Struktur Sayap Pesawat Terbang Model

(Click to Enlarge Thumbnail)

Date Created: 23-Aug-2013
Created By: Budi Atmoko
Category: Structure

Struktur Sayap Pesawat Terbang Model

Struktur Sayap Pesawat Terbang Model, Tidak hanya harus ringan namun juga harus kuat

Kita mengetahui bahwa kegunaan sayap pada pesawat terbang atau pesawat terbang model yang kita bahas kali ini, diantaranya adalah untuk menghasilkan daya angkat secara optimal. Gaya angkat ini akan terjadi dalam arah tegak lurus terhadap bidang sayap atau permukaan sayap. Gaya angkat yang terjadi akan bertugas untuk mengangkat seluruh berat total dari pesawat terbang termasuk semua komponen pesawat yang berada di badan atau diluar sayapnya.

Dalam arah sejajar bidang sayap nantinya juga akan terjadi gaya tahan atau Drag. Gaya tahan ini terjadi karana adanya gesekan ataupun karena tahanan aerodinamis yang terjadi akibat gaya angkat. Pada umumnya gaya angkat pada sayap dapat mencapai 10 kali lebih besar dibandingkan gaya tahan. Dalam hal ini diambil satu perkataan efisiensi gaya angkat yang dibandingkan dengan gaya tahan yang bersifat menghambat. Kita mengetahui gaya angkat disini diperlukan untuk mengangkat keseluruhan berat pesawat. Sedangkan gaya tahan justru kita harus melawan dengan tenaga dorong mesin atau dengan sistem propulsi.

Gaya angkat ini pulalah yang menanggung seluruh berat pesawat terbang dalam kondisi penerbangan ,termasuk diantaranya ketika bermanuver, berbelok ataupun ketika membuat lingkaran, membentuk tikungan atau terbang miring. Dalam kondisi terbang manuver demikian sering kali beban berat yang terjadi dan harus ditahan oleh sayap, dalam hal ini sebagai penghasil gaya angkat menjadi lebih besar dari pada berat pesawat itu sendiri. Seringkali bukan hanya satu atau satu setengah kali, faktor gaya angkat yang harus dihasilkan seringkali harus sampai 3 atau empat kali gaya berat terutama untuk manuver-manuver aerobatik. Faktor pengali untuk gaya berat seperti ini, dalam dunia penerbangan dikenal dengan istilah G faktor. Gaya angkat pada sayap yang terjadi ini harus mampu menahan G x berat total pesawat . Jadi apabila kita melihat sebuah pesawat melakukan manuver loop yang radiusnya cukup kecil, kita bisa memperkirakan pesawat tersebut mengalami G faktor > 6 dan sayapnya harus menahan berat dengan gaya angkat sebesar 6 x berat pesawat itu sendiri. Berat seperti inilah yang merupakan pembebanan yang harus kita perhatikan, karena beban ini terjadi pada struktur sayapnya. apabila kita tidak siap untuk mengatasi hal ini, sayap pesawat terbang bisa patah atau mungkin retak dan selanjutnya akan pecah berantakan diudara. Sebenarnya gaya angkat yang terjadi pada sayap tidaklah merupakan beban yang terkonsentrasi pada satu titik melainkan beban yang terdistribusi sepanjang bentang sayap, jadi merupakan distribusi gaya angkat.

