Prinsip Bernoulli pada Sayap Pesawat

Pengertian Aerodinamika (Faktor dan Prinsip Bernoulli)

Pengertian Aerodinamika – Aerodinamika adalah ilmu yang mempelajari aliran udara di atas pesawat terbang, mobil, dan benda-benda lainnya. Ppengetahuan tentang aerodinamika sangat penting untuk desain dan konstruksi pesawat terbang. Efisiensi penggunaan bahan bakar oleh mobil juga merupakan fungsi dari aliran udara. Bahkan benda-benda diam dipengaruhi oleh aerodinamika. Angin yang bertiup melewati gedung tinggi, misalnya, dapat menyebabkan jendela pecah jika tidak dirancang dan dipasang dengan benar.

Faktor-faktor yang mempengaruhi aliran udara

Empat sifat udara mempengaruhi cara mengalirnya benda: viskositas, densitas, kompresibilitas, dan suhu. Viskositas adalah ketahanan suatu fluida untuk mengalir. Molase sangat kental karena mengalir lambat, sedangkan air kurang kental karena mudah mengalir. Viskositas udara penting dalam aerodinamika karena udara cenderung menempel pada permukaan apa pun dan memperlambat gerakan udara.

Kepadatan/densitas dan kompresibilitas udara merupakan faktor penting pada kecepatan tinggi. Ketika suatu benda bergerak cepat melalui udara, hal itu menyebabkan udara menjadi padat. Akibatnya, sifat-sifat udara lainnya kemudian berubah.

Efek perubahan suhu pada aliran udara juga menjadi penting pada kecepatan tinggi. Sebuah pesawat komersial reguler, setelah mendarat, akan terasa sejuk saat disentuh. Tetapi jet Concorde, yang terbang dua kali kecepatan suara, akan terasa lebih panas daripada air mendidih.

Aliran laminar dan turbulen

Udara dapat bergerak di atas permukaan mengikuti pola aliran yang disebut sebagai laminar atau turbulen. Dalam aliran laminar atau streamline, udara bergerak dengan kecepatan yang sama ke arah yang sama setiap saat. Alurnya tampak lancar dan teratur. Prinsip Bernoulli berlaku pada aliran laminar.

Prinsip Bernoulli menyatakan bahwa fluida (seperti udara) yang bergerak di atas permukaan suatu benda memiliki tekanan yang lebih kecil daripada jika fluida itu tetap/diam. Pesawat bisa terbang karena prinsip Bernoulli. Ketika sebuah pesawat lepas landas, udara mengalir di atas permukaan sayapnya, mengurangi tekanan pada permukaan atas sayap. Tekanan normal di bawah sayap mendorong sayap ke atas sehingga membawa pesawat ke atas bersamanya.

Aliran turbulen kacau dan tidak dapat diprediksi. Turbulen terdiri dari pusaran tidak teratur (arus melingkar) dari udara yang mendorong pada permukaan dengan cara yang tidak terduga. Perjalanan bergelombang/bergoncang yang mungkin Anda alami di pesawat komersial bisa jadi hasil dari aliran turbulen di atas sayap pesawat.

Gesekan dan tekanan

Salah satu sumber hambatan dalam pesawat terbang dan mobil adalah gesekan pada permukaan. Ketika udara melewati permukaan kendaraan, gesekan antara udara dan permukaan cenderung memperlambat pesawat atau mobil. Salah satu tujuan dari insinyur transportasi adalah untuk menemukan bentuk yang memiliki paling sedikit gesekan pada permukaannya, sehingga mengurangi jumlah hambatan pada kendaraan. Mobil yang ramping dan berbentuk seperti tetesan air mata menjadi populer di pertengahan hingga akhir 1990-an karena gesekan permukaannya sangat sedikit.

