BAB 6. PROSES DESAIN, FAR DAN TEKNOLOGI 6.1.
JENIS - JENIS PESAWAT TERBANG Sampai saat ini terdapat begitu banyak jenis aircraft, sehingga perlu adanya
pengelompokan, baik menurut berat, jumlah sayap, maupun menurut kelasnya. Menurut kelasnya aircraft dapat dibagi menjadi : 1.
Sailplane-unpowered Sailplane unpowered merupakan pesawat layang (gantole) tanpa mesin, yang digunakan untuk olah raga kedirgantaraan yang berupa glider dengan aspect ratio tinggi untuk menghasilkan lift to drag ratio yang tinggi. Jenis tersebut merupakan single seat, dengan satu atau dua roda pendarat. Untuk takeoff diperlukan pesawat penarik. Contoh: glider Scheizer SGS 1-26.
2.
Sailplane powered Sailplane
powered
mirip
dengan
sailplane
unpowered,
hanya
saja
menggunakan mesin ( biasanya pistonprop ) sehingga mampu melakukan takeoff sendirl. 3.
Homebuilt-metal/wood. Merupakan aircraft yang dirakit secara perorangan dengan bahan metal atau kayu, yang berdasarkan direct copies atau modifikasi aircraft yang sudah ada. Aircraft jenis ini menggunakan engine pistonprop dan menggunakan single seat.
4.
Homebulit-composite Sama seperfi homebuilt-metal-wood, hanya saja menggunakan bahan komposit. Contohnya: Rutan Varieze.
5.
General aviation-single engine Pembagian jenis ini terasa sangat umum karena tidak membatasi fungsi dan misi aircraft, ataupun jenis engine yang digunakan. Namun pembagian ini berguna untuk menghindari kesulitan menentukan kelas jika kita tidak tahu spesifikasinya secara lengkap. Contoh : Cessna 140 (1940) dan Cessna 152 (1981).
6.
General aviation-twin engine Pada dasarnya sama dengan point 5 diatas, hanya saja menggunakan dua engine. Contoh. Beechcraft King Air F-90.
7.
Agricultural aircraft Merupakan aircraft dipergunakan dalam bidang pertanian seperti spraying, seeding (pembenihan), predatory animal control, dan lain-lain. Aircraft tersebut dilengkapi dengan sprayer dan pump mount. Contoh : Embraer EMB 201 A.
8.
Twin turboprop Merupakan pesawat dengan menggunakan mesin turboprop ganda, dengan tipe engine tractor atau phusser. Contoh - C 130 Hercules, Beech Starship.
9.
Flying boat Flying boat ( turboprop engine ) merupakan pesawat amphibi dengan bagian bawah fuselage berfungsi sebagai lunas perahu sewaktu mendarat di air. Untuk menghindarkan engine terkena air, maka pesawat tersebut menggunakan tipe high wing. Contoh : Martin M-130 China Cliper.
10.
Jet trainer Jet trainer merupakan pesawat jet yang digunakan untuk melatih pilot pesawat tempur. Kemampuannya di bawah pesawat tempur, namun memiliki kelebihan dalain hal efisiensi dan segi ekonomis. Contoh: BAE Hawk TMKI.
11.
Military cargo/bomber Military
cargo/bomber
merupakan
pesawat
kargo/pembom
dengan
kemampuan utama membawa kargo atau born dengan Jarak jelajah yang jauh. Pesawat tersebut dirancang khusus untuk misi-misi kemiliteran. Kebanyakan pesawat jenis ini menggunakan dua atau empat engine turboprop dan bertipe high wing. Untuk pesawat -bomber modern sudah menggunakan jet engine. Contoh : C 130 Hecules ( produksi Locheed -USA) dan C 5A Galaxy. 12.
Jet transport Jet transport merupakan pesawat transportasi dengan tujuan utama kecepatan jelajah yang tinggi, dengan menggunakan jet engine sebagai tenaga dorongnya. Contoh: Concorde, Boeing 747, DC-10.