Untuk mengkaji apakah sayap pesawat sanggup menahan beban tersebut atau tidak . Kita harus mencek setiap penampang sayap dari bagian tengah atau pangkal ke bagian tepi. Tentunya kita bisa mengkaji secara analisis dengan perhitungan matematis biasa dan beberapa rekan dari teknologi penerbangan banyak yang sudah mengembangkan sistem komputasi untuk menghitung atau mengkaji sitiap posisi penampang sayap dari pangkal hingga ke tepi . Sebenarnya apa yang terjadi di bagian-bagian sayap tersebut ? Jika kita melihat suatu penampang tertentu dari sayap kita bisa melihat bahwa pada suatu posisi akan terjadi suatu pembebanan berupa moment, momen lentur yang dalam hal ini dan sebuah gaya lintang yang besarnya sama dengan gaya angkat yang terjadi di sayap bagian luar. Dengan kita menyadari bahwa seluruh pembebanan dibagian sayap luar itu dipindahkan ke sayap bagian dalam, maka secara akumulasi kita akan mengetahui dibagian pangkal sayap nantinya akan terjadi suatu pembebanan yang paling besar. Disinilah kita harus siap-siap mengantisipasi nya. Di bagian penampang-penampang sayap tersebut misalnya di bagian pangkalnya atau di bagian yang berjarak kira-kira 20 cm dari pangkal dan sebagainya, beban-beban tersebut yang dalam hal ini berupa moment lentur dan gaya lintang itu ditahan oleh material ditempat itu dan juga oleh inersia dari penampang nya. Jadi kalau kita memiliki inersia pemampang yang cukup besar misalnya karena ketebalan penampangnya itu besar, maka diperlukan material yang tidak terlalu kuat untuk menahannya. Sebaliknya jika inersia penampangnya kecil misalnya untuk sayap dengan airfoil yang tipis,maka kita akan memerlukan ketahanan material yang sangat tinggi hingga misalnya seperti serat carbon yang kekuatannya setara dengan baja.

Hal-hal seperti inilah yang harus kita perhatikan. Kita sering melihat beberapa sayap pesawat terbang model khususnya yang dibuat oleh beberapa rekan pemula sering patah disambungan-sambungan sayapnya. sebenarnya hanya masalah ketelitian pada waktu kita memasang komponen, misalnya sambung hedral atau sparnya mungkin tidak persis simetris sehingga pada waktu disambung hanya menempel sebelah. Disinilah perlunya ketelitian sehingga kita yakin bahwa sambungan-sambungan sayap benar-benar rapih. dan memiliki kekuatan seperti yang dirancang oleh disainernya.

Beberapa sayap sering saya lihat patah di ujung stringernya. Stringer adalah suatu komponen untuk memperkuat sayap bentuknya seperti tulang utama atau Spar, hanya fungsinya membantu spar memperkuat sayap. Di bagian ujungnya ini sering patah dan saya lihat karena pembebanan disini sudah cukup besar, sedang seharusnya stringgernya harus lebih panjang daripada yang sekarang ada misalnya melewati bagian yang patah tadi. Di bagian sayap yang patah tersebut mengalami over stress, jangan sampai hal ini terjadi pada pesawat kita, kalau kita ingin selamat bukan hanya selamat untuk kita sendiri dan pesawat kita tetapi juga untuk teman-teman lain dan juga bagi masyarakat yang menyaksikan dari bawah. Dengan sayap yang patah diatas pesawat dapat juga menjatuhi rumah orang dan hal ini tentu tidak anda inginkan.

Struktur yang paling penting dalam struktur sayap khususnya dengan jenis yang konvensional yang kita bahas kali ini adalah spar atau tulang utama. Spar ini dipasang dalam arah memanjang kearah bentang sayap dari pangkal kearah tepi. Tujuannya spar ini akan menahan pembebanan yang terbesar yang berupa moment lentur yang tadi sempat saya jelaskan. Pada bagian depan dan bagian belakang spar kita akan menjumpai komponen yang kita sebut sebagai web. Web ini pada umumnya dipasang vertikal yang menghubungkan spar bawah dengan spar bagian atas. Tugas dari web diantaranya adalah untuk menjaga agar spar tidak terdefleksi berlebihan atau melengkung.

