perbedaan tekanan dan tidak ada aliran udara ke bawah, maka tidak ada induced drag. Pada kasus apapun, jika angle of attack bertambah maka induced drag akan bertambah secara proporsional.
Cara lain untuk menyatakan hal ini, makin kecil kecepatan pesawat makin besar angle of attack yang dibutuhkan untuk menghasilkan gaya angkat yang sama dengan berat pesawat dan konsekwensinya makin besar induced drag ini. Besarnya induced drag ini bervariasi berbanding terbalik dengan kuadrat kecepatan pesawat.
Dari diskusi ini, dapat diketahui parasite drag bertambah sebanding dengan kecepatan kuadrat, dan induced drag bervariasi berbanding terbalik dengan kuadrat kecepatan pesawat. Dapat dilihat pula bahwa jika kecepatan berkurang mendekati kecepatan stall, total drag akan menjadi besar sekali karena induced drag naik secara tajam. Sama juga bila pesawat mendekati kecepatan maksimumnya, total drag akan menjadi besar karena parasite drag naik secara tajam. Seperti pada gambar berikut, pada beberapa kecepatan total drag menjadi maksimum. Hal ini sangat penting untuk mendapatkan maksimum ketahanan dan jarak tempuh pesawat udara. Pada saat drag pada besaran minimumnya, tenaga yang dibutuhkan untuk melawan drag juga minimum.
Untuk mengerti efek dari lift dan drag di sebuah pesawat udara pada sebuah penerbangan keduanya harus digabungkan dan rasio lift/drag harus diperhatikan.
Dengan data-data lift dan drag yang tersedia pada bermacam-macam kecepatan pada saat pesawat terbang datar dan tidak berakselerasi, proporsi CL (Coefficient of Lift) dan CD (Coefficient of Drag) dapat dihitung pada setiap angle of attack tertentu. Hasil plotting untuk rasio lift/drag (L/D) pada angle of attack tertentu menunjukkan bahwa L/D bertambah ke maksimum kemudian berkurang pada koefisien lift dan angle of attack yang lebih besar seperti terlihat pada gambar. Perhatikan bahwa maksimum rasio lift/drag (L/D max) terjadi pada angle of attack dan koefisien yang tertentu. Jika pesawat beroperasi pada penerbangan yang stabil pada L/D max, maka total drag adalah minimum. Angle of attack apapun yang lebih kecil atau lebih besar dari yang ada di L/D max akan mengurangi rasio lift/drag dan konsekwensinya menambah total drag dari gaya angkat yang diberikan pada pesawat.
Lokasi dari center of gravity (CG) ditentukan oleh rancangan umum pada masing-masing jenis pesawat. Perancang pesawat menentukan sejauh apa center of pressure (CP) akan bergerak. Kemudian mereka akan menentukan center of gravity di depan center of pressure (CP) untuk kecepatan penerbangan yang terkait untuk membuat momen yang cukup untuk mempertahankan equilibrium penerbangan. Konfigurasi dari pesawat juga mempunyai efek yang besar pada rasio lift/drag. Sebuah pesawat layang dengan kinerja yang tinggi mungkin mempunyai rasio lift/drag yang sangat besar. Pesawat tempur supersonik mungkin punya lift/drag yang kecil pada penerbangan subsonik tapi yang menyebabkan hal ini adalah konfigurasi pesawat yang dibutuhkan pada saat terbang supersonik (dan L/D yang besar pada saat terbang dengan Mach number yang tinggi).
WEIGHT
Gravitasi adalah gaya tarik yang menarik semua benda ke pusat bumi. Center of gravity(CG) bisa dikatakan sebagai titik di mana semua berat pesawat terpusat. Pesawat akan seimbang di keadaan/attitude apapun jika pesawat terbang ditahan tepat di titik center of gravity. Center of gravity juga adalah sesuatu yang sangat penting karena posisinya sangat berpengaruh pada kestabilan sebuah pesawat terbang.
Posisi dari center of gravity ditentukan oleh rancangan umum dari setiap pesawat terbang. Perancang pesawat menentukan seberapa jauh center of pressure (CP) akan berpindah. Kemudian mereka akan menjadikan titik center of gravity di depan center of pressure untuk kecepatan tertentu dari pesawat untuk mendapatkan kemampuan yang cukup untuk mengembalikan keadaan penerbangan yang equilibrium.