Dilihat dari beratnya (WTO ), aircraft dapat dibagi menjadi -dua, yaitu
1.
Light/smali aircraft, dengan berat W TO .12500 lb.
2.
Great/heavy aircraft, dengan berat WTO 12500 lb.
Sedangkan menurut jumlah sayapnya aircraft dapat dibagi menjadi tiga, yaitu :
1.
Biplane ( dua pasang sayap )
2.
Monoplane ( sepasang sayap )
3.
Sesquiplane, mirip dengan biplane hanya saja span dari masing-masing pasang sayap berbeda ukurannya.
6.2. 1.
JET TRANSPORT Permulaan Transport Aircraft Tahun 1920 dikatakan sebagai permulaan dari commercial transport aviation.
Diawali oleh British Handley-Page Company yang membuat twin engine aircraft berkapasitas 12 penumpang (1920), yang disusul versi penyernpurnaan W8b (1922). Perancis dan Jerman dengan Junker F-13 (4 penumpang) dan Junkers Ju 52 (17 penumpang, 1932). Di tahun 1924, Anthony Fokker (Holland) membuat Fokkers FVIIb3M, berkapasitas 10 penumpang. Di United States, perkembangan transportasi udara selama tahun 1920-an berjalan lebih lambat. Sebagai perintisnya adalah Fairchild FC-2W (4 penumpang), yang disusul Ford 4AT Trimotor. Ditahun 1928 Boeing Company mengawali karimya dengan membuat Model 80A (18 penumpang). Lalu disusul Boeing 247 (10 penumpang, 1933 ), dengan cruise speed 155 mph. Keunggulan Boeing 247 ini adalah drag berkurang dan efisiensi yang lebih besar dad pada pendahulunya. Tidak lama berselang, Dauglas Corp. memproduksi DC-1 dan DC-2, yang mengungguli Boeing 247 dalam kecepatan, kenyamanan dan segi ekonomisnya. Kemudian disusul DC-3 (21 penumpang, 1936). Ditahun 1982, DC-3 masih dapat dilihat dalam service pada berbagal airport dunia. Kecuali Boeing Stratoliner (33 penumpang, 1940), pesawat transport bertekanan tinggi pertama, tidak ada aircraft yang dapat menandingi DC-3 hingga setelah PD II.
2.
Pasca Perang Dunia II Memasuki akhir Perang Dunia II, teknologi maju yang dikembangkan untuk
keperluan peperangan, mulai diterapkan pada commercial aircraft. Dimulai dengan diproduksinya Lockheed Constellation dan Douglas DC-6 ( 52 penumpang, 1946 ). Keduanya menawarkan kenyamanan yang lebih dari generasi sebelumnya, karena didapat keuntungan dari penerapan pressurized cabins, dan cruise altitude yang lebih tinggi sehingga memungkinkan terbang di atas dan di sekitar aliran udara turbulen. Biaya operasional jugs berkurang. Kemudian disusul Convair 240 ( turboprop ) dan Martin 404, dengan ukurannya yang lebih kecil dan short range. Memasuki awal tahun 1950 diproduksilah DC-6B, DC-7, DC-7C, dan Super Constellation. Pesawat-pesawat tersebut diperpanjang sehingga mernuat payload yang lebih banyak, clan memperbaiki segi ekonomisnya. Keempat aircraft tersebut menjadi barisan terdepan sebagai transport aircraft sampai posisinya. digeser oleh keberadaan Boeing 707 dan Dauglas DC-8 (jet transport). 3.
Kemunculan Jet Transport Tidak lama setelah penerapan jet pada military aircraft, para desainer
commercial aircraft mulai meneliti teknik dan segi ekonomis karakteristik jet transport. Selama penelitian tersebut mereka mendapatkan berbagai permasalahan, antara lain *
1.
Meskipun jet transport diterbangkan dengan cepat dan lebih tinggi, hanya berpengaruh sedikit terhadap fuel consumption.
2.
Kepercayaan awal yang menyebutkan bahwa jet berguna hanya untuk very long range, ternyata salah.
3.