Di spar bagian atas akan terjadi suatu pembebanan yang sifatnya kompresi atau menekan. Apabila pembebanan sudah demikian tinggi ,maka spar bagian atas sering mengalami gejala yang disebut sebagai buckling. Web ini juga diantaranya bertugas untuk mencegah buckling. Namun disisi lain apabila kita melihat bahwa pembebanan juga terjadi disetiap penampang dengan besaran gaya lintang, maka web ini juga bertugas untuk menyalurkan atau menahan beban berupa gaya lintang tadi. Ada komponen lain yang disebut sebagai Wing Rib. Wing rib ini biasanya dipotong membentuk suatu penampang airfoil yang streamline. Tujuan wing rib adalah untuk membentuk penampang dari sayap sehingga aerodinamis. Wing rib ini dipasang dengan jarak-jarak tertentu agar spar atas dan spar bawah dapat bertugas dengan baik dan tidak mengalami gejala seperti buckling atau patah di bagian spar atas atau bawah.

Penyambung sayap atau yang disebut Wing joiner sering merupakan titik lemah dari struktur pesawat terbang model yang tersusun secara konvensional. Saya sebut demikian karena pada umumnya para aeromodeler kita menganggap bahwa wing joiner ini justru memperkuat struktur sayap. Saya bisa setuju dan bisa juga tidak setuju dengan pendapat tersebut. Saya setuju jika penyambungan antara wing joiner dengan spar sebagai penahan struktur utama ini benar-benar dapat dipertanggung jawakan. Saya akan menganggap hal ini sebagai titik kelemahan, jika wing joiner kurang presisi dan gagal pada penyambungan antara wing joiner dan spar. Jadi bukan patah pada wing joinernya, tidak juga patah pada sparnya tetapi karena lepas pada pengelemannya. Ini yang sering terjadi.

Beberapa sayap khususnya pada pesawat yang memiliki bagian depan sayapnya dilapis dengan balsa tipis 1 mm. Kondisi pelapisan balsa seperti ini atau dibeberapa pesawat dilapisi sterofoam 1mm itu akan memberikan kekuatan yang lebih besar dan juga kekakuan pada struktur sayap. Anda bisa membuat atau merakit pesawat terbang dengan sayap yang dicover seperti ini dan anda akan menemui sayapnya nanti akan rigid dibandingkan dengan sayap yang tidak dilapisi balsa tipis.

Sayap pada akhirnya akan dilapisi dengan covering material seperti film atau kertas singkong atau fiber. Namun cover material dalam struktur sebenarnya tidak boleh terlalu diharapkan untuk bisa ikut berperan menahan beban . Untuk memberikan ketegaran atau kekakuan pada arah torsi memang bisa diharapkan, hanya untuk memberikan daya tahan untuk melawan moment lentur atau gaya lintang sebaiknya anda menganggap covering tidak berperan. Hal ini tentunya penting, sebab apabila anda mengharapkan covering material ini berfungsi pada saat nantinya ternyata lemnya tidak menempel pada struktur sayap,maka anda sudah over estimate mengenai fungsi kekuatan covering material.

Dengan melihat berbagai aspek dan pembebanan seperti tadi maka kita bisa meninjau akan beberapa besaran penting pada saat kita merakit atau merancang pesawat terbang, dalam hal ini pesawat terbang model.

Yang pertama adalah ukuran dan bahan dari spar. Kita mengetahui bahwa dengan ukuran yang memadai misalnya 3mm x 8mm atau 6mm x 6mm seperti yang ada digambar plannya. Apabila kita menjumpai material tersebut maka kita akan mendapatkan kekuatan yang cukup. Demikian juga dengan bahannya apabila dalam disain kita lihat spar harus dibuat dari spruce atau dari kayu keras kemudian kita membuatnya dari kayu balsa, maka dapat diperkirakan sayap pesawat kita tidak akan tahan menahan beban. Jadi diusahakan jangan menggantikannya dengan bahan yang lebih lemah.

Kedua adalah Ketinggian spar. Ketinggian spar dipengaruhi oleh ketinggian atau ketebalan airfoil. Jadi apabila kita memiliki ketebalan airfoil yang cukup kita akan memperoleh ketinggian spar atas terhadap spar bawah yang cukup besar. Ini akan memberikan inersia yang besar pada penampang sayap dan pada waktunya nanti akan memberikan ketahanan material yang cukup baik untuk menahan beban sayap.