Insinyur juga bekerja untuk mengurangi tekanan. Tekanan drag (pressure drag) disebabkan oleh perubahan mendadak dalam bentuk mobil atau pesawat terbang. Titik di mana atap mobil berakhir, adalah titik hambatan tekanan tinggi. Mobil yang dirancang dengan transisi yang mulus dari atap ke bagasi akan memiliki pressure drag yang lebih sedikit dan karenanya akan melaju lebih baik.

Kata kata untuk diketahui

Airfoil: Potongan melintang sayap pesawat sejajar dengan (atau berjalan dengan arah yang sama dengan) panjang pesawat.

Angle of attack: Sudut yang membentuk panjang airfoil dengan aliran udara yang mendekat.

Kecepatan supersonik: Kecepatan lebih besar dari suara.

Airfoil

Sebuah airfoil adalah penampang dua dimensi dari sayap pesawat terbang seperti yang terlihat dari samping. Para insinyur berusaha merancang airfoil yang akan memiliki jumlah angkat terbesar dan jumlah hambatan paling sedikit. Salah satu faktor penting dalam desain airfoil adalah kelengkungan, atau camber, dari sisi atas sayap. Semakin besar camber, semakin cepat udara bergerak di atas permukaan atas dan semakin besar daya angkat ke sayap. Jumlah camber di sayap diubah dengan cara flap dan bilah di sayap yang menghasilkan jumlah lift yang berbeda selama take-off, cruise, dan landing.

Faktor lain yang mempengaruhi daya angkat adalah sudut serang: posisi sayap dibandingkan dengan tanah. Saat ujung depan sayap mengarah ke bawah, jumlah daya angkat pada sayap meningkat. Akan tetapi, meningkatkan sudut serang terlalu banyak dapat menyebabkan hilangnya daya angkat secara tiba-tiba, menyebabkan pesawat kehilangan semua daya angkat dan masuk ke dalam kios.

Prinsip Bernoulli pada Sayap Pesawat
Prinsip Bernoulli pada Sayap Pesawat

Prinsip Bernoulli

Prinsip Bernoulli menyatakan bahwa semakin cepat suatu fluida (seperti udara atau air) mengalir di atas permukaan, semakin sedikit tekanan yang diberikan fluida pada permukaan itu.

Dalam kasus pesawat jet, udara bergerak lebih cepat di atas sayap daripada melintasi bagian bawah sayap. Karena tekanan di bagian atas sayap berkurang, pesawat didorong ke atas.

Stabilitas dan kontrol

Aerodinamika juga diterapkan untuk masalah penerbangan lainnya. Pesawat memiliki kecenderungan untuk berputar di salah satu dari tiga arah: dalam gerakan bolak-balik horizontal di sekitar pusat pesawat, dalam gerakan front-over-back, atau dalam mode bergulir, wing-over-wing. Kontrol khusus harus dikembangkan untuk mencegah hilangnya kendali di salah satu arah ini, yang salah satunya dapat menyebabkan pesawat jatuh. Ailerons (diucapkan AYL-uh-ronz) adalah salah satu kontrol tersebut yang mencegah aksi penggulungan dengan meningkatkan daya angkat di satu sayap sambil menguranginya di sisi lain.

Penerbangan supersonik

Penerbangan dengan kecepatan lebih besar daripada suara menghadirkan masalah khusus bagi para insinyur. Salah satu alasannya adalah pentingnya kompresibilitas udara pada kecepatan ini. Gelombang suara yang dihasilkan oleh pesawat yang bergerak di udara bergerak lebih lambat dari pesawat itu sendiri sehingga menghasilkan gelombang kejut yang ditandai oleh perubahan mendadak dalam suhu, tekanan, dan kepadatan yang menyebabkan hilangnya stabilitas pesawat. Ledakan sonik keras yang didengar adalah gelombang yang mengenai permukaan bumi.

Kebutuhan untuk mengatasi efek gelombang kejut telah menjadi masalah utama bagi para insinyur. Sayap yang tersapu kembali adalah salah satu cara untuk mengurangi efek guncangan. Delta atau sayap segitiga Concorde supersonik dan beberapa pesawat militer adalah solusi lain.