Jet operating cost jauh lebih besar dibandingkan transport aircraft yang telah ada yang bertenagakan reciprocating piston engine.
4.
Diperlukan cabin pressurization yang penting ketika jet aircraft melakukan cruise di ketinggian 30.000 — 40.000 ft, sementara aircraft sebelumnya jarang yang terbang diatas 25.000 ft. Sementara. perusahaan-perusahaan Amerika mengkhawatirkan masalah-
masalah tersebut di atas, British de Havilland Company bekerja sama dengan British Overseas Airways Corporation ( BOAC ), mulai merancang jet transport pertama di dunia yaitu Comet I 36 penumpang, 1949 ). Sayangnya terjadi tiga kecelakaan yang dialami Comet I antara Mei '953 hingga April 1954, yang membuat karirnya mendadak terhenti.
Di Inggris sibuk dengan Comet-nya, sementara di Amerika mulai mempelajari secara ntensif struktural dan aerodinamika pada jet transport, Di tahun 1954, muncullah Boeing 707 135 penumpang ), yang memulai service-nya pada tahun 1958. Kemudian disusul Douglas DC-8 ( 135 penumpang ). Dan secara keseluruhan dimulailah era jet. Kedua pesawat tersebut segera memenuhi berbagi maskapai penerbangan di seluruh dunia. Kenyamanannya jugs bertambah karena adanya pengurangan yang sangat besar dalam hal noise, vibration, dan ride roughness. Perkembangan maskapai penerbangan di tahun 1960-an menghasilkan persyaratan untuk aircraft yang lebih besar, sehingga menambah jumlah penumpang yang dapat diangkut. Tak lama berselang diproduksilah Boeing 727 (1964), DC-8-61, DC-8-62, DC-8-63 ( 200 penumpang, 1966 ), DC-9 ( 1966 ), Boeing 737 ( 1968 ), Boeing 747-100 (1969), Boeing 747-200 ( 1970 ) yang tergolong wide body aircraft, Boeing 747-300 (1982). Kemudian muncullah Lockheed L-1011 dan Douglas DC-10 ( 1971 ), yang berukuran 25 30% lebih kecil dari Boeing 747-200.
Aircraft lain dengan tingkatan teknologi yang sama adalah A-300B ( 230 penumpang ) yang diproduksi oleh Airbus Industrie. Untuk mampu bersaing, Boeing Company merancang Boeing 757 ( 180 penumpang ) dan Boeing 767 ( 210 penumpang, 1980), yang memperbaiki segi struktur dan aerodinamikanya. 4.
Perspektif Pekembangan Transport Aircraft Dari perkembangan ilmu aerodinamika diperoleh suatu analisa bahwa
untuk mencapai kesuksesan maka suatu aircraft harus memenuhi 3 kriteria, yaitu performance yang lebih baik, biaya operasional yang Iebih rendah, dan ukuran yang proporsional dengan pendahulunya. Dalam transport aircraft, kemajuan teknik lanjutan yang sangat cepat, biasanya menyajikan ketiga kriteria tersebut.
Sejarah perkembangan transport aircraft diringkas dalam Gambar 1 dan 2. Dalam Gambar 1, ditunjukkan bahwa dari tahun 1928 - 1959 terjadi kenaikan cruising speed sampai lima kali lipat. Era jet dimulai sekitar tahun 1959. Meski demikian, level kecepatannya hanya sedikit mengalami perubahan sampai 20 tahun berikutnya. Para desainer mengetahui bagaimana cars untuk menaikkan kecepatan misalnya dari 0,80 M menjadi 0,84 M, tetapi belum mengetahui bagaimana hal itu dilakukan bersaingan dengan
penurunan
cost
baik
operasional
ataupun
produksinya.