Weight mempunyai hubungan yang tetap dengan lift, dan thrust bersama drag. Hubungannya sederhana, tapi penting untuk mengerti aerodinamika penerbangan. Lift adalah gaya ke atas pada sayap yang beraksi tegak lurus pada arah angin relatif (relatif wind). Lift diperlukan untuk meniadakan berat pesawat (weight, yang disebabkan oleh gaya tarik bumi yang beraksi pada massa pesawat). Gaya berat (weight) ini beraksi ke bawah melalui center of gravity pesawat. Pada penerbangan yang datar dan stabil, ketika gaya angkat sama dengan weight, maka pesawat dalam keadaan equilibrium dan tidak mendapatkan atau mkehilangan ketinggian.
Jika lift berkurang dibandingkan dengan weight maka pesawat akan kehilangan ketinggian. Ketika lift lebih besar dari weight maka ketinggian pesawat akan bertambah.
LIFT
Penerbang dapat mengendalikan lift. Jika penerbang menggerakkan roda kemudi ke depan atau belakang, maka angle of attack akan berubah. Jika angle of attack bertambah maka lift akan bertambah (jika faktor lain tetap konstan). Ketika pesawat mencapai angle of attack yang maksimum, maka lift akan hilang dengan cepat. Ini yang disebut dengan stalling angle of attack atau burble point.
Sebelum melangkah lebih lanjut dengan lift dan bagaimana lift bisa dikendalikan, kita harus menyelipkan tentang kecepatan. Bentuk dari sayap tidak bisa efektif kecuali sayap terus menerus “menyerang” udara baru. Jika pesawat harus tetap melayang, maka pesawat itu harus tetap bergerak. Lift sebanding dengan kuadrat dari kecepatan pesawat. Sebagai contoh, jika sebuah pesawat bergerak pada kecepatan 200 knots mempunyai lift empat kali lipat jika pesawat tersebut terbang pada kecepatan 100 knots, dengan syarat angle of attack dan faktor lain tetap konstan.
Dalam keadaan sebenarnya, pesawat tidak dapat terus menerus bergerak secara datar di sebuah ketinggian dan menjaga angle of attack yang sama jika kecepatan ditambah. Lift akan bertambah dan pesawat akan menanjak sebagai hasil dari pertambahan gaya angkat. Untuk menjaga agar lift dan weight menjadi sama, dan menjaga pesawat dalam keadaan lurus dan datar (straight and level) dalam keadaan equilibrium maka lift harus dikurangi pada saat kecepatannya ditambah. Normalnya hal ini dilakukan dengan mengurangi angle of attack, yaitu menurunkan hidung pesawat.
Sebaliknya, pada waktu pesawat dilambatkan, kecepatan yang berkurang membutuhkan pertambahan angle of attack untuk menjaga lift yang cukup untuk menahan pesawat. Ada batasan sebanyak apa angle of attack bisa ditambah untuk menghindari stall.
Kesimpulannya, bahwa untuk setiap angle of attack ada kecepatan/indicated airspeed tertentu untuk menjaga ketinggian dalam penerbangan yang mantap/steady, tidak berakselerasi pada saat semua faktor dalam keadaan konstan. (Ingat bahwa ini hanya benar pada saat terbang dengan mempertahankan ketinggian “level flight”)
Karena sebuah airfoil akan selalu stall pada angle of attack yang sama, jika berat ditambahkan maka lift harus ditambah dan satu-satunya metode untuk melakukannya adalah dengan menaikkan kecepatan jika angle of attack ditahan pada nilai tertentu tepat di bawah “critical”/stalling angle of attack.
Lift dan drag juga berubah-ubah sesuai dengan kerapatan udara (density). Kerapatan udara dipengaruhi oleh beberapa faktor: tekanan, suhu, dan kelembaban. Ingat, pada ketinggian 18000 kaki, kerapatan udara hanyalah setengah dari kerapatan udara di permukaan laut. Jadi untuk menjaga lift di ketinggian yang lebih tinggi sebuah pesawat harus terbang dengan kecepatan sebenarnya (true airspeed) yang lebih tinggi pada nilai angle of attack berapa pun.
Lebih jauh lagi, udara yang lebih hangat akan kurang kerapatannya dibandingkan dengan udara dingin, dan udara lembab akan kurang kerapatannya dibandingkan dengan udara kering. Maka pada waktu udara panas dan lembab (humid) sebuah pesawat harus terbang dengan true airspeed yang lebih besar dengan angle of attack tertentu yang diberikan dibandingkan dengan terbang pada waktu udara dingin dan kering.
Jika faktor kerapatan berkurang dan total lift harus sama dengan total weight pada penerbangan tersebut, maka salah satu faktor harus ditambahkan. Faktor yang biasanya ditambahkan adalah kecepatan atau angle of attack, karena dua hal ini dapat dikendalikan langsung oleh penerbang.
Harus disadari juga bahwa lift berubah langsung terhadap wing area/lebar sayap, asal tidak ada perubahan pada bentuk luas sayap/planform. Jika sayap memiliki proporsi yang sama dan bagian airfoil, sebuah sayap dengan luas 200 kaki persegi membuat lift dua kali pada angle of attack yang sama dibandingkan dengan sayap yang memiliki luas 100 kaki persegi.
Seperti dapat dilihat dua faktor utama dari cara pandang penerbang yang dapat dikendalikan langsung dan akurat adalah lift dan kecepatan.
Tentu penerbang juga dapat mengatur kerapatan udara dengan mengubah ketinggian terbang dan dapat mengendalikan luas sayap jika pesawat memiliki flaps dengan tipe yang dapat memperluas sayap. Tapi pada situasi umumnya, penerbang hanya mengendalikan lift dan kecepatan untuk menggerakkan pesawat. Cntohnya pada penerbangan straight & level, menjelajah pada ketinggian yang tetap, ketinggian dijaga dengan mengatur lift untuk mencocokkannya dengan kecepatan pesawat atau kecepatan jelajah, ketika menjaga keadaan equilibrium sewaktu lift sama dengan weight. Pada waktu melakukan approach untuk mendarat dan penerbang ingin mendapatkan kecepatan yang selambat mungkin, maka perlu untuk menambahkan lift ke maksimum untuk menjaga lift sama dengan weight dari pesawat tersebut.
Sumbu gerakan pesawat
Pada saat pesawat yang sedang terbang mengubah sikap (attitude) atau posisi, pesawat tersebut berputar pada salah satu sumbu atau lebih, dari 3 sumbu yang merupakan garis khayal yang melewati Center of Gravity dari pesawat. Sumbu-sumbu dari pesawat bisa dianggap sebagai poros khayal tempat pesawat berputar, seperti halnya poros/gandar tempat roda berputar. Di titik di mana ketiga poros bersilangan, masing-masing pada 90° terhadap kedua poros lainnya. Sumbu yang memanjang sepanjang badan pesawat dari hidung pesawat sampai ekor, adalah sumbu longitudinal. Sumbu yang memotong dari ujung sayap ke ujung sayap yang lainnya disebut sumbu lateral. Sumbu yang tegak melewati center of gravity, adalah sumbu vertikal.
Pergerakan pesawat pada sumbu longitudinal menyerupai gerakan mengguling kapal dari satu sisi ke sisi yang lain. Bahkan sebenarnya nama-nama yang aslinya digunakan dalam istilah yang berhubungan dengan transportasi kelautan. Istilah-istilah ini telah diserap dalam istilah-istilah aeronautika karena persamaan gerakan antara sebuah pesawat terbang dengan sebuah kapal laut.
Dalam adopsi dari istilah kelautan, gerakan pesawat pada sumbu longitudinalnya disebut “roll”/guling, gerakan pada sumbu lateral disebut “pitch”/angguk. Akhirnya, sebuah pesawat bergerak pada sumbu vertikal yang disebut “yaw”/belok, yaitu, gerakan horisontal (kiri dan kanan) dari hidung pesawat.
Ketiga gerakan pesawat itu (roll, pitch dan yaw) dikendalikan oleh tiga permukaan kendali. Roll dikendalikan oleh aileron/ kemudi guling, pitch dikendalikan oleh elevator, dan yaw dikendalikan kemudi/rudder. Penggunaan kendali ini akan diterangkan di bab 4 Kendali Terbang.