Kita juga harus memperhatikan unsur bentang atau panjang sayap dengan mengetahui pembebanan utama pada sayap pada moment lentur, moment dalam hal ini dipengaruhi oleh bentang atau posisi distribusi pembebanan maka kita mengetahui bahwa apabila sayap yang kita pasang pada pesawat itu berbentang cukup panjang misalnya 180 cm atau 250 cm , anda mesti hati-hati untuk mengkaji struktur sayapnya. Pemilihan bahan dan sebagainya juga harus diperhatikan sebab pembebanan yang akan terjadi juga demikian besar khususnya dipangkal sayapnya.

Hal yang lain adalah pemasangan dari Web ini memang tidak terlalu penting tugasnya yakni untuk menjaga atau menahan defleksi yang terjadi pada spar. Namun apabila anda memasangnya tidak serius maka web ini bisa menjadi hanya hiasan yang menempel ditempat tersebut tetapi tidak berfungsi sebagai web. Ini juga terjadi pada Wing joiner seperti yang saya bahas agak panjang sebelumnya. Wing joiner yang dipasang sembarangan akan menyebabkan sayap patah pada penyambungan joiner ini. Anda juga kaji dalam pemilihan bahan joiner yang baik beberapa perancang menggunakan joiner dari aluminium dural dan beberapa diantaranya juga menggunakan carbon sebagai bahan penyambungan.

Hal lain yang juga ikut dipertimbang kan adalah cara menyambung sayap itu sendiri. Apabila cara penyambungannya menggunakan spar sebagai unsur pegangan utama maka hal ini sudah benar. Saya melihat beberapa aeromodeler pemula masih menggunakan rib sebagai titik pangkal penyambungan. Sebenarnya jika diberikan antisipasi penambahan kekuatan pada rib-rib tersebut kearah spar, memang ini bisa dimengerti. Namun apabila tidak diberikan penguatan sama sekali, hal inilah yang menjadi pertanyaan. Saya pernah menjumpai bagaimana seseorang menyambung sayap hanya ditembuskan langsung ke rib sayapnya, padahal ribnya hanya terbuat dari bahan balsa atau triplek 3mm. Kini kita mengetahui bahwa fungsi sayap kita adalah memberikan gaya angkat yang utama pada seluruh pesawat terbang. Tetapi ingat bahwa disamping menghasilkan gaya angkat, diupayakan gaya tahan yang terjadi pada sayap juga tetap minimal, ini artinya sayap pesawat terbang kita akan berfungsi secara efisien.

Untuk membuat pesawat terbang menjadi efisien dan mudah serta sangat potensial untuk melakukan penerbangan juga manuver aerobatik, diupayakan agar seluruh strukturnya tetap ringan. Jadi walaupun kita memberikan ukuran spar,webs dan ribs yang ketebalannya memadai seperti digambar rencana tapi diupayakan keseluruhannya tetap ringan. Ini akan memberikan kontribusi yang besar kepada pembebanan secara total sebab dengan sayap yang ringan mungkin berat yang ditanggung oleh sayap ini nantinya juga ringan.

Untuk membuat sayap pesawat kita ini berfungsi secara efisien maka permukaan luar nya juga harus bersifat streamline dan aerodinamis. Kita memang akan memasang spar ,web, rib dan pelapisan-pelapisan sayap sedemikian rupa untuk memperkuat strukturnya. Namun ingat secara aerodinamis penampang luar nantinya harus mulus. Apabila anda masih menjumpai kekasaran atau pun ketidak kontionuan permukaan dibagian atas maupun bagian bawah sayap pesawat anda, sebaiknya dengan cepat ambil amplas atau ambil serut dan ratakan bagian yang kurang rata tersebut, kemudian baru ditahap selanjutnya kita lapisi atau dicover dengan covering material. Selamat Berkarya.