Sedangkan
perkembangan kapasitas penumpang dan aircraft ada pada Gambar 2. 6.3. DESAIN PESAWAT TERBANG Pembuatan aircraft merupakan suatu proses yang berlangsung dalam waktu yang cukup lama. Proses perancangan tersebut dapat dibagi menjadi tiga fase utama yang berurutan dan secara keseluruhan bisa memakan waktu bertahun-tahun. Para perancang berpikir bahwa untuk memulai proses perancangan tersebut dimulal dengan konsep airplane yang baru. Para sizing specialist mengetahui bahwa tidak akan dapat memulainya hingga sebuah estimasi awal dari berat ditentukan. Customer balk sipil maupun militer, merasa bahwa desain dimulai dg requirement (persyaratan-persyaratan). Memang benar. Pada kenyataannya, desain merupakan usaha ( effort yang berulang-ulang, sebagaimana yang ditunjukkan dalam "design wheel". Persyaratanpersyaratan tersebut ditentukan oleh design trade studies sebelumnya. Design analysis sering kali merupakan titik menuju teknologi dan konsep baru, yang mana dapat memulai suatu usaha desain baru secara menyeluruh. Kesemua aktifitas tersebut sama pentingnya dalam menghasilkan "good aircraft concept".
Gambar 3. Design wheel.
Proses perancangan tersebut dapat dilihat dalam gambar konfigurasi dan pengembangan pada Gambar 4. 3.1. Conceptual Design Conceptual design merupakan proses perancangan yang paling awal dari serangkaian proses pembuatan aircraft. Dalam fase ini terdapat persoalan-persoalan mendasar yang harus dipecahkan, balk mengenai pemilihan konfigurasi, dimensi, berat dan unjuk kerja ( performance ). Conceptual design merupakan proses yang "very fluid", proses yang berkelanjutan (selalu berubah), dimana akan muncul ide-ide dan masalah-masalah baru seiring dengan proses desain yang semakin mendetail. Setiap scat desain terbaru perlu diukur dan dianalisa. Dan kesemuanya diredrawn untuk mengetahul ( menunjukkan ) harga yang baru dari berat total, berat bahan bakar, dimensi sayap, engine dan berbagai perubahan lainnya. Aspek strukturalnya dianalisa secara garis besar dan semua pekerjaan pada fase ini sebatas pada kertas 3.2. Preliminary Design Fase ini bisa dikatakan dimulai ketika perubahan-perubahan yang mendasar telah berakhir. Permasalahan-permasalahan pokok seperti apakah menggunakan ekor tipe canard atau tipe aft, har-us sudah ditentukan. Susunan konfigurasi aircraft diharapkan tidak berubah, tetap seperti yang ditunjukkan dalarn gambar terbaru, walaupun mungkin masih diperlukan sedikit revisi. Selama fase preliminary design, khususnya untuk struktur, landing gear dan sistem kontrol, akan didesain dan dianalisa porsi mereka pada aircraft. Pengujian dimulal dari bagian-bagian aircraft, seperti aerodinamik, propulsi, struktur, stabilitas dan kontrol. Selain itu, dihitung besarnya major load, defleksi stress, desain struktur, aerostatic, fatigue dan analisa flutter (kibasan sayap), Sampai tahap ini, sebuah mockup ( model pesawat ) dapat dibuat. Aktifitas utama selama preliminary design adalah lofting. Lofting adalah proses pembuatan model matematis dari kulit luar aircraft dengan keakurasian yang cukup inggi, untuk memastikan kelayakan dari parts yang berbeda, yang dirancang oleh desainer-desainer yang berbeda dan kemungkinan diukur didaerah ( titik ) yang perbeda pula.
Dibagian akhir preliminary design, tidak ada lagi berbagai macam perubahan termasuk perubahan kecil sekalipun. Semua itu dituiukan untuk membakukan konfigurasi. Tujuan akhir preliminary design adalah mempersiapkan perusahaan untuk menuju fase detail design yang jugs disebut "full-scale development" ( pengembangan skala penuh ). Jadi akhir dari fase preliminary design adalah proposal pengembangan skala penuh. Dan preliminary design harus memastikan bahwa aircraft dapat diproduksi sesuai schedule yang telah ditentukan dan sesuai dengan biaya produksi yang diperkirakan. 3.3. Detail Design Bila telah diperoleh keputusan untuk memulai fase full-scale development, berarti fase detail design telah dimulai, dimana bentuk-bentuk nyata ( actual pieces ) mulai didesain dan difabrikasi. Contoh, selama conceptual design Clan preliminary design, wing box telah didesain dan dianalisa secara keseluruhan ( garis besar ). Dan selama detail design, akan dipecah menjadi ribs ( rangka ), spars ( tiang penyangga dan skin ( kulit ), yang masing-masing harus didesain dan dianalisa secara terpisah. Bagian penting yang lain pada detail design adalah production design. Para ahli menentukan bagaimana aircraft akan difabrikasi, dimulai dengan sub-assembly yang paling kecil dan sederhana hingga pada proses final assembly. Para designer produksi sering kali melakukan modifikasi rancangan yang bertujuan untuk memudahkan manufacturing, yang berdampak besar pada performance ataupun berat. Hal tersebut dapat dilakukan sepanjang tidak mengubah keperluan aslinya. Selama fase detail design, upaya pengujian dilakukan secara intensif Actual structure dari aircraft mulai dibuat dan diuji. Aturan-aturan kontrol untuk flight control system diuji didalam "Iron bird simulator", sebuah model keria dari "actuator and flight control surface". Detail design diakhiri dengan produksi ( frabrication ) aircraft. Meskipun demikian, sering kali proses fabrikasi dari masing-masing part sudah dimulai sebelum upaya detail design secara keselur-uhan dilengkapi. Dengan harapan, perubahanperubahan pada parts yang telah dibuat dapat dihindari.
4.
CIVIL AIRWORTHINESS DAN OPERATIONAL RULES Peraturan-peraturan civil airwothiness dan operational rules ditetapkan oleh
pemerintah suatu negara dan diberlakukan pada produsen aircraft. Peraturanperaturan tersebut dibuat tidak lain adalah untuk memberi jaminan keselamatan pada
calon pembeli (customer) dan penumpang. Peraturan-peraturan ini memberi pengaruh yang besar pada perancangan aircraft dalam hal struktur, sistem, instalasi, unjuk kerja dan kualitas penerbangan, serta sertifikasi. Pada
airworthiness
bagian
91.203
tertulis
tak
seorangpun
boleh
menerbangkan aircraft sebelum aircraft tersebut mendapat sertifikat airworthiness. Begitu pentingnya sertifikasi ini hingga tiap produsen aircraft harus benar-benar memperhatikannya. Ada berbagai peraturan yang dikeluarkan oleh masing-masing negara. Diantara peraturan-peraturan tersebut yang sering dipakal sebagal standar adalah FAR dan BCAR. 4.1. Federal Aviation Regulation i FAR Peraturan ini dikeluarkan oleh Federal Aviation Administration FAA ), suatu badan di bawah departemen transportasi Amerika. Ada beberapa. jenis FAR yang berhubungan dengan proses sertifikasi, seperti : FAR Part 21 Prosedur sertifikasi untuk produk dan part. FAR Part 25 Airworthiness standard untuk kategori tran-sport aircraft. FAR Part 33 Airworthiness untuk aircraft engine. 4.2. British Civil Airworthiness Requirement (BCAR) Peraturan ini dikeluarkan oleh Civil Aviation Authority ( CAA) di Inggris. Negara-negara lain menggunakan peraturan yang hampir sama. Namun demikian selalu ada perbedaan yang membuat bingung dan memakan biaya yang besar jika ingin memenuhi semua ketentuan tersebut secara keseluruhan.
CONTOH PEMILIHAN KOMPONEN AIRCRAFT FEDERAL AVIATION REGULATION (FAR) FAR 23
utility, normal, aerobatic
FAR 25
transport, aircraft
FAR 27
utility, normal, aerobatic
FAR 29
transport, rotocraft
TEKNOLOGI:
-
komposit
-
turbofrop propfan (GE & PW) -DC-9-30 (1992) ?
-
6 bilah
-
airfoil NACA (double slotted)
DASAR PERANCANGAN:
